煤矸石对环境的影响及综合利用途径研究

　　摘要：本文首先分析了煤矸石对环境的七种主要影响，然后分析了煤矸石的六种主要利用途径，具有较强的理论价值和实用价值，供参考借鉴。

　　关键词：煤矸石,环境,利用

　　煤矸石是煤炭矿区产生的主要的固体废物之一。大量煤矸石不断产生给煤炭企业的正常运行和生态环境带来了巨大的压力，如何处置煤矸石已经是重要的问题，也是对国家可持续发展战略的贯彻实施也会产生重要影响。

　　1煤矸石对环境的影响

　　1)占用耕地，破坏自然景观

　　矸石大多露天堆放，巨大黑色的矸石山成了煤矿区的标志物，严重影响了矿区的自然景观。矸石山都不同程度地侵占耕地，平原地区更加明显，2003年我国已有较大的矸石山1600余座，占地22万亩，而且还以每年404公顷的速度增长。这对于人均耕地不足0.1公顷的我国来说，所产生的影响是显而易见的。矸石的堆放不仅埋压或破坏了原地貌植被，而且排放过程中产生的粉尘、自燃时产生的有毒物质对植物的生存也有较大影响，主要表现在植物生长缓慢，生长量降低，草地植被种类减少病虫害增多等，这对矿区的生态环境造成了严重危害。

　　(2)自燃

　　由于矸石中含有残煤、碳质泥岩、碎木材等可燃物质，其中碳、硫构成矸石山自燃的物质基础。由于煤矸石长期露天堆放，矸石内部的热量逐渐积累，当温度达到燃点时(煤的燃点一般为360°C)矸石中的残煤及其它可燃物便可自燃，放出的大量有害气体如S02, CO, CO2, H2S， NOX等，并伴有大量烟尘对矿区环境造成严重污染。

　　(3)淋溶水污染

　　煤矸石受到降雨喷淋或长期处于浸渍状态，矸石中的粉尘会成为水中悬浮物，有害成分溶解后进入水体、土壤、对水环境和土壤环境造成二次污染。当酸性较强的淋浴水进入水体时，对生物产生很强的冲击力，能消灭或抑制水中微生物的生长，妨碍水体自净。煤矸石中除含有SiO2, A12O3以及铁锰等常量元素之外，还有其它痕量重金属，如铅、福、汞、砷、铬等，这些元素都是有毒重金属元素，在进入水体或渗入土壤后，会影响土壤环境或水环境。

　　(4)污染大气环境

　　煤矸石在露天堆放时矸石表面会风化成粉尘，在风力作用下，会对周围大气环境造成影响。对于一些长期堆放的矸石山，由于风化严重，颗粒粉碎，稍有风吹便尘土飞扬，长期生活在这种环境中的居民，鼻咽炎、上呼吸道感染等发病率很高。

　　(5)矸石山的坍塌

　　如果矸石上堆积过高、坡度过大或受到人为开挖影响时，或受到爆炸或暴雨侵蚀时，就容易形成坍塌、滑坡、泥石流等灾害。而对于正在自燃的矸石山，如遇淋溶水的渗入，受热后水气急剧膨胀易引起爆炸危险，严重危及附近居民的安全。

　　(6)天然放射性元素对环境影响

　　矸石中天然放射性核心元素主要在铀-238,钍-232、镭-226、钾-40。近几年我国开始了对这方面的矸究。矸究结果表明：矸石中的天然放射性核心元素均高于原煤和土壤中的相应数值。

　　(7)对地面温度的影响

　　矸石黑色表面吸热极强，夏日中午矸石地表温度常可达40°C，因此可使矿区气温增局。

　　2 煤矸石的综合利用途径

　　(1)煤矸石生产水泥

　　水泥是一种无机水硬性胶凝材料，它加水成浆状后，既能在空气中硬化，又能在潮湿介质或水中继续硬化，并能把沙、石等材料牢固地胶结在一起形成人工石材。

　　采用煤矸石生产水泥，要求煤矸石中Si02, A1203及Fe203含量较高，三者的总含量要求在80%以上，矸究区中除了翟镇矿洗矸外，大部分煤矿中矸石的SiO2, A12O3及Fe2O3含量在80%以上，是一种天然粘土质原料，可作为水泥生料中硅质及铝质组分的主要来源、代替粘土配料生产水泥，而且煤矸石还能释放出一定的热量，可以替代部分燃料。

　　(2)利用矸石发电

　　煤矸石电厂是指利用煤炭开采及洗选加工过程中排放的矸石、煤泥等作为燃料的发电厂。发展煤矸石电厂是我国实施可持续发展战略，加强环境保护、实现资源的有效配置和利用以及煤炭行业、产业、产品结构调整的必然选择。

　　利用煤矸石作为燃料发电，可分为两种情况，一种是用全矸石，另一种是用矸石和煤泥混合。在用全矸石做燃料时，如果矸石的热值≥4186kJ/kg，则应该先进行洗选，用石灰石脱硫之后再使用。如果矸石的热值在6270 --12550kJ/kg，则可以直接用，其燃烧后产生的灰渣还可以做其他建材原料。在用矸石、煤泥的混合物做燃料时，要求矸石的热值在4500 --12550kJ/kg之间，煤泥的热值在8360--16720kJ/kg之间，水分含量大约25%--70%。煤炭生产、洗选加工过程中排放一定的矸石和煤泥，其中除一部分热值较高、煤质特性好的被掺入原煤或以其它方式利用外，每年仍有部分可供使用的低热值煤被抛弃在矿区周围，能够满足部分煤矸石综合利用电厂的需求。煤炭生产过程中要排出大量矿井水，水源充足，这些矿井水经处理后完全可以满足煤矸石综合利用电厂的工业用水需求。煤矸石综合利用电厂采用循环流化床锅炉，其燃烧生成的灰渣物化性能好，是生产建材用的活性填料和辅料;而生成的粉煤灰又可作为水泥厂的原料;另外，矿区的塌陷区将是天然的排灰场，为塌陷区复垦造田创造了前提条件。这些都是矸究区建电厂的优势所在。

