煤矸石综合利用技术要求

一、煤矸石资源化利用的评价

煤矸石的性质决定着煤矸石资源化的途径，因此对煤矸石的组分及性质进行分析和评价，将有利于选择煤矸石最佳的资源化利用途径，更好、更有效地利用煤矸石资源，达到综合利用。

按照煤矸石的岩石特征分类，可以分成高岭石泥岩（高岭石含量＞60％）、伊利石泥岩（伊利石含量＞50％）、砂质泥岩、砂岩及石灰岩。主要综合利用途径为：高岭石泥岩、伊利石泥岩-生产多孔烧结料、煤矸石砖、建筑陶瓷、含铝精矿、硅铝合金、道路建筑材料；砂质泥岩、砂岩-生产建筑工程用的碎石、混凝土密实骨料；石灰岩-生产胶凝材料、建筑工程用的碎石、改良土壤用的石灰。

煤矸石中的铝硅比（三氧化二铝/二氧化硅）也是确定一般煤矸石综合利用途径的因素。铝硅比大于05的煤矸石，铝含量高，硅含量较低，其矿物成分以高岭石为主，有少量伊利石、石英，质点粒径小，可塑性好，有膨胀现象，可作为制造高级陶瓷、煅烧高岭土及分子筛的原料。

煤矸石中的碳含量是选择其工业利用方向的依据。按煤矸石中碳的含量多少可分为四类：一类＜4％，二类4～6％，三类6～20%，四类＞20％。四类煤矸石发热量较高（6270－12550千焦／千克），一般宜用作为燃料，三类煤矸石（2090－6270千焦／千克）可用作生产水泥、砖等建材制品，一类、二类煤矸石（2090千焦／千克以下）可作为水泥的混合材、混凝土骨料和其他建材制品的原料，也可用于复垦采煤塌陷区和回填矿井采空区。

在煤矸石的化学成分中，全硫含量一是决定了矸石中的硫是否具有回收价值，二是决定了煤矸石的工业利用范围。按硫含量的多少也可将煤矸石分为四类：一类（05％，二类05～3％，三类3～6％，四类＞6％。全硫量达6％的煤矸石即可回收其中的硫精矿，对于用煤矸石作燃料的要根据环保要求，采取相应的除尘、脱硫措施，减少烟尘和二氧化硫的污染。

二、煤矸石发电

1煤矸石发电的技术要求

含碳量较高（发热量大于4180千焦／千克）的煤矸石，一般为煤巷掘进矸和洗矸，通过简易洗选，利用跳汰或旋流器等设备可回收低热值煤，供作锅炉燃料。

发热量大于6270千焦／千克的煤矸石可不经洗选就近用作流化床锅炉的燃料。煤矸石发电，其常用燃料热值应在12550千焦／千克以下，可采用循环流化床锅炉，产生的热量既可以发电，也可以用作采暖供热。这部分煤矸石以选煤厂排出的洗矸为主。

煤矸石发电以循环流化床锅炉为主要炉型。加入石灰石或白云石等脱硫剂，可降低烟气中硫氧化物和氮氧化物的产生量。燃烧后的灰渣具有较高的活性，是生产建材的良好原料。今后发展以循环流化床锅炉为主，重点推广75吨/小时及以上循环流化床锅炉，并完善、开发大型化的循环流化床锅炉。

2煤矸石、煤泥混烧发电的技术要求

煤矸石发热量4500一12550千焦／千克，煤泥发热量8360一16720千焦／千克，煤泥的水分25－70％。混烧方式有煤矸石和煤泥浆、煤矸石和煤泥饼混烧，煤泥加入可以采用机械方式输送、挤压泵与管道混合输送及泵送方式，锅炉采用流化床和循环流化床。

三、煤矸石生产建筑材料及制品

1煤矸石制砖的技术要求

（1）煤矸石制烧结砖

利用煤矸石全部或部分代替粘土，采用适当烧制工艺生产烧结砖的技术在我国已经成熟，这是大宗利用煤矸石的综合利用主要途径。生产烧结砖对煤矸石原料的化学组成要求：二氧化硅为55～70％，三氧化二铝为15～25％，三氧化二铁为2～8％，氧化钙≤2％，氧化镁≤3％，二氧化硫≤1％。可塑性指教7～15，热值为2090～4180千焦／千克，煤矸石的放射性符合GB9196一88标准。

煤矸石制烧结砖的工艺比粘土制砖工艺增加了一道粉碎工序。根据煤矸石的硬度和粒径，可选用颚式或锤式破碎机、球磨机等分别进行粗、中、细碎，并对原料进行陈化，以增加塑性。

煤矸石烧结砖采用内燃型，尽量避免超内燃。煤矸石烧结砖多采用一次码烧隧道窑，也可以来用轮窑等窑炉，并利用窑炉的余热设立干燥室。其产品符合GB5101－93、GB6763－86标准。

