煤矸石山综合利用.ppt

贾宝山E mail jiabaoshan72918 授课 32学分 2 煤矸石山的综合利用 2008年9月8日 煤矸石的岩相组成 煤矸石的分类及堆积现状 我国综合利用现状 煤矸石的利用途经 主要内容 煤矸石主要是由炭质泥岩 泥岩 粉砂岩 砂岩等岩石组成的混合物 其矿物组成主要有高岭石 蒙脱石 长石 伊利石 方解石 黄铁矿 水铝石和少量稀有金属矿物等组成 元素组成多达数十种 尽管煤矸石的成分复杂 但绝大多数煤矸石除含少量炭质外 主要以硅 铝为主 其次是硫 铁 钙 镁 钠 磷 钛等元素 煤矸石的岩相组成 按煤矸石的来源可分为掘进矸石和选煤矸石两大类 煤层结构和厚度的变化 采煤方法和选煤工艺不同 对煤矸石的排放量有直接影响 一般占煤产量的10 20 由于煤矸石来源不同和产出地区的差异 其成分和性质变化很大 例如 煤矸石的灰分一般在70 85 最高可达90 以上 固定碳含量一般在5 25 发热量一般在3 3 6 3MJ kg 煤矸石的硫含量与原煤硫含量密不可分 例如 开采华北地区太原组煤层和西南地区龙潭组煤层排出的矸石 含硫量就较高 个别可达8 16 煤矸石的分类及堆积现状 综合利用刻不容缓我国不仅是世界产煤大国 也是煤炭消费大国 目前全国历年累计堆放的煤矸石约43亿吨 规模较大的煤矸山有1600多座 占用土地约1 5万公顷 2004年煤炭产量达到19 56亿吨 按煤产量10 的低排矸量计算 当年排放煤矸石就达1 96亿吨 今后煤炭产量还将逐年增长 排矸量也在逐年增加 加上以往积存的煤矸石 其数量相当巨大 因此 煤矸石的综合利用已是一个刻不容缓 亟待研究解决的重要社会问题 我国综合利用现状 据不完全统计 我国煤炭企业目前有煤矸石电厂120余座 装机容量184万KW 年发电量87亿KW h 煤矸石砖厂129座 年生产能力30亿块 折标砖 煤矸石和粉煤灰水泥厂163座 年生产能力1250万吨 截止到2002年 全国煤矿综合利用煤矸石约4200万吨 其中 煤矸石发电2800万吨 煤矸石水泥300万吨 煤矸石制砖1000万吨 其他耗用100万吨 另外 用于井下充填 复垦造田 筑路等处理煤矸石5600万吨 总计利用和无害化处理煤矸石约9800万吨 占当年煤矸石排放量的50 综合利用前景广阔 我国综合利用煤矸石的历史不长 基础较差 总的社会和经济效益还不够理想 但是 从一些实践单位取得的初步效果来看 前景非常广阔 十五 期间 煤矸石生产新型墙体材料将进入一个高速发展阶段 配合城市限制使用粘土制砖和煤矿产业结构的调整 一些城市和矿区将煤矸石生产新型墙体材料 承重和非承重空心砖作为发展的重点 如北京将建设10多条煤矸石生产线 生产煤矸石空心砖10亿块 一些城市和矿区纷纷开工建设煤矸石砖厂 预计到 十五 末 煤矸石砖的年产量将达到200亿块 呈现高速发展的态势 煤矿井下充填及地面塌陷区充填煤矸石生产农肥及改良土壤煤矸石发电生产煤矸石砖 水泥等建筑材料从煤矸石中提取和制备化工产品 煤矸石的利用途经 如何将煤矸石变废为宝 推广煤矸石矿井充填技术 采用煤矸石不出井的采煤生产工艺 充填采空区 减少矸石排放量和地表下沉量 矿井充填材料 新矿集团鄂庄煤矿2202东采煤工作面顺利投入生产 标志着该矿矸石充填开采技术的全面成功 该矿矸石充填开采技术就是将全岩掘进工作面的矸石 用矿车运至采煤工作面 全部充填至采煤工作面老空区 实现矸石井下回填 这一技术的运用 不仅降低了生产成本 而且减少了地面塌陷 避免了地面矸石山占用土地和环境污染 通过矸石充填 鄂庄矿将在今年年底全面实现矸石不上井 并且逐步消灭地面矸石山 回填塌陷区 利用煤矸石作为塌陷地复垦的充填材料 既可以使采煤塌陷地得到恢复 又可减少矸石侵占土地的面积 将煤矸石作为回填和填注材料有两个有利条件 1 矿区煤矸石中含有大量SiO2和Al2O3组分 见下图 将其掺加适量石灰或水泥可以调制成作为注浆材料的灰浆 提高了充填体的强度 2 煤矸石的颗粒级配程度均匀 可以提高充填体的密实性 并且充当了护巷材料的替代品 