煤矸石资源化处理.doc

1煤矸石资源化处理1.1煤矸石的来源煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排出的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。它包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。一般每采1t原煤排出矸石0.2t左右。1煤矸石是指煤矿在建井、开拓掘进、采煤和煤炭洗选过程中排出的含碳岩石及岩石，是指煤矿建设生产过程中所排放出的固体废弃物的总称。煤矸石的来源主要有以下三个方面 （1）岩石巷道掘进时产生的煤矸石，通常称为原矿石，占煤矸石的60%-70%。主要岩石有泥岩、页岩、粉砂岩、砂岩、砾岩、石灰岩等。 （2）采煤过程中从顶板、底板和夹在煤层中的岩石夹层里所产生的煤矸石，占煤矸石的10%-30%。煤层顶板常见的岩石包括泥岩、粉砂岩、砂岩、砂砾岩；煤层底板的岩石多为泥岩、页岩、黏土岩、粉砂岩；煤层夹肝的岩石有黏土岩、碳质泥岩、粉砂岩、砂岩等。 （3）煤炭分选或洗选过程中产生的煤矸石，又被称为洗矸石，约占煤矸石的5%。其中主要由煤层中的各种夹石如高岭石、黏土岩、黄铁矿等组成。1.2煤矸石的危害煤矸石露天堆放，侵占大量土地；矸石堆易坍塌形成重力灾害；其淋滤液携带有害可溶物，可污染水环境、土壤环境；矸石堆扬尘或自燃又污染了大气环境。1.2.1矸石占地矸石堆多位于井口附近，紧邻居民区，侵占大量耕地、林地、居民地和工矿用地，破坏地质地貌景观。1.2.2矸石堆引发重力灾害矸石堆自然安息角为3840，在人为开挖和降雨淋滤作用下，易失稳引发重力灾害，如渣石流、坍塌等。1.2.3矸石堆淋滤液污染水环境破坏土壤的有机养分煤矸石对土壤的污染除了占用土地以外，还表现为使土地盐渍化以及破坏土壤的有机养分，影响农作物的生长。煤矸石在风化过程中可分解成部分可溶盐，如Co、SO2、Mg+、Ca+、K+或Na+等，当这些可溶盐浸入土壤，将导致土壤盐渍化。另外，煤矸石中含有有害重金属，经过雨淋之后会渗入土壤，增加了土壤中重金属的含量，从而破坏土壤中的有机养分。1.3煤矸石的特性石炭、二叠系煤田煤矸石岩性主要为砂岩、泥岩、炭质泥岩和石灰岩，含少量硫铁矿、高岭石和煤屑等，其化学成分以SiO2、Al2O3、FeO、CaO、MgO为主，含少量TiO、K2O、Na2O、P2O等。（1） 煤矸石的成因地壳变迁将植物的遗体长期压在地下而形成了煤，煤矸石就是在形成过程中，由于沉积速度不一样，在煤层上下沉积着的泥沙层，随煤层所在的地层不同，煤矸石中含有各种不同地岩石，按成因，基本上分为沉积岩和火成岩二大类，变质岩极少见。沉积岩的煤矸石主要是粗、中细砂岩、粗细粉沙岩，炭质页岩或少量的炭质砂岩，石灰石和泥质岩。在全部混合矸石中，差不多百分之九十是沉积岩。火成岩多是辉绿岩和安山岩。（二）煤矸石的化学组成煤矸石其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素。其化学成分组成的百分率：SiO2为 5265；Al2O3为 1636；Fe2O3为 2.2814.63;CaO为0.422.32;MgO为0.442.41;TiO2为0.904;P2O5为0.0070.24;K2O+Na2O为1.453.9；V2O5为0.0080.03。（3） 煤矸石的矿物组成由各种岩石组成的煤研石混合物山, 矿物成分也是复杂多变的。主要由粘土矿物高岭石、伊利石、蒙脱石、勃母石 、石英、方解石、黄铁矿及碳质组成。31. 4煤矸石的外观特征和显微结构a外观特征碳质页岩为黑色或黑灰色，层状结构，表面有油脂光泽，不完全理解，不规则块状，断面参差，易碎，滴入稀盐酸有小气泡缓慢放出。 泥质页岩为黄灰色或黑褐色，土状光泽，有松疏的黑色小粒，片状结构，不完全理解，质软性脆，不规则块状，易碎，滴入稀盐酸不起反应。 砂质页岩为深灰色或灰白色，腊状光泽，结构较泥质、碳质页岩粗糙坚硬，组成均一，沿层理有草叶状条痕，极不全完解理，滴入稀盐酸有气泡放出，还有铁锈斑点。 b显微结构 碳质页岩以不透明黑色矿物为主，有少量石英和粘土矿，泥质页岩以石英为主，有一定量的不透明黑色矿物和少量云母；砂质页岩主要是石英和云母，还有一定量的不透明矿与碳酸盐矿物，石英颗粒较粗。