1、煤矸石在无机非金属材料方面的综合利用【摘要】煤矸石是一种成分复杂并具有一定活性和可燃性的黑色岩石。当前在煤矸石开发利用中存在综合利用差、资源损失大，产品单一低值，环境污染严重，经济效益差等主要问题。本文主要阐述了有关煤矸石在无机非金属材料方面的综合利用。 【关键词】煤矸石，无机非金属，材料，综合利用 中图分类号： TU522 文献标识码： A 一.前言 煤矸石制砖是近年来煤炭企业的一个热门话题，它节能、节地、利废、环保，符合国家产业政策，具有良好的经济效益与社会效益。煤矸石制砖技术在国内已经成熟，针对煤矸石在无机非金属材料方面的综合利用进行深入的研究和探讨。 二.煤矸石概述和现状 1.概述 煤
2、矸石是一种与煤伴生的岩石，在采煤和洗煤过程中被分离出来，属于沉积岩的范畴。经晶相分析及 X 射线衍射分析，煤矸石所含的矿物主要有长石、高岭石、蒙脱石、石英、云母、方解石等。但不同地区形成煤矸石的地质条件一般不同，所以不同地区甚至即时同一地区但不同矿区的煤矸石所含矿物一般也有所差别，致使其化学组成和其他矿物比较起来也较为复杂。但从结构成分方面来说来说各地煤矸石大都属于CaO-SiO2-Al2O3 系统，一般以硅、铝的氧化物为主要成分，并含有少量的 Fe2O3、CaO、MgO、Na2O 等，以及微量的钛、钡、钴等稀有金属。 虽然煤矸石与粉煤灰、矿渣等同属于 CaO-SiO2-Al2O3 系统，但大
3、多数煤矸石中的 CaO 含量远低于矿渣，而且煤矸石的晶型较稳定，结构缺陷很少，因此活性较差，但仍然存在一定的潜在的活性。煤矸石的活性是指它具有一定的火山灰质材料的活性，即在调水后本身并不能硬化但与一些固化剂如石灰混合，加水拌合成胶泥状态后不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化的性质。 2.我国煤矸石综合利用现状 我国综合利用煤矸石已有几十年的历史，但到目前为止，煤矸石综合利用率不高。主要表现在技术装备落后，企业规模小，发展后劲不足，竞争能力弱等方面。目前我国综合利用煤矸石技术及装备水平达到国际20 世纪 90 年代先进水平的比例还不高，一些技术含量较高的煤矸石综合利用技术还未得到广泛应用。据
4、有关资料报道，美国、英国、德国等发达的西方国家对煤矸石的综合利用率已达到 90%以上。而我国这样一个以煤炭为主要能源的国家对煤矸石的综合利用率仅为 50%。这导致目前我国煤矸石的堆存量还以每年 1.52.0 亿 t 的速度增加，矸石山的危害日益严重。 因此，应加大对煤矸石综合利用工作的力度，加强煤矸石综合利用技术的开发和推广应用，最终实现煤矸石变废为宝，促进煤炭工业健康发展和国民经济的可持续发展。同时，解决煤矸石的处理和利用问题也是煤矿开采和环境保护部门的重要课题。 三.对煤矸石的综合循环利用特点 1.减少占地，治理复垦 在土地资源尤其是耕种土地日益紧张的今天，将堆置煤矸石的大片土地资源腾出来
5、后，经过土质治理后，还田与农，加上替代节省的土地资源，又将解决多少人的吃饭问题，周边地区百姓的菜篮子、米袋子又将更加丰裕起来。 2.改变矿区景观，减轻矿区及周边地区的污染煤矸石综合利用后，矿区的黑乎乎煤矸石山渐渐消失，取而代之的将是一片生命的绿色。 3.增加矿区新产业，带动矿区经济二次腾飞 煤矸石的综合利用，将在矿区形成新的产业链，会生产出更多的衍生产品，不但减轻了矿区的公害，而且会产生巨大的投入产出差，产生巨额的经济效益，无疑会给矿区的经济发展提供了强劲的动力。 4.实现产业转移及劳动再就业 目前，我国大部分地区的煤炭资源面临枯竭的现实，到那时，从业人员无煤可采，面临的将是失业的现实。但矿区
6、的大量废弃物煤矸石的综合利用，可使单一煤炭开采向发展煤矸石综合利用产业转移，及早的实现产业转移，不仅能使现有从业人员免除失业危机，而且煤矸石综合利用产业还将提供大量新的就业岗位，更符合当前的产业政策。 言而概之，煤矸石的综合利用不仅是简单废物利用、变废为宝，而且是新时代的要求，是利国利民、大有可为的事业。 四.煤矸石在无机非金属材料方面的综合利用 1.利用煤矸石生产建筑材料 利用煤矸石生产的建筑材料及其制品主要有：煤矸石砖、煤矸石砌块、煤矸石通用水泥、煤矸石特殊水泥、轻集料、马赛克及釉面砖等。这是煤矸石综合利用的又一重要方向，也可消耗大量的煤矸石。 （1）煤矸石制砖技术利用与粘土成分相近的煤矸
