1 前言

煤(mei)(mei)炭一直是(shi)(shi)我國(guo)(guo)的(de)(de)主(zhu)要能源(yuan), 在國(guo)(guo)民經濟發展(zhan)中占有(you)十(shi)分重要的(de)(de)地(di)位, 隨(sui)(sui)著煤(mei)(mei)炭的(de)(de)開采(cai)(cai), 伴隨(sui)(sui)有(you)大(da)量(liang)(liang)(liang)礦山廢棄物—— —煤(mei)(mei)矸(gan)石(shi)(shi)。調(diao)查(cha)表明, 截(jie)止(zhi) 1984 年(nian)(nian)(nian)底, 我國(guo)(guo)積存的(de)(de)煤(mei)(mei)矸(gan)石(shi)(shi)量(liang)(liang)(liang)已(yi)達 1300Mt( 13 億(yi)噸) 以上, 占地(di)約(yue) 63.4 平方公里( 95000 畝(mu)) , 每年(nian)(nian)(nian)還(huan)要排放近 130Mt( 1.3 億(yi)噸) , 不僅占去大(da)量(liang)(liang)(liang)農田(tian), 而且(qie)(qie)污染水(shui)源(yuan)、 空氣(qi), 破壞生態(tai)平衡, 給人(ren)類帶來災害。如何綜合利用(yong)煤(mei)(mei)矸(gan)石(shi)(shi), 已(yi)是(shi)(shi)當前(qian)人(ren)們(men)急需解決(jue)的(de)(de)課題之一。淮(huai)南作為煤(mei)(mei)炭能源(yuan)基地(di), 煤(mei)(mei)礦開采(cai)(cai)已(yi)有(you)幾十(shi)年(nian)(nian)(nian)歷史(shi), 1977 年(nian)(nian)(nian)底已(yi)積存煤(mei)(mei)矸(gan)石(shi)(shi) 1224 萬(wan)噸, 占地(di) 74 萬(wan)平方米 ( 1106 畝(mu)) , 目前(qian)積存煤(mei)(mei)矸(gan)石(shi)(shi)約(yue)有(you) 3000萬(wan)噸, 每年(nian)(nian)(nian)新(xin)排矸(gan)石(shi)(shi)在 200 多萬(wan)噸, 主(zhu)要集(ji)中分布在謝(xie)家(jia)集(ji)、八公山方圓 10 公里之內和(he)新(xin)區潘集(ji)地(di)區, 而且(qie)(qie)隨(sui)(sui)著新(xin)建礦井增(zeng)加, 排矸(gan)量(liang)(liang)(liang)逐年(nian)(nian)(nian)增(zeng)加, 合理處理和(he)綜合利用(yong)煤(mei)(mei)矸(gan)石(shi)(shi)是(shi)(shi)建設安(an)徽造福淮(huai)南的(de)(de)大(da)好事(shi)。

本文在(zai)對準(zhun)(zhun)南礦(kuang)區煤(mei)矸(gan)石分析(xi)、調研(yan)的基(ji)礎上, 針對準(zhun)(zhun)南礦(kuang)區煤(mei)矸(gan)石特點(dian)及現有(you)技術水平, 提(ti)出了三種綜(zong)合利(li)用煤(mei)矸(gan)石方案(an), 供(gong)參考(kao)。

2 淮南礦區煤矸石特點

煤(mei)(mei)矸(gan)(gan)石(shi)是夾在煤(mei)(mei)層(ceng)內的(de)(de)(de)以(yi)及(ji)煤(mei)(mei)系地(di)層(ceng)內的(de)(de)(de)多種巖石(shi)的(de)(de)(de)混(hun)合(he)物(wu)。各礦井的(de)(de)(de)地(di)質條(tiao)件不(bu)同(tong), 因而煤(mei)(mei)矸(gan)(gan)石(shi)的(de)(de)(de)成分(fen)(fen)變化(hua)(hua)較大(da), 為合(he)理(li)有(you)效利(li)用煤(mei)(mei)矸(gan)(gan)石(shi), 應(ying)對各礦井的(de)(de)(de)煤(mei)(mei)矸(gan)(gan)石(shi)進行分(fen)(fen)析化(hua)(hua)驗。經(jing)化(hua)(hua)驗得知, 淮南礦區煤(mei)(mei)矸(gan)(gan)石(shi)灰分(fen)(fen)(Ad)為 54.5~87.9%, 全硫含量大(da)部分(fen)(fen)低于 1.0%, 發熱量 (Qgr, ad) 大(da)部分(fen)(fen)高于 2.0MJ/kg, 一般在 3.3~11.3MJ/kg之間。近期采樣(yang)的(de)(de)(de)化(hua)(hua)學(xue)成分(fen)(fen)分(fen)(fen)析結(jie)果(guo)見表 1。

