(一)煤矸石對(duì)環(huán)境的危害
煤矸石主要是由炭質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖、砂巖等巖石組成的混合物。其礦物組成主要有高嶺石、*、長(zhǎng)石、伊利石、方解石、黃鐵礦、水鋁石和少量稀有金屬礦物等組成,元素組成多達(dá)數(shù)十種。盡管煤矸石的成分復(fù)雜,但絕大多數(shù)煤矸石除含少量炭質(zhì)外,主要以硅、鋁為主,其次是硫、鐵、鈣、鎂、鈉、磷、鈦等元素。
按煤矸石的來(lái)源可分為掘進(jìn)矸石和選煤矸石兩大類。煤層結(jié)構(gòu)和厚度的變化、采煤方法和選煤工藝不同,對(duì)煤矸石的排放量有直接影響,一般占煤產(chǎn)量的10~20%。由于煤矸石來(lái)源不同和產(chǎn)出地區(qū)的差異,其成分和性質(zhì)變化很大。例如,煤矸石的灰分一般在70~85%,zui高可達(dá)90%以上;固定碳含量一般在5~25%;發(fā)熱量一般在3.3~6.3MJ/ kg。煤矸石的硫含量與原煤硫含量密不可分,例如,開(kāi)采華北地區(qū)太原組煤層和西南地區(qū)龍?zhí)督M煤層排出的矸石,含硫量就較高,個(gè)別可達(dá)8~16%。
煤矸石廢棄、堆積對(duì)環(huán)境的危害很大:侵占大量土地,影響生態(tài),破壞景觀;矸石山的淋溶水(酸性水)污染地下水源和江河,危害農(nóng)作物和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè);由于煤矸石中有硫化鐵和含碳物質(zhì)存在,還會(huì)自然發(fā)火,排放大量煙塵,嚴(yán)重污染大氣,損害人體健康,抑制植物生長(zhǎng),腐蝕建筑物結(jié)構(gòu);個(gè)別煤矸石山還有發(fā)生爆炸和崩落事故的隱患,對(duì)礦區(qū)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
我國(guó)不僅是世界產(chǎn)煤大國(guó),同時(shí)又是煤炭消費(fèi)大國(guó)。目前全國(guó)歷年累計(jì)堆放的煤矸石約43 億噸,規(guī)模較大的煤矸山有1600 多座,占用土地約1.5 萬(wàn)公頃。2004年煤炭產(chǎn)量達(dá)到19.56 億噸,按煤產(chǎn)量10%的低排矸量計(jì)算,當(dāng)年排放煤矸石就達(dá)1.96 億噸。今后煤炭產(chǎn)量還將逐年增長(zhǎng),排矸量也在逐年增加,加上以往積存的煤矸石,其數(shù)量相當(dāng)巨大。因此,這已是一個(gè)刻不容緩、亟待研究解決的重要社會(huì)問(wèn)題。
(二)煤矸石的利用途經(jīng)
如何將煤矸石變廢為寶?國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多利用途徑?;驹瓌t是在查明煤矸石性質(zhì)的基礎(chǔ)上,區(qū)別對(duì)待,使其物盡其用,并將各種利用途徑結(jié)合起來(lái),形成一定的開(kāi)發(fā)規(guī)模和綜合利用系統(tǒng),從而獲得*的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況,其用途大致有五個(gè)方面:
1.煤礦井下充填。在逐步改革采煤工藝的基礎(chǔ)上,運(yùn)用煤矸石在井下直接充填采空區(qū)或者在地面經(jīng)加工后充填井下采空區(qū)。
2.煤礦地面塌陷區(qū)充填、復(fù)墾造田和鋪路。
3.煤矸石發(fā)電。含炭質(zhì)較多,發(fā)熱量較高的煤矸石,可用作流化床和循環(huán)流化床發(fā)電。
4.生產(chǎn)煤矸石磚、水泥和輕質(zhì)骨料等建筑材料。
5.從煤矸石中提取硫精礦和其它化工產(chǎn)品。
(三)綜合利用煤矸石的初步效果
據(jù)不*統(tǒng)計(jì),我國(guó)煤炭企業(yè)目前有煤矸石電廠120 余座,裝機(jī)容量184 萬(wàn)KW;年發(fā)電量87 億KW·h,煤矸石磚廠129 座,年生產(chǎn)能力30 億塊(折標(biāo)磚);煤矸石和粉煤灰水泥廠163 座,年生產(chǎn)能力1250 萬(wàn)噸。截止到2002 年,全國(guó)煤礦綜合利用煤矸石約4200 萬(wàn)噸。其中,煤矸石發(fā)電2800 萬(wàn)噸,煤矸石水泥300萬(wàn)噸,煤矸石制磚1000 萬(wàn)噸,其他耗用100 萬(wàn)噸。另外,用于井下充填、復(fù)墾造田、筑路等處理煤矸石5600 萬(wàn)噸??傆?jì)利用和無(wú)害化處理煤矸石約9800 萬(wàn)噸,占當(dāng)年煤矸石排放量的50%。