碳质页岩和泥质页岩在出煤井时含有较多的碳质，往往还含有胶质有机物、树脂，孢子以及其他植物残体，随着含量的增加岩石颜色加深，经长期堆积，内部发热自燃，大部分已起一定煅烧作用，使表面形成一层很厚的硫酸铝或其他复盐。砂质岩出井煤时，块度较其他页岩大，难粉碎，不自燃，难风化。1.5煤矸石工艺物理特性1、可塑性 煤矸石必须经细碎后才有塑性，矸石中砂岩塑性较页岩差。混合矸石经粉碎至250目筛筛余2%时,其可塑指标可达2.83相应含水率为2325%,如果进一步细碎至300目筛筛余2%,则塑性会更大. 2、粘度 随矸石的颗粒的比表面增大,矸石泥团基本可以塑性成型时,泥浆粘度在1.1左右,可用于注浆成型. 3、真比重和硬度 煤矸石中的砂岩的真比重和硬度较页岩的大,所以,各地矸石硬度差异很大,含页岩多的矸石硬度在23,含砂岩多的矸石在45之间.混合矸石的真比重一般在2.6左右,其安息角在4050度间. 4、 收缩性 煤矸石塑性低,收缩也就较小,一般线收缩在2.53%.烧结后的线收缩在2.22.4%,相应吸水率在1719%. 5、烧结温度范围 煤矸石的烧结温度一般在1050 左右.900 左右为一次膨胀,1120 至1160 时收缩最小,温度继续上升至1160 以上时产生二次膨胀,由固相转为固掖相或完全融熔 6、 脱碳温度 煤矸石的脱碳温度一般总是低于最佳烧结温度,最佳脱碳温度常发生在1000 上下,最低脱碳时间为200250分钟;在整个脱碳过程中,应保持氧化气氛. 7、 耐火度 煤矸石属于中低耐火材料,一般耐火度在13001350,这主要取决于化学组成,从相图角度看,若含 和 高则熔点高,若含碱金属和碱土金属高则熔点就低.1.6煤矸石的综合利用根据我国各地煤矸石组成的特点，我国煤矸石主要用于发电、肥料、建筑材料、化工原料等。1.6.1发电煤矸石中含有部分碳和其他可燃物，可以被用作燃料使用。但是由于一般煤矸石中可燃物的含量比较低，发热量大约在1000- 3000kcal/kg 之间。其作为一种低热值燃料，利用其发电时一般采用循环流化床锅炉燃烧技术。该锅炉在燃烧时，由炉底鼓风机向炉膛进风使破碎成颗粒的煤粒呈悬浮状态，形成流化床。煤可在炉内与空气充分混合，强化了燃烧和传热。一般来说，热值大于4200kJ/kg 的煤矸石通过洗选后可作为燃料直接利用， 热值高于6270kJ/kg 的煤矸石可而直接作为燃料燃烧供电。1.6.2化工原料煤矸石中所含的化合物种类较多，以SiO2 和Al2O3 的含量最高。其主要化工利用途径是通过各种方法，提取其中化学元素，生产硅铝材料。含铝较高的煤矸石，化工产品主要有硫酸铝、结晶氯化铝、聚合氯化铝、4A 沸石等。1.6.3建筑材料我国利用煤矸石来制造建筑材料普遍。用其制成的建材强度高、质量轻、吸水率小、稳定性好。因为其本身含可燃物，用来代替粘土制砖，减小了能源消耗。从建筑材料的发展趋势来看，煤矸石制造空心砖前景更为广阔。1.6.4肥料矸石含有10%- 20%的有机质和多种植物生长所需的B、Zn、Cu、Mn、Mo 等微量元素。部分煤矸石中的氮、磷、钾和微量元素含量是普通土壤的数倍，可生产有微生物和机肥肥料。煤矸石有机肥一般采用化学活化法制成，将有机质含量较高的矸石磨成粉末后与过磷酸钙按照一定的比例混合，加入活化添加剂，搅拌，加入适量水，堆肥活化。还可以在其中加入氨，钾和微量元素等制成复合肥料。煤矸石肥料可增加土壤的透气性、疏松性、改善土壤的团粒结构，提高土壤肥力。1.6.5利用煤矸石筑路、填坑、土地复垦煤矸石可以被用作充填采煤沉陷区，填筑沉陷的公路、铁路路基、堤坝等，而向沉陷区直接排矸与向矸石山排矸相比，并不增加费用，在经济上是可行的。用煤矸石填埋后的塌陷地，可以用作建筑用地，也可以在其上覆土还田，直接种植农作物。这样可以同时解决矿区塌陷地和煤矸石造成的生态问题。这些大批量处理矸石的方法，是解决矸石污染的有效途径之一。这种方法在平原矿区，如河北、河南、两淮等地已有20 多年的应用历史。如：开滦煤矿从1989 年起即用煤矸石填坑造地，并进行复土和种植试验，3 年共复土35 万m3 以上， 造地28.7hm2；阳泉矿与郊区富山村合作进行填矸造地6.67hm2，价值达500 万元，利用煤矸石达60 万吨，现已进行耕种绿色植物试验，并被列为山西省的示范项目。