煤矸石的综合利用

1．煤矸石的综合利用-生产建材原料

(1)生产水泥

由于煤矸石的矿物组成、化学成分与黏土相似，其中SiO2、Al2O3及Fe2O3的含量较高，故作为一种天然黏土质原料，它不仅可成为水泥生料中硅质及镐质组分的主要来源，代替熟土配料生产水泥，而氏还能释放出一定的热量，替代部分燃料。利用煤矸石生产水泥的混合材料具有用量大、成本低的优势，用其生产低标号水泥前景可观。

①煤矸石硅酸盐水泥

煤矸石硅酸盐水泥以煤肝石代替茹土配制水泥牛料、入窑燃烧制得水泥熟料，再渗人一定量的白燃煤歼石和石膏磨细而成。原料的参考配合比(按生料质量计，下同)为：石灰石69％-82％，煤矸石13％-15％，铁粉3％-5％，煤13％左右。在生产过程中，可根据煤矸石及其他原料的成分和性质确定适宜的配合比，该水泥凝结硬化快、早期强度高。

②煤矸石火山灰水泥

煤矸石火山灰水泥是以活性SiO2和活性Al2O3含量较高的自燃煤矸石(或煤矸石渣)代替火山灰质材料，将水泥熟料、自燃煤矸石(或煤矸石渣)、石膏共同磨细而成。其原料的参考配合比为：水泥熟料65％-70％左右．自燃煤矸石(矸石渣)25％-30％左右，石膏5％。该水泥具有较灯的抗水侵蚀件、抗渗性和抗硫酸盐侵蚀性；其水化热较低、适宜于大体积混凝土的浇灌工程，也适宜于蒸汽养护短凝土预制件的生产；水泥强度较高。

③煤矸石少熟料或无熟料水泥

煤矸石少熟料水泥也称煤研石砌筑水泥，它是用活性SiO2和活性Al2O3含量较高的自燃煤矸石，配以少量水泥熟料和石膏直接磨制而成。其参考配合比为：符合品质要求的煤矸石67％、水泥熟科30％、石膏3％。其产品标号可达150号，符合配制砌筑砂浆的要求。

煤矸石无熟料水泥是以经800℃燃烧后具有一定活性的煤肝石烧渣为主要原料，与激发剂石灰、石膏共同混合磨纫制成的。其参考配合比为：煤研石烧酒60％-80％，生石灰15％-25％，石膏3％-8％。该水泥水化热较低，只相当于普通水泥的1／4左右，适宜于大体积泥凝土工程，或用以制作各种建筑砌块、大型板材及预制构件。

(2)用煤矸石制砖

经加工处理后的煤矸石具有一定的可塑性、结合性和烧结件，因此煤矸石制砖也是大宗利用煤矸石的途径之一 ，它是利用煤矸石自身的矿韧成分和热量、配以适量的尾矿、石灰、灰渣等，按骸土砖或蒸汽养护醋的生产工艺加工而成。利用穴然和风化的煤矸石添加少量的胶结材料和激活剂生产的煤肝石砖，具有免烧、免蒸、加压成型、自然养护等优点。我国目前有1000多个少产煤矸石砖的厂家，每年午产煤矸石砖130多亿块。煤矸石用于制砖，既可节能节土、保护环境，同时生产受季甘、气候的影响小人，可常年运行，效益显著。

根据煤矸石组成性质的差异，国内已开发的煤矸石砖种类很多，如烧结实心砖、多孔砖、空心砖、内燃砖、免烧砖、釉面砖、高档瓷质砖等。实践表明，煤歼石砖强度间、热阻大，隔声好，可降低建筑物墙体厚度，减少用砖量；同时由于煤肝石砖外观整洁，抗风化能力强，色泽自然，可以省去抹灰、喷涂等建筑工序，降低建筑和维护成本，与传统贫土砖相比有更高的性价比和更强的市场竞争力。

(3)煤矸石制砌块

煤矸石混凝土实心砌块是以过火煤矸石(对其化学成分要求为：SiO2≥50％、Al2O3≥20％、Fe2O3＜15％、SO3＜2％，灼减员＜10％)等为硅质材料、水泥、石灰、石臂等为钙质材料，按一定配比加水研磨、搅拌成糊状杨，再加入铝粉发泡剂，然后注入坯模，待坯体硬化后切割加工，成型后送人蒸压釜，再用饱和蒸汽蒸压而成的。

煤矸石混凝土空心砌块是以自然或人工般烧的煤矸石和少量的生石灰、石膏混合磨细为胶结料，以破碎、分级后的自燃煤研心(或人工煅烧煤矸石、其他工业废泣、天然砂石等)为细粗骨料，按一定比例经计量配料、加水搅拌、振动成型、蒸汽养护等工艺制成的。这种砌块产品性能稳定，使用效果良好，是一种很有发展前途的新型墙休材料。

