专题综述-煤矸石对生态环境的污染及综合利用.doc

1、煤矸石对生态环境的污染及综合利用摘要：本文通过对煤矸石特征及其所带来的生态环境问题的叙述，简要提出煤矸石污染治理的方法，并对煤矸石的综合利用也作了简要介绍。关键字：煤矸石；生态环境；污染；治理；综合利用前 言在我国富煤贫油缺气的能源状况下，煤炭成为了主要的工业粮食。为了满足国民经济快速发展的能源需求，煤炭的开采量也逐年快速的增加。从而产生了大量煤矸石的排放和堆积，并引起了大量的生态环境问题，如煤矸石堆积占用大量土地、污染周围土地及水体、可能产生爆炸坍塌、并污染大气等。同时，这些问题还在逐年加剧。而对煤矸石进行综合利用不仅能解决这些问题，还能变废为宝，将煤矸石资源化利用。所以，将煤矸石综合利用意

2、义重大。1 煤矸石特征在开采、洗选加工过程中均会产生煤矸石，因此，可将矸石分为掘进矸和洗矸两类。它们主要由砂岩、泥岩、炭质泥岩、粉砂岩等岩石混合而成，是积岩。而矸石特征又因地区而异，只有充分掌握各地区矸石的化学成分和矿物成分，才能更好地实现矸石山污染的治理和矸石的综合利用。煤矸石结构较为致密, 呈黑色, 自燃后呈浅红色, 结构较疏松。其主要矿物成分有方解石、伊利石、蒙脱石、水铝石、长石、高岭石、黄铁矿和少量稀有金属矿物质等组成，其中所含元素多达数十种。随着地层岩石的种类和矿物组成的变化，煤矸石的化学成分也有所不同。煤矸石的主要化学成分有CaO、Al2O3、MgO、SiO2、Fe2O3和少量Fe

3、S2 等。其中Al2O3 、SiO2的含量是影响煤矸石潜在活性的主要因素, 煤矸石活性随其含量的增加而不断提高。 FeS2 及其他含S化合物的量越多, 越有助于煤矸石的自燃1。2 煤矸石带来的生态环境问题2.1 堆积占地在煤矿开采和洗选的过程中均会产生大量的矸石，煤矸石作为固体废弃物被运往矸石山堆积，并随着煤炭开采量的增加而不断增加。这不断扩大的矸石山需要占用大片的耕地、林地或者居民用地等，在很大程度上会给当地居民的生活和居住带来不便。随着煤矸石量的增加，矸石山越堆越高，最终可能会导致矸石山塌方。同时，矸石山的塌方还可能会引起山体滑坡。从而使当地的生态环境招到严重破坏。煤炭开采从地下挖出大量煤

4、矸石，产生大量的采空区，会造成地面塌陷，使得地面建筑、道路、管道等设施变形或遭到破坏2。2.2 空气污染煤矸石中夹带有部分残留煤, 其中含大量的有机质和可燃硫,长期堆放会产生自燃现象,产生大量的有毒气体。如CO、H2S、SO2、CO2及苯并芘等3。同时，当风速达到4m/s以上时，煤矸石堆放和运输过程中也会产生大量的粉尘，颗粒就会被吹起并悬浮于空气中，这些粉尘中含有很多对人体有害的元素，如重金属元素镉、砷、铬、铜、汞等，其中的小颗粒的会被人体吸入肺部，久而久之会使人体产生病变2。所以矸石山的自燃是导致矿区大气质量严重恶化、呼吸道疾病流行的罪魁祸首，而一些污染更严重矿区甚至发生工人呼吸中毒昏迷乃至

5、死亡的恶性事故3。2.3 水体污染煤矸石中普遍含有较高硫分及其他有害元素。经过风化及大气降水的长期淋溶作用, 形成硫酸或酸性水及离解出各种有毒、有害元素。渗入地下, 导致土壤、地表水体及浅层地下水的污染, 形成淋溶酸性水4。煤矸石对水体的污染主要体现在两个方面: 一是物理污染，雨水冲刷矸石山，产生许多细颗粒，随水流流入河道湖泊中，污染水资源；二是化学污染，煤矸石中除含有SiO2，Al2O3，Fe2O3等常见氧化物外，还含有一些微量重金属元素，如Pb，Sn，Hg，As，Cr 等，它们会通过雨水淋溶进入地表水域或渗入浅层地下水，污染水体5。水体一旦遭到污染, 这些被污染的水就会直接或间接地通过人体