22建筑废物资源化处理2.1建筑废物建筑垃圾是指建设、施工单位或个人对各类建筑物、构筑物、管网等进行建设、铺设或拆除、修缮过程中所产生得渣土、弃土、弃料、余泥及其他废弃物。2.2建筑废物的产生量我国国民经济发展迅速， 大规模的现代化建设带来了建筑业的蓬勃发展。城市公用与民用建筑的更新、改造、新建，市政设施的重建、扩建与新建的过程产生了大量的建筑废物。我国每年因拆除建筑产生的固体废弃物2 亿t 以上， 新建建筑产生的固体废弃物大约1 亿t，两项合计约3 亿t。预计今后我国建筑废弃物年均产量将大于6 亿t。建筑废物处理与利用迫在眉睫。开发1时还可节约天然资源，保护生态环境，既有较大的经济价值，也有巨大的社会综合效益。建筑废物的综合利用已成为世界各国共同关注的课题。2.3建筑废物的收集和运输砖瓦、 混凝土块、 废木材、 废钢筋、 废铁丝等, 而在工现场搬运过程中散落的各种砂、石头、砖等大量的建筑垃圾, 并且在现场的施工当中也有大量的其他建材损耗,而损耗的部分主要也是以建筑垃圾形式被填埋在地基当中或者运出施工地点。如果建筑垃圾是存储在跳过，然后跳到装有举重 hydraulic hoist system should be used for efficient and prompt removal. 液压启闭机系统，应使用高效和迅速清除。 In case, 在情况下， trailers are used, then tractors may remove these. 用于拖车，拖拉机可能会删除这些。 For handling very large volumes, 处理非常大量的 ， front-end loaders in combination with sturdy tipper trucks may be used so that the 前端装载机坚固倾卸式卡车组合，可用于使 time taken for loading and unloading is kept to the minimum. 装卸所需时间减至最低。 For small generators of construction debris, eg, petty repair/maintenance 对于小型发电机的建筑垃圾，如小修理/维护 job, there may be two options (i) specific places for such dumping by the local 工作，有可能出现两个选项中- （i）如倾销的具体地点由当地 body and (ii) removal on payment basis. 身体及（ii）支付的基础上去除。 In case of small towns where skips and tipping trailers are not available, 跳过和引爆拖车不小城镇的情况下， manual loading and unloading should be permitted. 应该允许人工装卸。 Close co-ordination between the Sanitary Department, 卫生署密切协调， Municipal 市 Engineering Department and Town Planning Department is essential if there is no 工程部和城市规划部是必不可少的，如果没有 consolidated Solid Waste Management Department to take care of the construction 综合固体废物管理处采取照顾的建设 and demolition waste in addition to other municipal garbage. 除了 其他城市垃圾和拆建废料2.4建筑废物的消纳低、中、高级、3种处理方式，高级方式追求的是将骨料表面的水泥浆体完全剥离，呈现天然骨料的外形和品质，但由于处理费用较高，目前应用较少，中低级处理方式是一般加工破碎，主要用于基础回填，道路垫层与基层材料，粗骨料用