煤矸石的资源化利用

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1、r1百订万方数据中国科技核心期刊全国中文核心期刊矿业类核心期刊J燥矸石的资源化币lJ用张顺利1，王泽南2，贾懿曼1，李成1，薛浩1，舒新前1(1．中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京100083；2．山西潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿，山西长治046000)摘要：介绍了煤矸石的基本组成及对水体，土壤，大气等的危害。介绍了几种煤矸石利用的主要途径及新的利用途径，并进行了经济技术分析，提出煤矸石资源化利用的建议。关键词：煤矸石；资源化利用；节能减排中图分类号：1D849．5文献标识码：A文章编号：1006—6772(2011)04一0

2、097一04富煤贫油少气的能源赋存状况，决定了今后几十年中国煤炭开采洗选量仍将稳步提高。煤矸石的排放和堆存也将不断增加⋯。如何有效进行煤矸石的资源化利用，无疑是亟待解决的重要问题。笔者在简述煤矸石化学组分及危害的基础上，分析了其主要利用途径，对中国煤矸石的资源化利用提出了建议。用煤矸石，对其化学组成的研究与分析是关键。煤矸石的化学成分主要是氧化物，如SiO：，AI：O，，Fe203，CaO，MgO，K20，Na20等，部分地区煤矸石中还含有Ge，Ga，U，r11l等元素，其主要的矿物组成是高岭石、石英、钾云母、长石等。中国煤矸石的化学组分见表1

3、。2煤矸石对环境的危害1煤矸石的化学组成2．1对水体环境的危害煤矸石是煤炭开采、洗选过程中的副产品，不煤矸石对水体环境的危害主要体现在2个方同地区的煤矸石化学组成差别较大，如何资源化利面：一是物理污染，雨水冲刷矸石山中的许多细颗粒，表1煤矸石中各物质的质量分数随水流流人河道湖泊中，污染水资源；二是化学污染，煤矸石中除含有SiO：，AI：03，Fe：03等常见氧化物外，还含有一些微量重金属元素，如Pb，Sn，Hg，As，cr等，它们会通过雨水淋溶进入地表水域或渗入浅层地下水，污染水体旧。。2．2对土地资源的危害据初步统计，中国堆存的煤矸石已超过5

4、0亿t，其中规模较大的矸石山就有2600多座，按照煤矸石占地系数333．3m2／万t计算，占地约120km2【3J。煤矸石长期堆放还会破坏周围土地生态环境，甚至形成盐碱地。2．3对大气的危害煤矸石长期堆放内部会持续升温甚至自燃，由于煤矸石中含有黄铁矿、有机硫等，自燃产生SO：，CO，CO：，H2S和NO：等有害气体，而且长期堆放的矸石山还会风化破碎、扬尘，污染大气环境。2．4引发安全隐患中国矸石山多为自然堆放，当坡度较陡而且堆收稿日期：2011—03—14作者简介：张顺利(1987一)，男。山东枣庄人，2009年毕业于山东科技大学，现为中国矿业

5、大学(北京)在读6页士研究生。张顺利等：煤矸石的资源化利用万方数据积较高时，会由于重力及暴雨影响，诱发泥石流、山体滑坡和坍塌等地质灾害，对周边农田、河流及居民安全造成隐患。3煤矸石资源化利用的主要途径美国、英国和德国等西方国家煤矸石的总体利用率相对较高，中国煤矸石的开发利用程度较低。煤矸石的主要利用途径如下：3．1煤矸石发电国内外学者对煤矸石及劣质煤作为炉用燃料的资源化利用进行了大量研究HJ。煤矸石发电主要是利用发热量在4186．8kJ／kg以上的煤矸石，掺烧部分中煤、尾煤或者煤泥，通过循环流化床燃烧发电”刊。目前全国已建成煤矸石电厂将近200

6、座，装机容量约3000万kW，每年发电实际消耗煤矸石约2000万t。与自燃相比，煤矸石发电有明显的环境效益，每燃烧1000万t煤矸石可少排放SO，24万～38万t，少占地0．2km2，而且循环流化床采用低温(850—900℃)燃烧，可有效抑制NO。生成。与粉煤炉相比，NO：排放的体积分数可从0．3×10一～0．4×10七降到0．12x10～一0．15×10一，并且燃烧后产生的灰渣和粉煤灰还可用于生产建材或其它利用，是一种绿色循环的资源利用方式。3．2从煤矸石中富集提取有用矿产按煤矸石中物质的平均含量计算，即A1：O，为28％，Fe203为5％，

7、Si02为55％，如果能把50亿t堆存煤矸石中的AI：03，Fe：03和SiO：有效提取出来，可以生产14亿tA1203，2．5亿tFe203以及27．5亿tSiO：，缓解中国铁矿石、铝土矿等资源紧张、供应严重短缺的问题，极大满足国民经济快速发展对矿产资源的需求，在一定程度上保障国家的矿产资源安全。此外，煤矸石中还含有比较丰富的Ge，Ga，V等有用组分，也可以提取利用。以提取铝为例，国内外煤矸石提铝主要采用石灰石烧结法、碱石灰烧结法和酸浸法¨J。在总结国内外提铝工艺的基础上，中国矿业大学(北京)清洁能源与环境工程研究所开发了利用煤矸石等含铝矿产

8、通过改进的酸浸法高效提铝技术(MALEA)。对中国峰峰、阳泉、窑街、准格尔、霍州、晋城等矿区的煤矸石，开展了高效提取试验。结果表明，AI：O，的提取率