7、石制砖，可以做得烧砖不用土、不用煤或少用煤，即节地又节能。用煤矸石制砖的主要工艺流程为：破碎粉磨搅拌压制成型干燥(排湿)焙烧成品。矸石砖与传统的粘土砖相比较其强度和耐腐蚀性都优于粘土砖，且干燥快、收缩率小。 （2）煤矸石制作水泥 把煤矸石应用于水泥工业的研究，国内外已做了大量的工作。研究和实践表明，利用煤矸石生产水泥熟料、普通硅酸盐水泥、无熟料或少熟料水泥以及特种水泥(如快硬水泥、双快水泥、喷射水泥等)都有着广泛的应用前景。 煤矸石代替粘土烧制硅酸盐水泥熟料。在烧制硅酸盐水泥熟料时，掺入一定比例的煤矸石，部分或全部代替粘土配制生料。煤矸石主要选用洗矸，岩石类型以泥质岩石为主，砂岩含量尽量少。
8、以煤矸石做混合材料磨制各种水泥。用做水泥混合材料的煤矸石要求碳质泥岩和泥岩、砂岩、石灰岩（氧化钙含量70%） ，通常选用过火或煅烧过的煤矸石。 2.利用煤矸石生产肥料 利用煤矸石为原料生产农用肥料，在国内外已经得到应用。煤矸石中约含有 1520%的有机质，并含有丰富的植物生长所需的B、Zn、Cu、Co、Mn、Mo 等微量元素。某些煤矸石中的 N、P、K 及微量元素的是普通土壤的数倍，经过加工可以生产有机肥和微生物肥料。 微生物肥料是近年来发展生态农业和绿色食品的新产物。煤矸石中含有大量的有机物，是携带固氨、解磷、解钾等微生物最理想的基质和载体。煤矸石微生物肥料生产工艺简单，耗能低、投资少，生产
9、过程中不排渣。例如：南票矿务局与中国农科院合作开发的“金丰牌”I 微生物肥料，山东龙口矿务局与北京田力宝科技研究所开发生产的“田力宝”微生物肥料均取得了很好的社会效益和经济效益。 3.利用煤矸石制取新型材料 （1）煤矸石合成碳化硅（SiC）碳化硅材料的优异的高温强度，高导热率，高耐磨性和耐腐蚀性在磨料、耐火材料、高温结构陶瓷、冶金和大功率电子学等工业领域广泛应用。工业上生产碳化硅主要是以石英砂、石油焦碳或优质无烟煤作原料，在炉中给高温电热还原生成碳化硅，是一种高耗能，高污染的工业。而采用高硅煤矸石与烟煤作原料，用工艺合成碳化硅与传统原料相比其反应速度快且反应温度低，可以代替石英砂和大部分价格较
10、贵的石油焦碳，并可以降低能耗和生产成本，具有较高的应用价值和应用前景。这是煤矸石综合开发利用的一条新途径。 （2）煤矸石制备 4A 分子筛传统的分子筛生产，国内外大部分采用氢氧化钠，水玻璃和烧碱等化工原料合成的方法。由于这种原料短缺，价格昂贵，生产工艺流程较复杂，且生产成本高，阻碍了分子筛应用范围的扩大，而利用富含高岭石的煤矸石生产分子筛，原料丰富廉价，工艺流程简单，成本低廉，具有较强的市场竞争力。 4.煤矸石生产轻骨料 轻骨料是为了减少混凝土的密度，而选用的一类多孔骨料，轻骨料应比一般卵石、碎石石密度小得多，有些轻骨料甚至可以浮在水上。用煤矸石生产轻骨料的工艺大致可分为两种：一种是用烧结机生
11、产烧结型的煤矸石多孔烧结料；另一种是用回转窑生产膨胀型的煤矸石陶粒。国外大多采用烧结机生产煤矸石多孔烧结料来作轻骨料。 用煤矸石烧制轻骨料的原料最好是碳质页岩或洗煤厂排出的矸石，将其破碎成块或磨细后加水制成球，用烧结机或回转窑焙烧，使矸石球膨胀，冷却后即成轻骨料。 五.结束语 总之，煤矸石的综合利用不仅能够节约资源，保护环境，还能够大力发展循环经济，加快资源节约型、环境友好型社会建设。积极提高煤矸石综合利用的效率和科技含量，以及煤矸石的经济附加值和有效成分的综合利用率。 参考文献： 1胡维淳.煤矸石综合利用是大有可为的事业C.中国煤炭综合利用集团公司.2013 2周翠红，常红.煤矸石综合利用技术综述J.选煤技术，2011， （2）61-64； 3王栋民等.煤矸石的矿物学特征及建材资源话利用J.砖瓦，2012，(6).17-23；