由表(biao) 1 可見淮南礦區煤(mei)矸石(shi)屬中鋁矸石(shi), 其 K 值(K=SiO2 克(ke)分子數/Al203 克(ke)分子效(xiao))列于(yu)表(biao) 2。

淮南礦(kuang)區煤矸石中以粘土(tu)巖為主, 礦(kuang)物成分除高嶺石、 蒙脫石、 水云母外, 還有(you)少量石英、 長石、 菱鐵礦(kuang)、 黃鐵礦(kuang)等。

從我(wo)院地質系(xi)對淮南潘集十三(san)煤底板(ban)高嶺(ling)石(shi)(shi)型粘土巖的(de)(de)研(yan)究可知(zhi), 高嶺(ling)石(shi)(shi)含(han)量為 60%, 其差熱(re)(re)曲線在 529C, 出現(xian)吸熱(re)(re)谷, 在 970C出現(xian)放(fang)熱(re)(re)峰, 而且(qie)在 970C前有(you)一微(wei)弱的(de)(de)吸熱(re)(re)谷。說明淮南礦區煤矸石(shi)(shi)中的(de)(de)高嶺(ling)石(shi)(shi)為極無序或強(qiang)無序, 結晶度(du)較差, 比表面積(ji)大, 反應(ying)活性較高, 有(you)利于制取(qu)化(hua)工產(chan)品。

3 淮南礦區煤矸石綜合利用現狀與存在問題

建國(guo)以來(lai), 特(te)別是(shi) 70 年代, 我國(guo)對煤矸(gan)石(shi)綜合利(li)(li)用進行了大量研究與技(ji)術(shu)開發(fa), 利(li)(li)用途(tu)徑歸納(na)起來(lai)主要有(you)以下幾個方面:

( 1)作為能源(yuan), 主要(yao)有煤矸石造氣和沸騰(teng)燃燒(shao)鍋爐。

( 2)作為(wei)建筑材(cai)料(liao): 主要生(sheng)產磚(zhuan)、 瓦(wa)、 水泥等。

( 3)提取化(hua)工產(chan)品(pin), 如氯(lv)化(hua)鋁、 明礬以及鎵等化(hua)學(xue)產(chan)品(pin)和(he)稀有元素。

( 4)直接(jie)分離, 如回(hui)收硫鐵礦。

( 5)直(zhi)接利用, 如鋪路、 充填廢井、 化(hua)工填料及農藥、 化(hua)肥(fei)載(zai)體等。

淮南礦區(qu)煤矸石綜合利用也做了不少工作, 下面加(jia)以介紹(shao)。

3.1 煤矸石制磚

目前我(wo)國的(de)墻體(ti)材料產品中 95%是實(shi)心粘(zhan)土磚, 現在全國有(you)磚瓦(wa)企業約 11 萬個, 生(sheng)產粘(zhan)土磚多(duo)達(da) 7000 億塊, 占地(di)(di) 500 萬畝(mu), 每年耗土量(liang)相當于 110 萬畝(mu)土地(di)(di), 實(shi)際毀(hui)田數(shu)十萬畝(mu), 耗能達(da) 7000 多(duo)萬 t 標(biao)煤, 成(cheng)為(wei)一個破(po)壞耕(geng)地(di)(di)、 消耗能源的(de)大(da)戶。為(wei)此, 國家制定了一系列限制粘(zhan)土磚, 發(fa)展新型墻體(ti)材料的(de)政策(ce)。

“十五” 期間(jian), 煤(mei)矸(gan)石生產新型(xing)墻體(ti)材料(liao)將(jiang)進(jin)入(ru)一個高(gao)速發展階段, 配(pei)合(he)城市限制使用(yong)粘土磚和煤(mei)礦產業結構的調(diao)整, 一些城市和礦區(qu)將(jiang)煤(mei)矸(gan)石生產新型(xing)墻體(ti)材料(liao)—承(cheng)重(zhong)和非承(cheng)重(zhong)空心磚作為(wei)發展的重(zhong)點(dian)。

