淺談煤矸石資源化利用

喬毅

摘? 要：本文針對煤矸石資源化利用國內外現狀，從煤矸石作為建筑材料的原材料，回收其中的殘碳，火力發電，生產化工原料等分析了資源化利用的技術和方法，對煤矸石資源化利用的前景進行了展望。

關鍵詞：煤矸石;資源化利用

1.引言

煤矸石是煤炭開采和洗選過程中排出的固體廢棄物，是成煤過程中同煤層伴生的煤質沉積巖類礦物質，是世界也是我國排放量最大的工業廢棄物之一^[1]。我國資源“富煤、貧油、少氣”，能源結構仍以煤炭為主，產生了大量的煤矸石，成為我國最主要的固體廢物來源之一。大量煤矸石的產生以及堆存產生了嚴重的環境問題，不僅會占用大量的土地資源，而且極易產生粉塵，造成爆炸或者自燃。也會對周邊人們的活動以及身體健康帶來極大的危害，威脅到人們的生命安全。所以對煤矸石進行資源化利用勢在必行，這是處理煤矸石的有效途徑，對環境保護，綠色開采加工有著重要意義。

2.煤矸石資源化利用國內外發展現狀

我國20世紀50年代開始即開展煤研石綜合利用方面的研究，但利用率一直都不高。在20世紀50 年代至80年代主要用于制磚利用率不到2%;20世紀80年代中期至90年代中期，除了用于制磚還開始用于發電、鋪路和回填，但利用率仍然很低。90年代以來煤研石綜合利用雖取得了明顯成效但也還存在不少突出問題^[2]。煤矸石利用率較低，而且難以形成產業鏈式的生產模式。

相較于國內來說，國外對煤矸石的綜合利用早，技術較為先進。早在70年代初，德國，法國等的煤矸石利用率會已經達到30%～50%。其中一些國家部分礦區的煤矸石利用率高至100%。此外，英國將熱電轉換引入到過程集成節能技術及其應用進行了系統研究，其他產煤大國也有很多技術人員對這一領域進行研究，并開展專項研究工作。

3.煤矸石資源化利用

以煤矸石作為主要原料制備工業原料，這不僅符合我國大力提倡廢物資源化利用的政策，而且與其它資源化途徑相比，它具有更高經濟效益和研究價值^[3]。根據煤矸石熱值的不同進行二次利用，主要方式有：回收煤炭資源、作為燃料燃燒、提取及制備化工原料、回填礦坑等。

3.1回收能源

3.1.1煤矸石進行發電

對于含碳量較高的煤矸石資源，可以把其作為流化床鍋爐的燃料進行利用。隨著科學技術的發展，我國在20世紀90年代已經掌握了相應的消煙除塵技術，這也為煤矸石資源發電的實現提供了保障。隨著對利用煤矸石資源發電技術研究的深入，利用煤矸資源進行發電已經成為我國煤矸石再生利用的主要途徑^[4]。煤矸石發電工藝相對簡單，技術要求較低。在發電過程中，可將煤矸石與其他火力發電所用的劣質煤進行一定比例的摻配，進行分級處理，末煤可送入流化床鍋爐中進行燃燒，帶動蒸汽輪機進行發電。對于煤矸石燃后產生的煙氣可以通過消煙除塵技術進行處理，對于燃燒后的殘渣，由于其具有較好的理化性能，可以應用于建材，化工原料等各方面。從而在煤矸石進行火力發電后不僅解決煤矸石帶來的環境污染問題，而且促進了資源的有效利用，達到了煤矸石資源化利用的目的。但煤矸石資源發電任存在一些技術問題，難以走進千家萬戶。

3.1.2煤矸石中煤炭資源的回收

含煤15%以上的煤矸石，可以發電、煉鐵、燒鍋爐、燒石灰等。回收煤矸石中的煤炭資源，是煤矸石能源利用和其他資源化再生利用必需的預處理工作。目前，回收煤炭的洗選工藝主要有水力旋流器分選和重介質分選。對煤矸石中的煤炭資源進行洗選回收，可有效的回收大量煤炭資源，對提高企業效益和節約資源有著重要作用，選后的矸石可用于回填，鋪路等。