平顶山矿区煤矸石SiO2和Al2O3百分含量图 煤矸石减排技术路线 矸石减量排放是减少矸石地面堆积的根本途径 同时可实现控制地面沉陷 回收保护煤柱降低生产成本等目的 煤矸石减量排放措施包括减少岩石巷道 优化综采放顶煤参数 减少混入煤炭中的顶矸量 井下分选回填采空区 废旧巷道或置换煤柱等 煤矸石中含有炭质页岩和含炭粉砂岩 有机质含量在l5 左右 并含有植物生长所需的B Zn Cu Co Mo Mn等微量元素 所以可以用煤矸石改良土壤 近年来开始发展以煤矸石为载体生产的无机复合肥和微生物肥料就是优质 高效 营养全面 对环境无污染的新型肥料 据不完全统计 全国有微生物菌肥厂几十余座 年生产能力上百万t 大部分以煤矸石为载体 获得了显著的环境效益和社会效益 煤矸石生产农肥及改良土壤 煤矸石山的污染治理重点是其酸性和重金属的治理 将矸石山的酸性和重金属污染有效治理才能达到复垦种植的目的 而只有对煤矸石山进行复垦种植才能最终改善矸石山造成的污染 从而达到改善矿区生态环境的目的 1 煤矸石的酸化治理植物适合生长在中性基质中 因此要想对煤矸石山复垦植被 必须改善矸石山的酸性 煤矸石山的复垦种植 技术难点酸性 重金属 一是在矸石堆放前 可对黄铁矿加以分选回收 以减少矸石中硫化物含量 二是利用碱性化学物质中和煤矸石的强酸性 常用的有粉煤灰 石灰石 磷矿粉等 用粉煤灰可以提高矸石山的pH值 改变表层质地和增加肥力 粉煤灰颗粒较细 在与煤矸石混合的过程中可以填充煤矸石间的大孔隙 降低矸石山中氧气的浓度 起到防止矸石山自燃的功能 酸化治理措施与方法 煤矸石在露天堆放情况下 经受风吹 日晒和雨淋 煤矸石中的有毒重金属元素如铅 镉 汞 砷 铬等通过雨水淋溶渗入土壤和进入下游水域 导致严重的重金属污染 重金属可迁移性差 不能降解 它在生态系统中不断积累 毒性不断增强 从而导致生态系统退化 目前对煤矸石山重金属污染的治理主要是通过植被修复 种植生物量较大 吸附重金属能力较强的植物 一方面吸收煤矸石中的金属 另一方面可改善矿区生态系统环境 重金属治理措施 草本植物中3种重金属的质量分数mg kg w 重金属在土壤和普通植物中平均质量分数以及超累积植物的临界标准mg kg 土荆芥 荨麻 商陆等3种植物分别对铅 锌 镉有较高的富集浓度 土荆芥是新发现的一种铅超富集植物 表2重金属在土壤和普通植物中平均质量分数以及超累积植物的临界标准mg kg w 煤矸石发电 除岩巷掘进矸石外 煤矸石或多或少都有一些煤或可燃成分 因此可作为燃料使用 热值在400kJ kg以上的煤矸石可作为沸腾炉的燃料直接燃烧 用作矿区供热或发电 峰峰 邯郸矿务局都建有煤矸石电厂 其流程均以洗煤厂洗矸为原料 经破碎 脱硫处理后加入沸腾炉进行燃烧 电厂已正常运行多年 效果良好 煤矸石发电厂主要利用热值在6 27MJ kg 8 336MJ kg以上的洗矸 半煤岩巷排除的掘进矸石 目前 煤炭系统多采用流化床燃烧技术 采用最多 技术成熟的为5t h 75t h的循环流化床锅炉 我国利用煤矸石发电已形成一定规模 全国煤矿已建成煤矸石电厂将近200座总装机容量约3000万千瓦占矿区用电的35 全国煤矸石电厂盈利6亿元以上 每年发电实际消耗煤矸石约2000万t 利用煤矸石发是综合利用煤矸石的一条重要途径 不但可以节省好煤 缓解煤矿电力紧张局面 而且灰渣还可以生产建材 消除二次污染 是一项绿色环保工程 其经济效益 社会效益和环境效益都十分显著 煤矸石制砖 利用煤矸石制砖 主要包括生产烧结砖和做烧砖混合燃料 所用的煤矸石含炭量较高 热值一般控制在2090 4180kJ kg范围内 如果矸石含煤量过高 可在原料中掺少量黏土 避免烧砖过火 除对热值有一定要求外 利用煤矸石制砖对其化学成分也有规定 一般要求SiO2含量为55 70 Al2O3为15 25 Fe2O3为2 8 塑性指数7 15 生产建筑材料 煤矸石制造砖的成分要求 煤矸石制烧结砖 利用煤矸石具有一定热值这一特性 先将窑体内的温度提高到煤矸石燃点 待煤矸石砖坯进入窑体后利用其自燃进行烧制 实现了 制坯不用土 烧砖不用煤 