(4)煤矸石制轻集料

我国积存的煤矸石中，约有40％适于烧制轻集料，也称为煅烧煤矸石轻集料，约有10％的过火煤矸石经破碎、筛分即可制得轻集料，称为自燃煤矸石轻集料。

C含显低于13％、SiO2含量在55％-65％、Al2O3含量在13％-23％的炭质页岩和选煤矸适宜烧制轻骨料。它是一种密度小、吸水率低、强度高、保温性能好的新型建筑材料，应用前景十分广阔。用煤矸石烧制轻骨料有成球法和非成球法。成球法是将煤矸石经过破碎机破碎、粉磨后制成球状颗粒，人窑焙烧；非成球法是将煤矸石破碎到一定粒度直接焙烧。用煤矸石烧制的轻骨料件能良好，可配制200-300号混凝土，适于作各种建筑预制件。

黏土岸类、铝质岩类煤歼石中的主要矿物是午产陶瓷的好原料。经粉碎、顿炔、骨料分级后，加入黏合剂塑化成型可制出质量和性能均较好的多孔陶瓷；利用富含高岭石的煤矸石，采取碳热还原氮化的方法可制取赛隆陶瓷。

陶粒是以煤矸石、教土、泥岩、粉煤灰等为原料，经加工粉碎成粒或粉磨成球，再烧胀而成的人造骨科。它是一种外部具有坚硬外壳，表面有一层隔水保气的釉层，内部具有封闭微孔结构的多孔陶质粒状物，具有体轻、强度高、隔声、保温、耐火、耐化学侵蚀、抗冻等优良性能，土要用于生产陶粒砌块、大型培板、轻质闲墙板等建材。

2．煤矸石的综合利用-生产化工产品

(1)制备铝系产品

当煤矸石中的Al2O3含量达到35％时，即可施以能量，破坏其原有的结晶相，有效利用其中的铝元素，开发铝盐系列化工产品，如硫酸铝、结晶氯化铝、聚合氯化铝、氢氧化铝、铝核矾、聚合氯化铝铁等。

利用煤矸石代替铝矾土为原料，牛产硫酸铝的工艺已在山西、昔肃的几家煤矿投产运转，其工艺技术可行，产品质量达到国家‘级品的标准，目前最大生产规模为15万吨／年。

结晶氯化铝的制各工艺为：按配比称取一定量的经焙烧、粉碎后的煤酐石和20％的盐酸溶液，加入反应釜中，在一定条件下反应后，加入含量15％的聚丙烯酷胺凝聚剂进行沉陷，真空抽滤，母液浓缩得结晶氯化铝租品，进一步精制即得到含三氮化铝98.9％的一级品。其工艺流程如图8-5所示。

在结晶氮化铝的制备过程中，调整未经减压浓缩的氯化铝溶液浓度，在一定温度下缓慢加入20％的氢氧化钠溶液，搅拌、熟化可得到聚合氰化铝溶掖，经浓缩即可得到固体聚合氯化铝。用煤歼石生产聚合氯化铝的开发早于硫酸铝，辽宁、山东、吉林等矿区分别进行了工业试生产，目前已稳定运行，其最大生产规模为0.2万吨／年。

吕淑珍等采用矿物组成改性技术活化煤肝心中的Al2O3，消除阻止C2S晶相转变的干扰因素，实现了煤矸石活化烧结料100％的自粉化，自粉化料平均粒径小于1μm；用8％碳酸钠溶液可从白粉化料中以NaAlO2的形式提取铝组分，用高效分散-炭化法制备超细Al(OH)3，工艺流程如图8-6所示，其平均粒度小于200nm，为煤矸石的高价值利用开辟了一条新的途径。

用煤矸石制备聚合氰化铝铁主要是利用煤矸石中的Al2O3、Fe2O3(Fe2O3含量低时需外加一定量的铁矿石)与盐酸反应生成AlCl3和FeCl3，然后再通过聚合反应制取聚合氯化铝铁，其工艺流程如图8-7所示。

(2)制备硅系产品

当煤矸石中的SiO2含量达到50％时，即可利用其中的硅元素，开发硅系产品，如水玻璃、白炭黑、聚硅酸铝等。

煤矸石生产聚合氮化铝的硅渣中含有大量SiO2，将其与氢氧化钠反应就可制得水玻璃，该工艺可在常压下进行，操作简单，成本低，经济效益好，很有开发前景。

利用煤矸石制白炭黑的方法为：首先调整水玻璃制各过程中未经浓缩的硅酸钠溶液密度，将其移人碱解罐中，在适当条件下冷却、抽滤除去水解产物，滤液注入搪瓷桶中；然后在搅拌下加热至一定温度，通入适当的CO2和空气，冷却抽滤，滤饼用水洗去大部分碱质后与等量水混合均匀，将所得悬浮液中和到pH值为2-3，抽滤洗涤至无SO4-，将滤饼放在瓷盘中烘干至含水小于2％，即得白炭黑。