3.2生產建筑材料

3.2.1煤矸石制磚

燒制紅磚，需要消耗大量的粘土，使得大量的耕地遭到破壞，這種損耗資源的方式是不可取的。煤矸石中的成分與粘土的成分十分相似，且量大、價格便宜，所以煤矸石可代替一部分的黏土，用煤矸石生產的砌塊中，煤矸石占坯料總重的 80%～100%。用煤矸石制造出的建筑砌塊的性能比普通粘土磚更優越，如強度更高，耐腐蝕性更強，且干燥快，收縮率低^[3]。同時煤矸石中殘余的煤炭還可用作燒磚的內燃料，提供燒磚時的熱量。

3.2.2生產水泥

煤矸石組成中有大量的硅酸鹽，用煤矸石生產水泥也是一種常見的煤矸石資源化利用途徑。在以前，由于存在一些技術問題，以煤矸石為原料生產普通硅酸鹽水泥，生產的水泥強度相對較低，煤矸石的利用率也較低。后期，隨著工藝的改進，逐漸解決了上述問題，不僅強度得到顯著增強，利用率也極大的提高。例如，425R、525R型普通水泥，可通過添加特種高溫活化劑，能使標號達到640以上，早后期強度高。而煤矸石經過燃燒后，生成的殘渣有一定的活性，磨碎后可直接用作為水泥填充料。

3.3生產化工原料

3.3.1制取鋁系產品

煤矸石一般含有較多氧化鋁，首先可提取氧化鋁，接著制鋁，其次是制備 Al（OH）₃、Al₂O₃、AlCl₃ 等鋁鹽。活化煤矸石可制取鋁礬土和硫酸產品，再根據實際需要調整鋁鹽及工序，然后進行不同鋁鹽 制備或者直接提鋁。將氫氧化鋁磨到超細氫氧化鋁，可在化妝品，紙張填料中進行廣泛應用。三氧化二鋁則可以用作分析試劑、有機溶液脫水劑等。不但可以使得煤矸石資源化利用，還可以節省鋁資源。

3.3.2制取石油催化劑

利用煤矸石制備分子篩，煤矸石中主體化學成分氧化硅、氧化鋁和碳都能得到利用。先由煤矸石結合一定化學試劑制得導向劑，再生成分子篩，而且制得的材料同時具有微孔和中孔的結構特征，具備親水和親油吸附特征。利用煤矸石制備分子篩也可用于凈水行業，保護生態環境，更重要的是用于石油行業做石油催化劑^[5]。有效的降低石油催化劑的價格，對企業效益和節能減排有重要作用。

3.4其他應用

由于我國礦產資源的豐富，所以煤矸石中也含有較多的元素，可以將其提取或加工利用。可以用提取其中的稀有元素，來達到回收和節約稀有礦產資源的目的，還可以來生產一些吸附材料、，煤矸石中的高嶺土可以制造紙涂料、對于含鐵較高的煤矸石，可以通過分選的辦法來回收硫化鐵，作為制造硫酸的原料，回填采空區等。

4.結論與展望

煤矸石的資源化利用不僅關系著企業效益的問題，更嚴重的是隨之帶來的環境問題。煤矸石的綜合資源化利用必然是解決煤矸石問題的主要手段。但在煤矸石資源化利用仍存在一些問題：

（1）沒有在煤矸石資源化利用方面系統的研究，使得煤矸石的資源化利用存在一些技術問題，一些高技術難以廣泛推廣。

（2）國到家政策扶持較少，一些矸石電廠由于規模較小，投資較少，難以達到國家排放標準，企業效益得不到保證，難以發展。

總而言之，煤矸石的資源化利用具有巨大的潛力，擁有廣闊的前景，開發煤矸石的資源化利用也勢在必行，為了實現煤矸石資源化利用的更好發展，就需要國家投入更多的人力、物力和精力，繼續對煤矸石進行探索和研究，這也是煤矸石資源化利用有效發展的必要途徑。

參考文獻

[1]? 劉開蓮，金會心. 煤矸石的綜合利用現狀的研究[J].貴 州科學，2012，30（3）：80～83.

[2]? 王靜.綠色建筑煤矸石資源化利用新技術的應用分析.今傳媒，2016，2～7.

[3]? 楊倩.煤矸石污染及資源化利用研究.資源·環境，2015，31～33，41～43.

[4]? 姚兆龍.煤矸石資源再生利用途徑.山西化工，2017，3，55～60.

[5]? 譚建冬. 由煤殲石和瀝青為原料制備FAU沸石/活性炭復合材料[D].山西：太原理工大學，2010. 6.