我國(guó)綜合利用煤矸石的歷史不長(zhǎng),基礎(chǔ)較差??偟纳鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)效益還不夠理想。但是,從一些實(shí)踐單位取得的初步效果來(lái)看,前景非常廣闊。
1.煤矸石發(fā)電取得明顯成效
黑龍江雞西滴道矸石電廠是我國(guó)*座容量zui大的煤矸石電廠。先后安裝了三臺(tái)我國(guó)自己研制的130 噸/時(shí)流化床鍋爐和兩臺(tái)2.5 萬(wàn)KW 汽輪發(fā)電機(jī)組,每年燃燒煤矸石約60 萬(wàn)噸,發(fā)電2.2 億度。
重慶永榮礦務(wù)局是利用煤矸石沸騰爐發(fā)電的單位,核定裝機(jī)容量2萬(wàn)KW。從1978—1994 年已發(fā)電12 億KW·h,耗用煤矸石等低熱值燃料200 萬(wàn)噸以上,生產(chǎn)灰渣磚4 億塊、水泥20 多萬(wàn)噸。
建成于上個(gè)世紀(jì)未期的山東新汶?yún)f(xié)莊煤礦矸石熱電廠效益尤為突出。目前發(fā)電量保持1.6 億KW·h 以上,年消耗煤矸石30 萬(wàn)噸。同時(shí)還建起了免燒磚廠,每月生產(chǎn)免燒磚30 多萬(wàn)塊,消耗粉煤灰6000 噸。又將爐渣用作建材原料和鋪路,用灰渣替代沙子用于井下噴漿等等。該礦煤矸石熱電廠建成后,實(shí)行熱電聯(lián)供,年節(jié)約原煤4 萬(wàn)噸,少支付電費(fèi)1.2 億元以上,節(jié)省煤矸石堆放占地25 畝,安置待業(yè)和下崗人員733 人。既節(jié)約了資源,又收到了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
2.用煤矸石生產(chǎn)新型建筑材料取得突破
山東新汶礦務(wù)局泰山機(jī)械公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的真空硬塑制磚機(jī),以煤矸石、粉煤灰為原料,利用煤矸石自身的發(fā)熱量進(jìn)行焙燒,生產(chǎn)出了承重空心磚和非承重空心磚。該產(chǎn)品符合國(guó)家對(duì)新型墻體材料的要求,具有廣闊的發(fā)展前景。
山西陽(yáng)泉礦務(wù)局用該地自然煤矸石為骨料,配入矸石砂、硅酸鹽水泥制成200—300 號(hào)煤矸石混凝土,其物理性能和質(zhì)量符合有關(guān)規(guī)定。用自然煤矸石生產(chǎn)的混凝土比普通混凝土的密度低20%,是高層建筑的材料。
山西潞安礦業(yè)公司新型墻體材料廠建成了國(guó)內(nèi)產(chǎn)量較大、自動(dòng)化程度較高的煤矸石制磚生產(chǎn)線,每年可以生產(chǎn)1.3 億塊標(biāo)準(zhǔn)磚,處理煤矸石30 萬(wàn)噸。生產(chǎn)的煤矸石磚強(qiáng)度高、熱阻大、隔音好,可降低建筑物墻體厚度,減少用磚量。同時(shí)由于外觀整潔、抗風(fēng)化能力強(qiáng)、色澤自然,可以省去抹灰、噴涂等工序,降低建設(shè)和維護(hù)成本,與傳統(tǒng)粘土磚相比有著更高的性價(jià)比和更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,其經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益都非常顯著。
3.從煤矸石中提取硫精礦和其他化工原料取得初步成效
重慶南桐礦務(wù)局干壩子選煤廠從高硫煤矸石中提取硫精礦取得成功。入洗矸石含硫10~31%,主要成分為黃鐵礦硫。采用重介法分選選出:含硫35%、含碳小于8%的硫精礦;灰分45~50%的泥煤和尾礦三種產(chǎn)品。
河北開(kāi)灤唐家莊礦選硫車間,1985 年初投產(chǎn)。入洗矸石含硫?yàn)?/span>3.98%,主要成分為黃鐵礦硫。經(jīng)洗選產(chǎn)出四種產(chǎn)品:含硫30~35%、含碳小于8%的硫精礦;發(fā)熱量14.63MJ/kg 可作燃燒用的動(dòng)力煤;發(fā)熱量6.27MJ/kg 的低熱值燃料和矸石。
遼寧南票礦務(wù)局與煤炭*撫順?lè)衷汉献鳎瑥拿喉肥刑崛〗Y(jié)晶氯化鋁、固體聚合鋁、水玻璃、白炭黑等多種化工產(chǎn)品獲得成功。目前,年產(chǎn)萬(wàn)噸結(jié)晶氯化鋁、固體聚合鋁的生產(chǎn)裝置已建成投產(chǎn),年產(chǎn)值達(dá)千萬(wàn)元以上。該項(xiàng)研究成果曾獲得1986 年國(guó)家發(fā)明四等獎(jiǎng)。
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