的节能环保目标 目前 全国有砖瓦企业约11万家 年生产粘土砖多达7000亿块 每年耗土量相当于7133万hm2土地 耗能达7000多万t标煤 成为一个破坏耕地 消耗能源的大户 为此 国家制定了一系列限制粘土砖 发展新型墙体材料的政策 目前 全国煤矸石砖生产企业仅有近千家 年生产矸石砖60亿块 仅占粘土砖产量的0 8 利用煤矸石1600万t 年节约土地近万亩 节约标煤60万t 此外 全国利用煤矸石生产粘土内烧结砖的 平均掺矸石量约15 厂家较多 每年生产矸石内烧结砖500亿块 年利用煤矸石量1800万t 全煤矸石砖生产流程示意图 煤矸石制水泥 煤矸石中的二氧化硅 三氧化二铝及三氧化二铁的总含量一般在80 以上 是一种天然的粘土质原料 可以代替粘土配料烧制普通硅酸盐水泥 特种水泥和无熟料水泥 同时煤矸石还能释放一定热量 可代替部分燃料 减少水泥生产的能耗 在水泥生产方面 煤矸石和粘土的化学成分相近 并能释放一定的热量 用其代替粘土和部分燃料生产普通水泥能提高熟料质量 这是因为煤矸石配料的生料活化能比粘土配料低 用少量煤就可提高生料的预烧温度 且煤矸石中的可燃物也有利于硅酸盐等矿物的熔解和形成 此外 煤矸石配入生料的表面能高 硅铝等酸性氧化物易于吸收氧化钙 可加速硅酸钙等矿物的形成 煤矸石用作水泥原料时的生产工艺过程与普通水泥的生产基本相同 将原燃料按一定比例配合 磨细成生料 烧至部分熔融 得到以硅酸钙为主要成分的熟料 再加入适量石膏和混合材料 磨成细粉即可制成水泥 水泥生产简述 煤矸石作筑路材料煤矸石中含有一定活性物质 具有较好的路用性能和强度 可用作一般公路的底基层或路基填料 利用煤矸石作筑路材料有很多优点 首先 煤矸石在道路工程中用量比较大 而且技术手段简单 无需做特殊处理 其次 做筑路材料对煤矸石的种类和品质要求不高 适用于多种类型的煤矸石 优质的煤矸石 高价值煤矸石 对矿物组成以高岭石族矿物为主 地质分析 化学成分 化学分析 符合一定范围 见表2 的煤矸石 则是煤矸石中的精品 也就是专业人士所说的煤系硬质高岭岩 这类煤矸石经过磨碎 煅烧 剥片及深加工后化学反应能力 即活力 显著提高 颜色变白 能生产与天然高岭土相媲美的产品 可以替代资源很少的天然高岭土应用于造纸工业 陶瓷工业 耐火材料工业 涂料橡胶及塑料工业 石油及化工工业 制药和化妆品工业以及军工工业 另外 经我国专家群体近些年来的部分调研发现 在山西 内蒙 江苏 徐州 安徽 淮北 等地的含煤地层中 存在着规模巨大的煤系硬质高岭岩矿床 储量约为110亿t 全国的远景储量约为245亿t 我们利用煤系硬质高岭岩来代替天然高岭土的应用前景十分看好 提取和制备化工产品 煤矸石制取硅系列化X 产品 煤矸石中的SiO2的含量可达50 以上 有效利用其中的硅元素 开发硅系列化工产品 如水玻璃 白炭黑 陶瓷原料等 从中科院获悉 煤矸石采用快速流态化煅烧新工艺处理后 今后可以用作高性能填料 从而使其身价倍增 采用该新工艺得到的 双9O 粒径小于2微米的占90 以上 白度大于90 煤矸石 不仅具有良好的物化性能 可替代部分钛白粉 用于造纸 涂料领域 而且具有优良的稳定性 并可代替白炭黑等用作橡胶 塑料类产品的填料 制备硅系列产品 我国许多煤田存在着与煤共生或伴生的硫铁矿 这种煤经洗选后 硫铁矿富集在洗矸中 进一步洗选可回收硫铁矿 例如 峰峰矿务局五矿就建设有硫铁回收车间 采用跳汰和摇床联合工艺硫铁矿可进一步加工成为硫酸或硫磺 对于含铝较高的煤矸石 经过煅烧 浸取 可制备氯化铝 硫酸铝等产品 提取硫铁矿及制备铝产品 小结 1 转变观念 充分认识煤矸石综合利用工作对煤炭企业产业结构调整 节能环保的重要战略意义 真正把发展煤矸石综合利用作为煤矿发展经济 调整产业结构的大事来抓 扎扎实实地工作 就一定取得显著成绩 2 进一步加大政策扶持力度 推动煤矸石利用产业发展 国家对煤矸石综合利用工作非常重视 已制定了一系列推动煤矸石综合利用工作发展的法规 政策 对促进煤矸石利用产业的发展起到了一定的作用 应当看到 多数煤矸石利用企业效益不高