前面提到淮(huai)南礦區(qu)煤(mei)矸(gan)(gan)石(shi)屬于粘土巖類, 再(zai)加(jia)上(shang)含(han)有(you)大(da)約 3.0Mj/kg發(fa)熱量, 是代替(ti)粘土, 生產(chan)內燃磚(zhuan)(zhuan)的極好(hao)原料。淮(huai)南礦區(qu)煤(mei)矸(gan)(gan)石(shi)制(zhi)磚(zhuan)(zhuan)始(shi)于 60 年代, 70 年代有(you)了大(da)發(fa)展, 進入(ru) 80 年代后(hou), 制(zhi)磚(zhuan)(zhuan)工藝又有(you)了改進, 改輪窯(yao)等為隧窯(yao)。淮(huai)南各礦煤(mei)矸(gan)(gan)石(shi)制(zhi)磚(zhuan)(zhuan)廠(chang)情(qing)況匯于表 3

3.2 煤矸石生產水泥

正(zheng)在建設、 發展中(zhong)的(de)煤(mei)(mei)(mei)(mei)、 電、 化城市—— —淮南, 水(shui)(shui)泥(ni)(ni)需要量相當大(da)(da)。目前(qian)年產(chan) 10 萬噸以上水(shui)(shui)泥(ni)(ni)廠就有 3 家, 有兩家已(yi)用煤(mei)(mei)(mei)(mei)矸(gan)(gan)(gan)(gan)石代替粘土(或礬土)作(zuo)(zuo)為水(shui)(shui)泥(ni)(ni)生(sheng)(sheng)產(chan)摻和(he)料。 用煤(mei)(mei)(mei)(mei)矸(gan)(gan)(gan)(gan)石作(zuo)(zuo)原料生(sheng)(sheng)產(chan)水(shui)(shui)泥(ni)(ni)優(you)點(dian)主要有:①代土;②節(jie)煤(mei)(mei)(mei)(mei), 因(yin)煤(mei)(mei)(mei)(mei)矸(gan)(gan)(gan)(gan)石易燒(shao)性好(hao), 實際(ji)熱(re)耗可(ke)降低, 若生(sheng)(sheng)產(chan)特種水(shui)(shui)泥(ni)(ni), 由于煤(mei)(mei)(mei)(mei)矸(gan)(gan)(gan)(gan)石耗量大(da)(da), 節(jie)煤(mei)(mei)(mei)(mei)效果更顯著;③無廢渣, 因(yin)用作(zuo)(zuo)生(sheng)(sheng)產(chan)水(shui)(shui)泥(ni)(ni)的(de)煤(mei)(mei)(mei)(mei)矸(gan)(gan)(gan)(gan)中(zhong)全(quan)部灰(hui)分均轉變成水(shui)(shui)泥(ni)(ni)的(de)有效組(zu)分;④提高(gao)水(shui)(shui)泥(ni)(ni)產(chan)量, 由于煤(mei)(mei)(mei)(mei)矸(gan)(gan)(gan)(gan)石帶(dai)入的(de)部分熱(re)量, 加(jia)強(qiang)了生(sheng)(sheng)料預熱(re), 減輕了燒(shao)成帶(dai)的(de)熱(re)負荷, 加(jia)上配煤(mei)(mei)(mei)(mei)矸(gan)(gan)(gan)(gan)石后物料易燒(shao)性好(hao), 燒(shao)成溫(wen)度(du)亦(yi)有所降低, 諸因(yin)素均可(ke)達到增產(chan)之(zhi)效。

3.3 煤矸石(shi)的(de)沸騰燃燒

對于發熱量為 8.0MJ/kg左(zuo)右煤(mei)矸(gan)石(shi)是(shi)沸(fei)騰燃燒的良好燃料, 在 70 年代后(hou)期, 淮南亦建成(cheng)了(le)煤(mei)矸(gan)石(shi)電(dian)廠(chang), 和煤(mei)矸(gan)石(shi)沸(fei)騰鍋爐, 取得了(le)一些成(cheng)績(ji), 但由于技術等問題, 煤(mei)矸(gan)石(shi)電(dian)廠(chang)已停止運(yun)行(xing)。

3.4 其他

淮(huai)南煤矸石(shi)利(li)用(yong)除了上述之(zhi)外, 目前利(li)用(yong)范圍有:①利(li)用(yong)自燃(ran)后(hou)的矸石(shi)替代黃沙, 如謝三礦將自燃(ran)后(hou)矸石(shi)篩選, 破(po)碎替代黃沙。 ②生產陶瓷, 淮(huai)南陶瓷廠已(yi)有多年歷史(shi)。 ③生產耐(nai)火材料(liao)。 ④用(yong)作(zuo)鋪路、充填塌陷區等等。⑤作(zuo)為化工原料(liao), 制備 4A分子篩, 取代洗(xi)衣(yi)粉中磷助劑。

