煤矸石粉

煤矸石是採煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色岩石，包括巷道掘進過程中的掘進矸石、採掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外還含有數量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（鎵、釩、鈦、鈷）。

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目錄

簡介

煤伴生廢石是礦業固體廢物的一種，是在掘進、開採和洗煤過程中排出的固體廢物，是礦業固體廢物的一種，包括洗煤廠的洗矸、煤炭生產中的手選矸、半煤巷和岩巷掘進中排出的煤和岩石以及和煤矸石一起堆放的煤系之外的白矸等的混合物。煤矸石是碳質、泥質和砂質頁岩的混合物，具有低發熱值。含碳20%～30%，有些含腐殖酸。中國曆年已積存煤矸石約1000Mt，並且每年仍繼續排放約100Mt，不僅堆積占地，而且還能自燃污染空氣或引起火災。煤矸石主要被用於生產矸石水泥、混凝土的輕質骨料、耐火磚等建築材料，此外還可用於回收煤炭，煤與矸石混燒發電，製取結晶氯化鋁、水玻璃等化工產品以及提取貴重稀有金屬，也可作肥料。

結構

煤矸石是在成煤過程中與煤共同沉積的有機化合物和無機化合物混合在一起的岩石，通常呈薄層和在煤層中或煤層頂、煤層底。煤矸石按主要礦物含量分為黏土岩類、砂石岩類、碳酸鹽類、鋁質岩類；按來源及最終狀態，煤矸石可分為掘進矸石、選煤矸石和自然矸石三大類。煤矸石排放量根據煤層條件、開採條件和洗選工藝的不同有較大差異，一般掘進矸石占原煤產量的10%左右，選煤矸石占入選原煤量的12%~18%。 煤矸石的無機成分主要是硅、鋁、鈣、鎂、鐵的氧化物和某些稀有金屬，其化學成分組成的百分率：SiO2為52～65；Al2O3為16～36；Fe2O3為2.28～14.63；CaO為0.42～2.32；MgO為0.44～2.41；TiO2為0.90～4；P2O5為0.007～0.24；K2O+Na2O為1.45～3.9；V2O5為0.008～0.03。 高硫煤矸石中含有的主要有用礦物為硫鐵礦和煤。純硫鐵礦相對密度高達5，與脈石相對密度差為2-2.3，而共生硫鐵礦與脈石相對密度差為0.5-1，因此，利用相對密度差即可將硫鐵礦分選出來從共生體中解離出來。 煤矸石的原礦粒度較大，其中黃鐵礦的組成形態以包括結核體、粒狀、塊狀等宏觀形態為主，經顯微鏡和電鏡鑑定，煤中黃鐵礦以莓球狀、微粒狀分布在鏡媒體中，而在細胞腔中亦充填有黃鐵礦，個別為小透鏡狀、細粒浸染狀。礦物之間緊密共生，呈細粒浸染狀，所以在分選前必須進行破碎、磨礦，煤矸石的解離度越高，選別效果越理想。 存在於煤中的黃鐵礦經過洗選後大部分富集於洗矸中，洗矸中黃鐵礦以塊狀、脈狀、結核狀及星散狀四種形態存在。前三種以2-50mm大小不等、形態各異的結核體最常見，矸石破碎至3mm以下，黃鐵礦能解離80%左右，破碎至1mm以下幾乎全部解離。星散狀分布的黃鐵礦很少，多呈0.02mm立方體單晶，嵌布於網狀脈岩中很難與脈石分開。