6、食物链毒害人体并危及整个生态系统。2.4 地质灾害自然状态下，矸石堆的稳定坡度角是3840，在超过这一坡度后，受到自然或人为活动影响，很容易形成泥石流、滑坡、崩塌等灾害6。矿区矸石山多为大量粒径不等形状不同的颗粒以不同的排列方式自然堆积而成,结构疏松,在本质上说是不连续的,为散体材料。同时,受矸石中炭分的自燃、有机质的灰化及硫分的离解挥发等作用, 矸石山的稳定性普遍较差,极易发生崩塌、滑坡。山区煤矿大都直接将煤矸石堆于沟谷中,成为泥石流的固体物质来源。如果矸石堆积区的河谷有一定的汇水面积和适宜的坡度,在雨季,一旦降雨量达到60mm/h,即可爆发泥石流4。2.5 自燃效应大量煤矸石长期露天堆放,

7、有良好的通风供氧条件，矸石堆中极易氧化的可燃物，如硫铁矿、夹带的煤等，在一定的温度压力条件下, 与氧气发生反应,放出热量, 热量聚集使矸石堆内部温度升高一起自燃。特别是水洗矸石，其中含有大量的水，而水的存在使矸石更易风化，使比表面积增加，吸附空气中水分，产生吸附热和润湿热，导致矸石堆升高20以上，并降低矸石着火点，最终使矸石山的自燃概率加大1。3 煤矸石污染的治理3.1 土壤酸化的治理受矿区煤矸石的污染，矿区周围土地大多呈酸性，如果想复垦土地，种植农作物，就必须将土壤pH值提高。通常采用熟石灰或生石灰中和土壤中的酸性，以达到治理的效果，实现土地复垦。3.2 有害元素的治理煤矸石中大量的有害元素

8、，如Pb，Sn，Hg，As，Cr 等，进入土壤、水体，严重污染生态环境。目前主要通过栽种植被来治理。据资料显示,在煤矸石复垦区造林, 栽种杨树、柳树、刺槐等,能吸收土壤中的大量有毒元素利用粘土矿物钝化矸石的重金属也是一种有效的技术7。3.3 煤矸石自燃的治理矸石山自燃的灭火技术有：1)挖掘熄灭法：在矸石山自燃处挖出高温矸石、原处添入黄土或冷却后的矸石；2)覆盖碾压法：将黄土等惰性物质覆盖在燃烧区上,并用机械进行碾压隔绝空气,以达到灭火目的；3)浇灌灭火法：向燃烧区喷洒Ca(OH)2与NaOH 混合物( 50:1)或其他惰性物质,一方面,降低火区温度,同时,利用化学浆液中的化学物质发生反应阻止自

9、燃。4)注浆灭火法:将Ca(OH)2与NaOH 按50:1比例混合制成浆液后,通过钻控及其他方法将其注入矸石山内部,一方面,自上而下使燃烧石和浆液混合,冲至燃烧点封闭空隙,一方面,发生反应降低温度。矸石山自燃的防止措施有：1)分开分层堆放法:高硫矸石与低硫矸石分开堆放，并且在矸石堆放68m时,覆盖1m厚黄土等惰性物质,防止自燃；2)矸煤分离法：将矸石中煤块尽量分捡回收,减少矸石中饱煤含量,从而减少矸石矸石山的硫分，降低自燃系数；3) 植树种草法:通过植树种草,在植物的蒸腾作用下、带走大量水气热量,可降低矸石山表面温度,降低自燃系数,还有其他防治作用。4)微生物脱硫法：解决矸石山自燃的关键是解决

10、矸石中硫的问题,采用简单的方法不能消除矸石山的自燃现象。采用微生物对矸石进行脱硫, 可降低矸石山的氧化度, 减少自燃；5) 综合利用法：前期耗费资金较多,需要得到政府的有力支持。不过利用煤矸石作燃料、发电、生产高附加性产品(肥料、化工原料、建筑用砖、水泥等)及复垦塌陷区、修路等,是解决矸石山的基本问题,可产生显著的经济效益8。4 煤矸石的综合利用如上所述，煤矸石对生态环境的污染严重，并且进行防范和治理需要大量的人力、物力和财力。而进行综合利用，不仅能降低环境污染，还能变废为宝，将矸石资源化利用。其综合利用途径如下：4.1 井下回填矸石不升井，在井下进行预先干法分选，将原煤预先抛矸，然后矸石直接