　　(3)矸石筑路

　　煤矸石作为道路基层材料用于筑路工程，有着明显优势，一是对煤矸石的种类和品质没有特殊的要求，对有害成分含量的限制要求不高，适用于多种类型煤矸石;二是煤矸石在道路工程中的应用具有耗渣量大、无需进行特殊处理及采用特殊技术手段的优点，是一种利用煤炭工业废料以减少环境污染的有效途径。因此，对煤矸石的应用矸究，特别是在道路工程中的应用，具有较大的经济效益和社会效益。

　　煤矸石含有硅、铝、铁、钙、镁、硫等氧化物和炭，其活性物质(Ca0， Si02 ， Mg0 ，A1203 ，Fe203 ，FeS)的含量一般在70%以上，是一种典型的碱性矿渣，经水解辗压后，在一定温度作用下，产生火山灰反应，生成水化硅酸钙(CaSiO3·H2O)、水化铝酸钙(Ca(A1O3)2·3H2O )，同时产生部分碳酸钙(CaCO3)而形成板体，对路基的稳定极为有利。而且，煤矸石的压碎值为27.3%，远远满足路基填料的要求:高速公路填方路基的最大强度((CBR)要求为8%，而煤矸石的承载比为38.7%，完全满足要求;吸水量1.6%(略大于碎石吸水量)表明，煤矸石孔隙率小，利用煤矸石作路基填料修成的路基具有抗冻性高、水稳定性好、分散能力强的特点，因此，用煤矸石填筑路基能有效防止冻胀、翻浆的优点。

　　作为路基填料的煤矸石，应选用贮存时间较长，且经过物理风化、化学风化的煤矸石，以红、黄、灰色为优，黑色最差，己风化成粉末者为优，大块含量不宜过多，如大块太多，必要时要采取措施，利用机械加工成小块。宜选用级配良好的煤矸石，确保煤矸石碾压后的密实度。

　　(4)矸石制砖

　　煤矸石烧结砖是以煤矸石为主要原料生产的一种新型建筑砌体材料，是利废、节能、保护土地和绿色环保的工业产品。用于制作煤矸石自烧砖的原料的化学组成主要有二氧化硅和三氧化二铝，同时含有少量的碱土金属及碱金属氧化物，例如氧化铁、氧化钙、氧化镁及氧化钠、氧化钾等。SiO2含量一般在55%--70%之间，当含量超过80%时，焙烧后的制品体积发生膨胀，抗折强度降低; SiO2含量小于50%时，制品抗冻性差。A12O3能赋予制品一定的力学强度，低于10%时，烧成制品力学强度低，高于20%时，虽然制品力学强度高，但烧成温度也高，燃料消耗多，且制品抗冻性能差，故其含量范围为15%--20%。Fe2O3含量一般控制在2%^'8%，其在制品中起的作用是做着色剂，在还原气氛中作为一种助熔剂，能降低制品的耐火度。CaO是一种助熔剂，能降低制品的耐火度，其含量不应超过10%，含量过高，将缩小制品的烧成温度范围，给焙烧带来困难。粒径大于1mm的颗粒应尽量减少，以免产生石灰爆炸，影响制品质量。

　　(5)生产有机肥料

　　煤矸石中不仅含有有机质，而且含有20多种微量元素，其中多种微量元素是植物生长所必需的，矸究区煤矸石样品中含有氮、磷、钾和微量元素，其中氮存在于矸石中的有机质中，磷含量在0.05%以上，钾含量在1.19%以上，是普通土壤的数倍，经过加工可生产有机肥料和微生物肥料。煤矸石微生物肥料是一种广谱性的微生物肥料，有很好的经济效益和社会效益。

　　(6)煤矸石的精细利用途径

　　煤矸石是一种重要的矿物资源，含有多种元素及矿物，如能通过物理、化学方法的提取出来，做到物尽其用，是很有意义的。现在煤矸石的精细利用途径有合成碳化硅、制备分子筛、制取白炭黑、聚合氯化铝、氧化铝、硅铝铁合金等，此外还有分选煤、高岭土、硫铁矿，提取稀有稀土元素等。虽然这些途径消耗煤矸石不如传统利用途径多，但从保护资源角度讲，是有益的探索。但总体来说，这方面的矸究很多，真正投入生产产生经济效益的却很少。究其原因，主要是技术不成熟，能耗大，产品缺乏市场竞争力。

　　总的来说，煤矸石的精细利用是很有意义的利用途径，需要加大矸究力度及有关部门的支持，其发展前景是好的。

　　结束语

　　煤矸石是煤炭生产中产生的主要废弃物之一，对环境影响较大。但是通过化废为宝，合理利用煤矸石，必将产生较大的价值。煤矸石有较广的利用途径，适于用来生产水泥、制砖、发电、生产有机肥料和精细利用生产高附加值产品等，但每一项利用途径都是针对某一类矸石而言的，对于其它种类的矸石不适用，所以煤矸石应分类堆放，以加快煤矸石的利用步伐。

　　参考文献：

　　[1]石磊.粉煤灰的综合利用现状与展望[[J].再生资源研究，2006 ( 2 )

　　[2]江洪清.煤研石对环境的危害及其综合治理与利用[[J].煤炭加工与综合利用，2003 (3)

《煤矸石对环境的影响及综合利用途径研究》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 煤矸石对环境的影响及综合利用途径研究

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-20901