在利用煤矸石中的Al2O3制取AlCl3的同时，也能利用其中的SiO2生产出聚硅酸，将AlCl3与聚硅酸混合即可得到聚硅酸铝混凝剂，工艺流程如图8-8所示。

(3)煤矸石制备钛白粉

当煤矸石中TiO2含量达到7.2％时，便可用于制取钛白粉。其方法为：将生产白发黑或水玻璃的残渣(含TiO232％-39％)加入盛有硫酸的反应釜中，用压缩空气鼓泡搅拌、加热后冷却，抽滤洗涤后．将滤液浓缩，放入水解反庇器内，在搅拌条件下加入总Ti量10％的品种，以蒸汽加热至沸，进行水解生成偏钦酸，然后冷却过滤，滤饼用10％硫酸和热水洗至检不出Fe为止，再进行漂白过滤，洗涤得纯净偏钛酸，送入回转炉进行脱水转化煅烧，经粉碎即得钛白粉。

在综合利用煤矸石生产化工产品的过程中，如从制备铝系产品、硅系产品到钛白粉等，应尽可能建立一整套生产工艺，扩大生产规模，充分利用滤液、滤渣，联合生产多种化工产品，以形成规模经济效益。

3．煤矸石的综合利用-煤矸石的农业利用

(1)煤研石有机复合肥

由于煤矸石一般合有大量的炭质页岩或炭质粉砂岩、15％-20％的有机质，以及高于土壤2-10倍、植物生长所需的B、Zn、Cu、Co、Mo、Mn等微量元素，因此煤歼石经粉碎磨细后，披一定比例与过磷酸钙混合，同时加入适量活化剂与水，充分搅匀后堆沤，即可制得新型农肥，该肥掺人氮、磷、钾元素后，可得到全营养酐石复合肥。实践证明，它含有丰富的有机质和微量元素、吸收性好、适应性强、兼具速效和长效的特点，且生产加工简单、原料易得、回收周期短、产品多样、成本低廉。

(2)煤矸石微生物肥料

煤矸石和风化煤中含有大量有机物，是携带固氯、解磷、解钾等微生物最理想的基质和载体，因而可以作为微生物肥料，又称菌肥。以煤矸石和廉价的磷矿粉为原料基质，外加添加剂等．可制成煤歼石生物肥料，主要以固执茵肥、磷肥、钾细菌肥为主。与其他肥料相比，它是一种广谱性的生物肥料，施用后对农作物有奇特效用。煤矸石微生物肥料生产工艺简单、耗能低、投资少、生产过程不排渣，进厂是煤矸石等废品，出厂即是成品肥。目前煤炭系统共建有煤矸石微生物肥料厂50余座，年产微生物肥料约40万吨，有很好的经济效益和社会效益。

(3)煤矸石改良土壤

针对某一特定土壤，利用煤歼石的酸碱性及其中含有的多种微量元素和营养成分，适当掺人一些有机肥料，可有效地改良土壤结构、增加土壤疏松皮和透气性、提高土壤合水率，促进土壤中各类细菌新陈代谢、丰富土壤腐殖质，从而使土地得到肥化，促进植物的生长。

4．煤矸石的综合利用-煤矸石供热发电

煤矸石的热值一般为3350-6280KJ／kg，经人工筛选后可达16700 kJ／kg。因此，充分发挥其作为低热值燃料的特点，进行供热发电，不仅可缓解矿区能源紧张的局面，产生的炉渣还可以制各种建材，从而达到调整矿区产业结构、节约能源、减少污染的目的。截至2002年，全国有煤矸石、煤泥等低热值燃料电厂128个，总装机容量200万千瓦，年发电量87亿千瓦时，占矿区用电的30％，全国煤歼石电厂盈利4亿元以上，每年发电实际消耗煤矸石约1200-1800万吨。

江西、山东等地的实践表明，热值大于4180KJ／kg的煤矸石通过简易洗选，热值6270KJ／kg的煤矸石可不经过洗选就近用作流化床锅炉(目前，采用最多、技术成熟的为35t／h、75t／h的循环流化床锅炉)的燃料，产生的热量既可发电、采暖供热，也可制取煤气；此外利用煤歼石生产自燃砖也很好地利用了其热值。

5．煤矸石的综合利用-煤矸石的其他应用

除上述四种主要利用途径以外，从煤歼石中回收黄铁矿、硫铁矿、提取稀土元素和有价金属外也逐斯提上了防治矿区污染、节约煤炭资源的日程。另外，大量堆存在矿区周围的强度高、风化轻、热值低的煤矸石，特别是燃烧过具有一定活性的煤矸石，正日益被广泛用作铁路堤坝、公路路基、填坑造地、露天矿回埃、矿区复旦等工程填筑材料；而利用煤矸石搭设沙障固沙，不仅可防风固沙，还对沙地土壤有明显的改良作用。

近年来，随着煤歼石综合利用的深入开展，国内外在对煤歼石进行深加工的过程中，已制各出β-SiC超细粉、β-SiC-Al2O3复相材料、多孔陶瓷、吸声泡沫玻璃、橡胶补强填充剂、铸造型砂和造型粉、冶炼硅铝铁台金、4A分子筛、Y型沸石等新型材料，这些附加值高、性能优异的材料正被广泛地应用在现代生产和生活中。