4 淮(huai)南礦區煤殲(jian)石綜合利用途徑

我們(men)從前(qian)面的(de)(de)(de)分析與調(diao)查研究(jiu)看出, 淮(huai)南礦(kuang)區煤(mei)矸石(shi)主要(yao)屬于結晶度(du)較差(cha)的(de)(de)(de)、 鋁含量(liang)中等的(de)(de)(de)粘土巖類, 發熱量(liang)在 2~13MJ/kg 范圍內, 并有一(yi)些(xie)煤(mei)矸石(shi)加工處理裝(zhuang)置及一(yi)定的(de)(de)(de)技術基礎。根據上述特點, 提(ti)出三種淮(huai)南礦(kuang)區煤(mei)矸石(shi)綜(zong)合利用(yong)途徑的(de)(de)(de)模式(shi), 供大家商(shang)討。

4.1 建立(li)煤(mei)矸(gan)石沸騰燃燒—— —發電供熱—— —化工(gong)綜合體

由于淮南礦區煤矸石硫含量低, 發展沸騰鍋爐燃燒十分有利。 而低熱值燃料沸騰燃燒又是當前國家計委重點推廣的節能措施之一。 但是, 眾所周知, 由于煤矸石可燃成分較少, 灰分高, 燃燒后的殘渣若不充分利用又會造成二次污染, 影響了沸騰燃燒的推廣應用。為了克服缺點, 我們推薦圖 1 所示的利用模式。

這種模式能(neng)否實現工(gong)(gong)(gong)(gong)業化(hua)(hua)呢?據目(mu)前(qian)所掌握(wo)的(de)(de)資料, 我們(men)認(ren)為是完全可以實現的(de)(de)。其原(yuan)(yuan)因有(you)三: (一)領(ling)導已(yi)重(zhong)視, 淮(huai)南(nan)(nan)礦務(wu)局(ju)領(ling)導十分(fen)(fen)重(zhong)視煤(mei)(mei)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)綜合(he)利用, 計劃準(zhun)備上沸(fei)騰(teng)然燒(shao)(shao)—— —發電、 供熱(re)裝置, 及擬(ni)建煤(mei)(mei)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)制氯(lv)化(hua)(hua)鋁等化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)產(chan)品的(de)(de)化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)廠(chang)(chang), 只要將(jiang)二者統籌考(kao)慮是可行(xing)的(de)(de); (二) 原(yuan)(yuan)料適合(he), 來源(yuan)廣(guang)泛, 淮(huai)南(nan)(nan)己(ji)有(you)三家(jia)選煤(mei)(mei)廠(chang)(chang), 每年都要排出(chu)大量(liang)選矸(gan)。 還有(you)些礦井(jing)排出(chu)的(de)(de)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)發熱(re)量(liang)也高達 7.5MJ/ kg, 完全可作為沸(fei)騰(teng)鍋爐(lu)燃燒(shao)(shao)。 同時, 從(cong)我們(men)實驗室對(dui)(dui)部分(fen)(fen)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)進行(xing)化(hua)(hua)學(xue)成分(fen)(fen)分(fen)(fen)析和酸(suan)浸實驗表明(ming), 其 A1203 含量(liang)可達 32.79%, 浸出(chu)率達 86.6%; (三)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝成熟(shu), 煤(mei)(mei)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)沸(fei)騰(teng)燃燒(shao)(shao)發電, 提(ti)取化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)產(chan)品, 在國內已(yi)有(you)大規模生產(chan)裝置, 如煤(mei)(mei)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)電廠(chang)(chang)煤(mei)(mei)炭系統有(you)幾十家(jia), 淮(huai)南(nan)(nan)也搞過。從(cong)煤(mei)(mei)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)生產(chan)氯(lv)化(hua)(hua)鋁等化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)產(chan)品南(nan)(nan)票礦務(wu)局(ju)也有(you)十幾年的(de)(de)生產(chan)歷史, 淮(huai)南(nan)(nan)礦務(wu)局(ju)科(ke)研(yan)(yan)所曾對(dui)(dui)煤(mei)(mei)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)制氯(lv)化(hua)(hua)鋁做過研(yan)(yan)究(jiu), 淮(huai)南(nan)(nan)礦業學(xue)院化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)系, 已(yi)對(dui)(dui)煤(mei)(mei)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)制氯(lv)化(hua)(hua)鋁、 4A分(fen)(fen)子篩(shai)等化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)產(chan)品做了較深入(ru)細致的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)作, 實驗室小試(shi)基本(ben)結(jie)束, 結(jie)果令人滿意, 中(zhong)試(shi)已(yi)完成。 孔(kong)集礦正在申請建 4A分(fen)(fen)子篩(shai)廠(chang)(chang)。