用途

煤矸石棄置不用，會占用大片土地；煤矸石中的硫化物逸出或浸出會污染大氣、農田和水體；矸石山還會自燃發生火災，或在雨季崩塌，淤塞河流造成災害。中國積存煤矸石達10億噸以上，每年還將排出煤矸石1億噸，為了消除污染，自60年代起，很多國家開始重視煤矸石的處理和利用。 煤矸石代替燃料：化鐵；燒鍋爐；燒石灰；回收煤炭。生產水泥：生產普通硅酸鹽水泥；生產特種水泥；生產無熟料水泥。生產建築材料：煤矸石燒結磚，質量較好，顏色均勻；煤矸石生產輕骨料，輕骨料是為了較少混凝土的相對密度，而選用的一類多孔骨料；生產煤矸石棉，以煤矸石和石灰為原料，經高溫融化，噴吹而成的一種建築材料。生產化工產品：制結晶三氯化鋁，以煤矸石和化工工業副產鹽酸為主要原料，經過破碎、培燒、磨碎、酸浸、沉澱、濃縮結晶和脫水等生產工藝而製成，是一種新型的淨水劑；制水玻璃；生產硫酸銨，煤矸石內的硫化鐵在高溫下生產SO2，再氧化而生產SO3，遇水生產硫酸，並與氨的化合物生產硫酸銨。 利用途徑有以下幾種： ①回收煤炭和黃鐵礦：通過簡易工藝，從煤矸石中洗選出好煤，通過篩選從中選出劣質煤，同時揀出黃鐵礦；或從選煤用的跳汰機──平面搖床流程中回收黃鐵礦、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作動力鍋爐的燃料，洗矸可作建築材料，黃鐵礦可作化工原料。 ②用於發電：主要用洗中煤和洗矸混燒發電。中國已用沸騰爐燃燒洗中煤和洗矸的混合物（發熱量每公斤約2000大卡）發電，爐渣可生產爐渣磚和爐渣水泥。所用中煤和矸石的混合物，一般每公斤發熱量為3500大卡；火力不足時,用重油助燃。德意志聯邦共和國和荷蘭把煤礦自用電廠和選煤廠建在一起，以利用中煤、煤泥和煤矸石發電。 ③製造建築材料：煤矸石中二氧化硅、三氧化二鐵、三氧化二鋁的總含量在80%以上，它是一種天然的粘土質原料，可以用來燒制普通硅酸鹽水泥、特種水泥和熟料水泥等各種建築特殊用途水泥，可以少挖良田。燒磚時，利用煤矸石本身的可燃物，可以節約煤炭。自燃或人工燃燒過的煤矸石，具有一定活性，可作為水泥的活性混合材料，生產普通硅酸鹽水泥(摻量小於20%)、火山灰質水泥（摻量20～50%）和少熟料水泥（摻量大於50%）。還可直接與石灰、石膏以適當的配比，磨成無熟料水泥，可作為膠結料，以沸騰爐渣作骨料或以石子、沸騰爐渣作粗細骨料製成混凝土砌塊或混凝土空心砌塊等建築材料，英國、比利時等國有專用煤矸石代替硅質原料生產水泥的工廠。煤矸石可用來燒結輕骨料，日本於1964年用煤矸石作主要原料製造輕骨料，用於建造高層樓房，建築物重量減輕20%。用鹽酸浸取可得結晶氯化鋁，浸取後的殘渣，主要為二氧化硅，可作生產橡膠填充料和濕法生產水玻璃的原料，剩餘母液內所含的稀有元素（如鍺、鎵、釩、鈾等），視含量決定其提取價值。此外，煤矸石還可用於生產低熱值煤氣，製造陶瓷，製作土壤改良劑，或用於鋪路、井下充填、地面充填造地，在自燃後的矸石山上也可種草造林，美化環境。

影響

到目前為止，煤矸石的利用力度還不夠大。技術不完善，地區發展不平衡，對環境的影響依然很嚴重，主要表現在下述幾個方面： （1）影響土地資源的利用煤矸石堆場多位於井口附近，大多緊鄰居民區，煤矸石的大量堆放一方面占用大量的土地面積，另一方面還在影響着比堆放面積更大的土地資源，使得周圍的耕地變得貧瘠，不能被利用。 （2）污染大氣煤矸石露天堆放會產生大量揚塵，這主要是由於在地面堆放的煤矸石受到長時間的日曬雨淋後，將會風化粉碎；另外，煤矸石吸水後會崩解，從而很容易產生粉塵。在風力的作用下，將會惡化礦區大氣的質量。此外，煤矸石中含有殘煤、碳質泥岩和廢木材等可燃物，其中C、S可構成煤矸石自燃的物質基礎。煤矸石業務露天堆放，日積月累，矸石山內部的熱量逐漸積累。當溫度達到可燃物的燃燒點時，矸石堆中的殘煤便可自燃。自燃後，矸石山內部溫度為800~1000℃，使矸石融結並放出大量的CO、CO2、SO2、H2S、NOx等有害氣體，其中以SO2為主。一座矸石山自燃可長達十餘年至幾十年，這些有害氣體的排放，不僅降低矸石山周圍的環境空氣質量，影響礦區居民的身體健康，還常常影響周圍的生態環境，使樹木生長緩慢、病蟲害增多，農作物減產，至死亡。 （3）危害水土煤矸石除含有粉塵、SiO2，AL2O3以及Fe，Mn等常量元素外，還有其他微量重金屬元素，如Pb，Sn，As，Cr等，這些元素為有毒重金屬元素。當露天堆放的煤矸石山經雨水淋蝕後，產生酸性水，污染周圍的上地和水體。當矸石堆場的矸石堆放不合理時，矸石堆易發生邊坡失穩，從而導致矸石堆的崩塌、滑移，特別在暴雨季節，這種現象在山區尤為常見，易發生泥石流，從而殃及下游的農田、河流及人員安全。