煤矸石综合利用途径的分析

2022-09-11

一、煤矸石的排放及其环境-经济的“两面性”

煤矸石是工业排放量最大的固废, 其具有环境-经济两面性特征。若将其任意丢弃, 那么就会对环境造成极大的损害;若将其合理地资源化利用, 那么就会使其成为有用的可再生自愿。煤矸石对环境造成的影响是极大的, 不仅会侵占土地资源, 其中的某些有害元素经过风化等作用, 大量的有害元素 (如重金属) 就会进入至土壤及水体环境之中, 从而对农作物、水生态系统、人类健康造成极大的威胁。此外, 煤矸石中残留的C素还可在干旱时节发生自燃而引起森林火灾, 将大量的大氧化物、二氧化硫、一氧化碳以及烟尘 (如PM2.5) 排入至大气之中, 从而造成大气的严重污染。实际上, 它也属于一种“离位资源”, 如果可以对煤矸石进行资源化处理与利用, 不仅能够很好地改善矿区的生态环境, 使得矿区生态结构保持平衡, 而且还能够显著地减少对土地的侵占率, 还可以节约资源以及开发新产品等, 从而使得煤炭工业具有节能环保的作用, 并带来巨大的环境、经济以及社会收益等。一项统计数据显示, 某些大型矿山通过煤矸石的资源化再利用, 开发了新产品以及延长了产业链, 其经济效益提高了30%以上。由此可以得知, 加强煤矸石资源化利用, 具有十分重要的意义与现实价值。

二、煤矸石综合利用途径分析

1. 煤矸石的能源利用

煤矸石含碳量的多少直接决定其能源利用率的高低。根据煤矸石含碳量的多少, 可将其分为如下三种类别, 即:含碳量在10%以下, 此类煤矸石无能源利用条件;含碳量在10-20%范围内定的, 此类煤矸石可作为制砖及水泥等材料;含碳量在20%以上的煤矸石, 可以将其作为一种能源物质进行综合化利用, 如可以回收其中的煤炭成分, 制备成煤气等能源物质。

(1) 回收煤炭

一般而言, 煤矸石的回收利用主要是由于其中含有一定量的碳素, 然后将碳素作为能源进行回收, 这在很大程度上体现了煤矸石的利用性能。在对煤矸石资源化利用之前, 将其中的煤炭成分进行回收不仅能够节约能源物质, 而且还可以在很大程度上增加经济效益, 同时还能够生产出更多的煤矸石资源。

就目前发展来看, 从煤矸石中回收煤炭成分主要包括两种工艺, 即包括水力及重力介质分选两种工艺流程。前种工艺流程主要是将含碳量较高的煤矸石经水箱筛选之后进入旋流器之中, 在这个旋流器中煤炭颗粒及煤矸石可进行分离, 最后经过脱水程序将精煤提取出来。上述工艺主要包括:灵活性强, 可按照具体需求将全套设备搬运至适当的地点进行运行等方面的特点。后者则是按照浮力的相关原料, 将含有煤矸石颗粒放入介质悬浮液之中, 此方法能够高效地将密度差在0.3g/cm2的两种矿物进行筛选。上述工艺的主要特点就是费用低、分选粒度范围较大, 且分选率较高等方面。

(2) 煤矸石发电

利用煤矸石进行发电, 其工艺流程十分简便。即:首先将煤矸石以及劣质煤的混合物经破碎及筛分成粒径在0-8mm的粉末状燃料;然后由皮带机将其运输至循环流化床中进行燃烧, 循环流化床可以使得上述粉末处于一定高度的流化状态;最后燃烧所产生的粉尘经过粉尘处理器送入烟道之中, 燃烧所产生的灰渣则经过水冷泵入至灰场之中。

2. 煤矸石的建筑材料利用

早在上个世纪八十年代, 我国就开始将煤矸石制作成为建筑材料相关制作工艺流程的研究, 例如制作成煤矸石砖及水泥等。当前, 将煤矸石制作成为建筑材料已成为其最大的再利用途径。

(1) 煤矸石制砖

将煤矸石用于制砖, 其方法也包括两种, 即:生产烧结砖与烧砖混合燃料。制砖的煤矸石一般要求碳含量要处于高水平, 若其中的碳含量过高, 那么则需要将其中掺杂少量的黏土, 这样做的目的就是规避了烧砖过火。除了对热值具有一定的要求, 对煤矸石的化学成分也应有一定的要求, 一般要求二氧化硅的含量为55-70%, 三氧化二铝为15-25%, 三氧化二铁含量为2-8%, 塑性指数为7-15%。

对于煤矸石烧结砖而言, 其工艺流程同黏土制砖的工艺流程十分类似, 仅仅增加了煤矸石的破碎程序, 设备多选则锤式破碎机或球磨机等, 采用二段或者三段破碎工艺, 首先将烧砖所需的粉料制作完成, 然后将煤矸石粉料与黏土等原料加水进行混合拌匀, 在制砖机上成型制作码坯, 最后送入至隧道窑中进行烧结处理。