（2）煤矸石制烧结空心砖

以煤矸石为主要原料，煤矸石化学成分同煤矸石制烧结砖，但对粉碎要求较高，水分一般在13－17％，利用高压挤出机成型，隧道窑一次码烧即成，产品质量参照GB13544－92、GB13545一92和GB6763－86标准。

2煤矸石生产水泥的技术要求

(1)煤矸石代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。所配生料的化学成分要满足生产高质量水泥熟料的要求，一些有害成分的含量必须控制在一定范围内，产品应符合GB175－92标准。

(2)以煤矸石作混合材磨制各种水泥

我国大多数过火矸以及经中温活性区煅烧后的煤矸石均属于优质火山灰活性混合材，可掺入5％－50％的作混合材，以生产不同种类的水泥制品。用作水泥混合材的煤矸石要求是炭质泥岩和泥岩、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。煤矸石的活性应符合GBl2957－92标准，放射性应符合GB9196－88标准，火山灰质硅酸盐水泥应符合GB1344－92标准。

3煤矸石制轻集料的技术要求

我国积存的煤矸石中有40%左右适合于烧制轻集料（称为煅烧煤矸石轻集料），有10％左右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）。

（1）煅烧煤矸石轻集料：由炭质泥岩或泥岩类煤矸石经破碎、粉磨、成球、烧胀、筛分而成。在烧制轻集料时，煤矸石中的二氧化硅在含量55一65％、三氧化二铝含量在13～23％为佳。对于易熔组分，氧化钙加上氧化镁的含量宜在1～8％，氧化钠加上氧化钾宜在25～5％，三氧化二铁和碳是煤矸石中的主要膨胀剂，前者含量宜在4～9％，后者含量宜在2％左右。含碳量过高时，可采用洗选的方法脱碳，或采用配入不含或少含碳的矸石降低碳含量，也可采用在颗粉膨胀前进行脱碳，烧掉多余的碳。

（2）自燃煤矸石轻集料

过火的煤矸石经筛分得到轻集料。自燃煤矸石轻集料的生产可按JC／T541－94标准的技术要求进行。自燃煤矸石轻集料的放射性要符合GB6763－86标准的规定。

4煤矸石轻集料混凝土小型空心砌块的技术要求

以煤矸石轻集料（粗料25～30％，细料40～45％）为骨料，水泥（8～16％）为胶结料，加水（10～15％），并可加入少量外加剂，搅拌均匀后，经振动成型、自然养护后即可制成煤矸石轻集料混凝土小型空心砌块。这种砌块的密度、强度、相对含水率、抗冻性、碳化系数、软化系数等技术要求应符合GB15229－94标准的要求；其放射性应符合GB6763一86标准的规定。

5煤矸石加气混凝土的技术要求

煤矸石加气混凝土主要是以过火煤矸石等为硅铝质材料、水泥和石灰等钙质材料以及石膏为原料，按一定配比后，加水研磨搅拌成糊状物，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，再用饱和蒸汽蒸养而成。其产品主要有砌块或板材两种。对过火煤矸石的化学成分要求：二氧化硅≥50％；三氧化二铝≥20％；三氧化二铁≤15％，三氧化硫≤2％，烧失率小于10％，这样才便于对其综合利用。煤矸石加气混凝土砌块及板材的规格、质量和技术要求要分别符合GB11968－89标准和JC351－62标准的规定。

四、煤矸石复垦及回填矿井采空区

利用煤矸石作为复垦采煤塌陷区的充填材料，即可使采煤破坏的土地得到恢复，又可减少煤矸石占地，减少煤矸石对环境的污染。一般用于复垦的煤矸石以砂岩、石灰岩为主，采用推土机回填、压实，根据不同的用途进行处理，如作为耕种则进行表面复土，作为建筑用地则要采取分层碾压。

1复垦种植的技术要求

对停用多年并已逐渐风化的煤矸石，进行复垦后，可针对具体情况进行绿化种植。先以草灌植物为主，然后再种乔木树种，一般选择抗旱、耐盐碱、耐瘠薄的树种。对表层已风化成土的煤矸石复垦后，不需复土，可直接进行植树造林或开垦为农田。但在种植农作物前必须查明矸石中的有害元素含量。

2煤矸石作工程填筑材料的技术要求

煤矸石作填筑材料主要是指充填沟谷、采煤塌陷区等低洼区的建筑工程用地，或用于填筑铁路、公路路基等，或用于回填煤矿采空区及废弃矿井。

煤矸石工程填筑是以获得高的充填密实度，使煤矸石地基有效高的承载力，并有足够的稳定性。要求煤矸石是砂岩、石灰岩或未经风化的新矸石，施工通常采用分层填筑法，边回填、边压实，并按照《工业与民用建筑地基基础施工规范》对填筑工程进行质量评价。