11、回填井下废弃的旧巷道和采空区，既可以减少矸石排量和运输环节，又能够治理井下隐患和防止地面塌陷9。同时还能减少选煤厂的处理量和洗选加工费用。4.2 煤矸石发电煤矸石中夹带有部分碳和一些可燃物，可以用作燃料来使用。但是由于一般煤矸石中可燃物的含量比较低，发热量大约在10003000kcal/kg之间。其作为一种低热值燃料，利用其发电时一般采用循环流化床锅炉燃烧技术。该锅炉在燃烧时，由炉底鼓机向炉膛进风使破碎成颗粒的煤粒呈悬浮状态，形成流化床。煤可在炉内与空气充分混合，强化了燃烧和传热。一般来说，热值大于4200kJ/kg 的煤矸石通过洗选后可作为燃料直接利用， 热值高于6270kJ/kg 的煤矸石

12、可而直接作为燃料燃烧供电10。4.3 生产建筑材料(1)煤矸石制砖：煤矸石中不仅含有黏土类矿物，而且在生产过程中还能利用其热量，并且现在利用煤矸石生产砖块的技术已经成熟。目前我国煤矸石生产空心砖的技术应用得到了不断的普及和推广，各种不同砖块的应用范围非常广泛，因此生产砖块是利用煤矸石的重要途径6。(2)煤矸石生产水泥：一般先进行低温处理，形成活性矸石渣后，再与生石灰、晶种按比例配合入磨机粉磨。粉磨后的混合料经水热合成、低温焙烧形成水泥生料，然后加入一定量的石膏，制成低温合成煤矸石水泥。煤矸石生产水泥可以替代一部分粘土，节省燃料，降低生产成本，是煤矸石利用的有效途径5。(3)煤矸石制轻骨料：轻骨

13、料是一种新型的建筑材料，因其具有轻便、保温效果好的特点，市场应用前景广阔。烧制轻骨料有两种比较适宜的材料，其中一种是碳的质量分数低于13的炭质页岩，另一种是原煤洗选分离后排出的选矸6。(4)煤矸石筑路和充填材料：我国煤炭生产量大，排出的矸石量也很大，并且煤矸石是很好的筑路材料, 有很好的抗风雨侵蚀性能, 并可降低筑路成本4。这也是煤矸石综合利用最简单有效的方法。4.4 煤矸石制有机复合肥料煤矸石在煤矸石中有较多的有机质，有机质中含有植物生长所必须的B，Zn，Cu，Co，Mo，Mn 等微量元素，因此可以作为制备有机复合肥料的原料。利用煤矸石制成的这种有机复合肥料，可以疏松土质，改善土壤，增加土壤

14、肥力和土壤的透气性，从而达到提高单产的目的6。4.5 煤矸石生产高岭土煤矸石生产高岭土：一些煤矸石中含有大量的高岭土，可以通过将矸石进行提纯、煅烧、超细磨处理后，生产出高岭土。其具有白度高、质量好、成本低的特点。广泛应用于石化、医药、涂料、陶瓷、造纸和橡胶工业，市场前景良好5。结 语我国是一个煤炭生产大国，矸石排放量相当大。并且矸石山是目前我国排放量和堆积量最大的工业废弃物，这不仅对生态环境造成污染，而且还会引起各种地质灾害，对人类生活环境及人身安全构成威胁。所以，我们首先必须意识到煤矸石堆积带来的后果的严重性，并且加强防范措施，对已造成的污染积极的治理。同时根据各个地方煤矸石特征的差异，对煤

15、矸石进行有效的综合利用。并积极开发煤矸石的其他综合利用方法，以减少煤矸石带来的环境污染，同时也变废为宝，降低资源消耗。 参考文献1刘建明，种德雨等.浅析煤矸石的自燃及防治措施.山西焦煤科技，2010:46.2田玲玲.煤矸石的环境危害与综合利用途径.北方环境，2011:174175.3谢富林.关于重庆市万盛区东林煤矿矸石山治理的探讨.中国新科技新产品，2011:108109.4章安治.煤矸石的地质灾害效应与综合利用途径分析.市场论坛，2010:5659.5张顺利，王泽南等.煤矸石资源化利用.洁净煤技术，2011:97100.6王宏宇.对山西省煤矸石资源化综合利用的思考.科技情报开发与经济，2011:165167.7陈志，李玉龙等.煤矸石的危害和综合利用.山东煤炭科技，2010:9091.8段志鹏，王向成等.矸石山自燃的防治.山西焦煤科技,2009:122123.9纪之友，刘胜利.煤矿矸石山灾害预防与煤矸石利用实践.科技风，2010:200200.10郭宇清.煤矸石综合利用对策及意义.山西煤炭管理干部学院学报，2011:4345.