4.2 建立煤(mei)矸(gan)石生(sheng)產磚瓦(wa)—— —水(shui)泥—— —空心砌(qi)塊等建材集團

煤矸石用(yong)作建筑材料, 是其(qi)綜(zong)合(he)利(li)用(yong)中(zhong)(zhong)的(de)(de)主要(yao)方面。它用(yong)量(liang)大(da), 利(li)用(yong)徹(che)底。淮南煤矸石磚瓦廠(chang)(chang)(chang), 水(shui)泥(ni)廠(chang)(chang)(chang)、 具有相當(dang)生產(chan)規模, 但是由于各廠(chang)(chang)(chang)家(jia)分散(san), 聯(lian)系較少(shao), 工(gong)(gong)程(cheng)技術人員(yuan)總(zong)數(shu)少(shao), 又分散(san)在(zai)幾十(shi)家(jia), 對(dui)各個(ge)廠(chang)(chang)(chang)家(jia)來說, 技術力量(liang)相當(dang)薄(bo)弱(ruo), 因此(ci), 成立建材集(ji)團, 發(fa)揮集(ji)團優勢, 將工(gong)(gong)程(cheng)技術人員(yuan)集(ji)中(zhong)(zhong)調配, 同(tong)時(shi)加強科(ke)研(yan)與科(ke)學管(guan)理, 對(dui)各磚瓦廠(chang)(chang)(chang), 水(shui)泥(ni)廠(chang)(chang)(chang)使用(yong)的(de)(de)矸石樣進行(xing)化驗分析, 根據其(qi)發(fa)熱量(liang)及礦物(wu)組(zu)成進行(xing)科(ke)學配方, 以(yi)提高產(chan)品質量(liang), 同(tong)時(shi), 可(ke)以(yi)將自燃后的(de)(de)矸石與水(shui)泥(ni)或沸騰爐渣等生產(chan)空心砌塊(kuai), 或混(hun)凝土砌塊(kuai)等。目前, 免燒磚在(zai)淮南已廣泛地被(bei)開發(fa)和(he)使用(yong), 節約了大(da)量(liang)的(de)(de)農田。

4.3 煤矸(gan)石填充廢井、 塌陷區、 鋪(pu)路與造地復田

淮南礦(kuang)(kuang)務局礦(kuang)(kuang)區已有七、八(ba)十年的開采歷史, 目前報廢礦(kuang)(kuang)井、 塌陷(xian)(xian)區已有多處, 利用(yong)煤(mei)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)填充(chong)廢井、 塌陷(xian)(xian)區, 然后在其上面或(huo)移去煤(mei)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)的矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)山(shan)上面覆(fu)一定(ding)厚度的表土, 即可植(zhi)樹、 種莊(zhuang)稼, 這樣不僅解決了當前處理煤(mei)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)的難題, 而且(qie)還(huan)能覆(fu)土造地(di)。煤(mei)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)還(huan)可以用(yong)于熄滅(mie)礦(kuang)(kuang)火, 如徐州(zhou)某礦(kuang)(kuang)利用(yong)煤(mei)矸(gan)石(shi)(shi)(shi)(shi)替代(dai)粘土熄滅(mie)礦(kuang)(kuang)火時, 發現了意外好(hao)處, 即明(ming)顯減(jian)緩(huan)設備腐蝕現象。

據報(bao)道, 晉城(cheng)礦務局(ju)近幾十(shi)年(nian)對煤矸石造地復田進行了大(da)(da)量工作, 取得(de)了一些經驗(yan)。淮南礦區(qu)東部、 九(jiu)龍(long)崗(gang)、 大(da)(da)通(tong)地區(qu), 可以利用煤矸石填(tian)充(chong)(chong)廢井。而蔡家崗(gang)地區(qu), 若用發熱量低(di)的(de)煤矸石填(tian)充(chong)(chong)廢井塌陷區(qu)或鋪(pu)路, 既可消滅矸石山(shan), 又可擴大(da)(da)耕地, 屆時, 定會減(jian)輕蔡家崗(gang)地區(qu)大(da)(da)氣污染, 改變該地區(qu)環境面貌, 也(ye)是一條有效的(de)綜合利用途徑。

總之(zhi), 在淮南礦區煤矸石的(de)(de)(de)利(li)用一(yi)直受到有(you)關(guan)方面的(de)(de)(de)重視, 并且取(qu)得了一(yi)定的(de)(de)(de)成(cheng)效, 對(dui)煤矸石的(de)(de)(de)綜合利(li)用有(you)待(dai)進(jin)一(yi)步挖掘。

參考文獻

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