煤矸石用于矿井回填，通常采用水力和风力充填两种方法。水力充填（也称水沙充填）是利用煤矸石进行矿井回填的常用方法。如果煤矸石的岩石组成以砂岩和石灰岩为主，在进行回填时，需加入适量的粘土、粉煤灰或水泥等胶结材料，以增加充填料的粘结性和惰性；当煤矸石的岩石组成以泥岩和炭质泥岩为主时，则需加入适量的砂子，以增加充填料的骨架结构和惰性。水力充填所需用的水，可采用废矿井中或采煤过程中排出的废水。填先后固液分离渗出的水还可以复用。

在“三下采煤”、煤柱回采时均可采用煤矸石回填技术。

五、回收有益矿产及制取化工产品

1从煤矸石中回收硫铁矿的技术要求

对于含硫量大于6％的煤矸石（尤其是洗矸），如果其中的硫是以黄铁矿的形式存在，且呈结核状或团块状，则可采用洗选的方法回收其中的硫精矿。粗选设备主要是跳汰机、旋流器等，精选设备有淘汰盘、摇床等。选出硫精矿后的尾矿可用作制砖和水泥的原料。对于煤矸石中的大块硫铁矿石，也可采用手拣回收。对于煤矸石中含硫量较高的矿区，在开采煤炭时，应在可能的条件下，将高硫煤矸石与煤及其他矸石进行分采、分运、分贮。

2制取铝盐的技术要求

利用煤矸石中含有的大量煤系高岭岩，可制取氯化铝。聚合氯化铝、氢氧化铝及硫酸铝。对煤矸石原料的一般要求是：高岭石含量在80％以上，二氧化硅在30～50％，三氧化二铝在25％以上，铝硅比大于068，三氧化二铝浸出率大于75％，三氧化二铁小于15％、氧化钙及氧化镁的含量均小于05％。应创造条件对这类煤系高岭岩与煤层进行分采、分运，或从煤矸石中分选出来。

生产铝盐的工艺有酸溶-盐基度调整法、酸溶-结晶氯化铝法，综合利用后可制得聚合氯化铝、氯化铝、氢氧化铝以及副产品白炭黑、水玻璃等。

利用上述工艺中的酸渣（其主要成分是二氧化硅）与氢氧化钠反应即可生产水玻璃。以水玻璃和盐酸等无机酸为原料，采用沉淀法，在一定温度下完全反应即可制得白炭黑。白炭黑主要用作工业填料。

六、煤矸石生产农肥或改良土壤

1煤矸石制微生物肥料的技术要求

以煤矸石和廉价的磷矿粉为原料基质，外加添加剂等，可制成煤矸石微生物肥料，这种肥料可作为主施肥应用于种植业。作为微生物肥料载体的煤矸石，其要求是：灰分≤85％，水分＜2％，全汞3≤毫克/千克，全砷≤30毫克/千克，全铅≤100毫克／千克，全镉≤3毫克／千克，全铬≤150毫克/千克；煤矸石中的有机质含量越高越好，磷矿粉的全磷含量应＞25%。

2煤矸石制备有机复合肥料的技术要求

有机质含量在20％以上、PH值在6左右（微酸性）的碳质泥岩或粉砂岩，经粉碎并磨细后，按一定比例与过磷酸钙混合，同时加入适量添加剂，搅拌均匀并加入适量水，经充分反应活化并堆沤后，即成为一种新型实用肥料。这种肥料中氮、磷、钾元素含量不高，但有机质和微量元素硼、锌、钴、锰等含量丰富，大量的磷酸盐、铵盐被煤矸石保持在分子吸附状态，营养元素更易被农作物吸收，在2～3年内均有一定的肥效。

3利用煤矸石改良土壤的技术要求

利用煤矸石的酸碱性及其中含有的多种微量元素和营养成分，可将其用于改良土壤，调节土壤的酸碱度和疏松度，并可增加土壤的肥效。具体实施时，要查明土壤的化学成分和性质，并在其中掺入一些有机肥料。在未制定污染控制标准前，应参照GB8193－89标准技术要求执行。

七、煤矸石其他利用途径

1生产铸造型砂的技术要求

高岭石含量在40%以上的泥质岩石类煤矸石可作为生产铸造型砂的原料。煅烧是生产铸造型砂的技术关键。煅烧窑炉常采用立窑或倒焰窑。泥岩类煤矸石主要从泥岩含量相对较多的洗煤矸石、煤巷矸石和手选矸石中采用人工手拣的方法获得。

2冶炼硅铝铁合金的技术要求

对于三氧化二铁含量较高的煤矸石，可采用直流矿热炉冶炼硅铝铁合金。所用煤矸石的化学成分：二氧化硅在20～35％，三氧化二铝在35～55％，三氧化二铁在15～30％。入炉粒度在20～60毫米。为综合利用降低电耗，提高经济效益，煤矸石和铝矾土应以熟料的粉料与烟煤粉制成球团后再入炉冶炼。硅铝铁合金在炼钢生产中主要用作脱氧剂。 煤矸石综合利用目前就这么多，企业在处理煤矸石的时候希望能够让资源充分发挥其功效，资源最大化利用。