(2) 煤矸石水泥

经化学结构分析可知, 煤矸石的化学成分与黏土的化学成分非常接近, 且其中含有一定量的煤炭, 在水泥生产中, 可代替黏土作为原材料进行生产。因此, 煤矸石生产水泥具有一定的可行性。

将煤矸石制作成为水泥, 其生产工艺同黏土生产水泥的工艺十分类似。首先将煤矸石以及石灰石等材料经破碎及磨洗之后, 将其中掺杂一定量的铝粉或者铁粉, 经研磨以及搅拌等过程配置成为生料;然后, 在回转窑之中煅烧生成水泥熟料, 最后将石膏掺入其中制作成为水泥熟料。在这其中, 需要说明的一点就是应该按照煤矸石中的三氧化二铝含量进行一定的配料, 所配生料的化学成分应该满足生产高质量水泥的需求, 一般而言, 若三氧化二铝的含量在25%以下, 那么则可使用煤矸石直接代替黏土来进行生产;若三氧化二铝的含量在25%以上, 在实际配料过程中应该适当地加入一定量的石膏等材料进行配置, 以防止水泥发生快速凝结的情况。

运用煤矸石做混合材料, 主要是将煤矸石、上述工艺流程制作而成的熟料以及石膏按照一定的比例进行混合, 经破碎之后进入水泥磨磨成产品。运用煤矸石做混合材料的工艺流程十分简便, 无需增加附加设备, 且可以在原来设备的基础上进行加工。选料时应该选择过火或者煅烧之后的煤矸石, 根据10-50%的混合比例将混合料掺入其中, 目前这种方法为各大水泥厂生产水泥过程中所广泛使用的一种增产及降标的途径。

3. 煤矸石的化工利用

(1) 煤矸石制备铝盐

铝盐属于一种极为重要的化工原料, 在化学工艺上一般采用铝土矿进行制备。将煤矸石制作成为铝盐, 对其矿物质成分具有非常严格的技术要求与水准, 要求高岭石含量超过80%, 二氧化硅含量在30-50%范围内, 三氧化二铝的含量在25%以上, 铝、硅含量的比值应在1.5以下, 氧化钙与氧化镁的含量均在0.5%以内。

运用煤矸石对铝盐进行制备, 一般而言, 可以制备出如下几个类型的产品, 包括:聚合氧化铝、硫酸铝以及氢氧化铝等产品。聚合氧化铝属于一种高效的无机凝聚剂, 一般将其用于饮用水的净化、工业废水的处理等过程之中;硫酸铝一般可应用于造纸、印染、鞣革以及油脂澄清等过程中。采用煤矸石制取硫酸铝以及聚合氧化铝的工艺流程非常相似。其主要流程为:开始将煤矸石经研磨、芍倍与磨粉等步骤后, 然后使用HCl进行酸浸反应, 生成三氯化铝与硫酸铝等;然后再经过过滤分离出渣液, 滤液在经浓缩、冷却以及结晶等步骤之后, 最终可以得到硫酸铝与氧化铝等产品。

(2) 其他化工利用

煤矸石的化学成分以及矿物结构为其化工利用提供了很多方面的可能性, 从煤矸石之中提取出多种有益的成分。因此, 应该从煤矸石中开发更多的化学成分进行有效地利用。近年来, 国外很多大型煤矿均积极地研发煤矸石的化工方面的用途及价值, 如应用煤矸石生产岩棉以及含铁的化工产品, 还有某些企业采用煤矸石生产氨水以及硫酸铵等话费, 供农业使用。目前, 国内很多大型的联合体煤矿也开始逐渐重视煤矸石的重要作用, 也在积极地研发从煤矸石中分离出有效的化工产品, 如利用煤矸石生产塑料制品、复合肥等产品, 均得到了较好的应用。

结束语

综上所述可以得知, 资源枯竭和环境污染是煤炭工业面临的两大挑战, 而煤矸石的资源化再生利用, 不仅能够提高经济效益, 而且还能够解决由煤矸石引起的各种环境问题。如何将煤矸石进行资源化再生利用, 成为当前研究的一个热点与难点, 在这其中, 应该充分地运用好各种科学技术, 将煤矸石进行合理化处理, 最终制成煤矸石产品。各种技术逐渐处于成熟的发展阶段, 对此应该对这些技术进行推广及普及, 以更好地处理煤矸石, 提高经济、环境及社会效益。

摘要：在煤炭工业中, 其排放最多的固体废物就是煤矸石。煤矸石与其他废物所不同的是, 它具有环境-经济两面性, 即既会对环境造成破坏, 又具有一定的经济性。因此, 应该注重加强对煤矸石进行综合利用, 一般包括煤炭资源回收、煤矸石发电、煤矸石砖、煤矸石制备水泥以及煤矸石提取铝盐, 具有经济效率高、技术难度低下以及工艺流程简单等方面的特征。因此, 加强对煤矸石资源再生化处理具有十分重要的意义与现实价值。

关键词：煤矸石,能源利用,建材利用,化工利用