煅烧煤矸石制备矿物掺和料的研究进展与思考.pdf

煅烧煤矸石制备矿物掺和料的研究进展与思考 王栋民范德科 3 中国矿业大学(北京)混凝土与环境材料研究所，北京10008 摘要：本文介绍了煤矸石的产生、组成、对环境的影响、以及国内外在建材上的利用现状；讨论了煤矸 石的活化方法，重点分析了熬活化的机理及影响因衰，对增钙煅烧等活化方法作了深入探讨；介绍了煤矸 石用作混凝土掺和料的研究进展、存在的问题及对此的一些思考。 关键词：煤矸石活化煅烧 1引言 煤矸石是煤矿建井和生产过程中排出来的一种混杂岩体，它包括煤矿在井巷掘进时排 出来的矸石、露天煤矿开采时剥离的矸石和洗选加工过程中排出的矸石。煤矸石的产生量 约占煤炭开采量的lO％～25％。我国煤矸石的堆放已形成1500座矸石山，全国贮存的矸 石共计约有40亿吨以上、占地近30万亩。以排矸量占原煤生产的20％估算，每年新增加 的矸石约有3亿吨，除综合利用约8000万吨外，其余部分就近自然混杂堆积贮存。煤矸石 已经成为我国积存量和年产量最大、占用堆积场地最多的一种工业废物。煤矸石一般露天 堆放，经日晒、雨淋、风化、分解，产生大量的酸性水或携带重金属的离子水，下渗损害 地下水质，外流导致地表水的污染。近1／3的煤矸石由于硫铁矿和含碳物质的存在发生自 燃，产生有害有毒气体，严重污染环境。煤矸石堆放不仅对矿区的自然景观造成一定的影 响，有时会产生滑坡和泥石流现象…。 2煤矸石的组成及国内外利用现状 煤矸石是煤矿中夹在煤层间的脉石[2]。煤矸石中常见的矿物有：粘土类矿物、碳酸盐 类矿物、铝土矿、黄铁矿、石英、云母、长石、炭质和植物化石。煤矸石是由无机质和少 量有机质组成的混合物。无机质中主要包括矿物质和水。构成矿物质成分的元素多达数十 种之多，一般以硅铝为主要成分，另外含有数量不等的Fe203、CaO、MgO、S03、K20、Na20、 P203等无机物，以及微量的稀有金属(如钛、钒、钴等)，煤矸石中的有机质随含煤量的增 加而增高，它主要包括碳、氢、氧、氮和硫等。碳是有机质的主要成分，也是燃烧时产生热 量的最重要的元素。 煤矸石主要有粘土岩类、砂岩类、碳酸岩类、铝质岩类等岩石种类。粘土岩类主要矿 物组分为粘土矿物，其次为石英、长石、云母、黄铁矿、碳酸盐等。此外还含有丰富的植 物化石、有机质、碳质等。粘土岩类在煤矸石中占有相当大的比例；砂岩类矿物多为石英、 长石、云母、植物化石、菱铁矿结核等，并含有碳酸岩的粘土矿物或其它化学沉积物； 碳 酸岩类矿物的组成为方解石、白云石、菱铁矿、并混有较多的粘土矿物、陆源碎屑矿物、 有机物、黄铁矿等；铝质岩类均含有高铝矿物三水铝矿、一水软铝石、一水硬铝石等，此 外还常含有石英、玉髓、褐铁矿、自云母、方解石等矿物。 488 国外利用煤矸石最早始于第二次世界大战以前，直到20世纪60年代后期才真正引起 各国的重视[3]。到目前为止，在众多的研究当中，最成功的方法是生物复田法，生物复田 法可以说是当代最先进的复田工艺，它首先在美国和匈牙利获得成功，目前该项技术己向 全世界推广。美国还研究成功了直接从燃烧着的煤矸石山中回收热能。法国煤矸石的年产 量约850万t，至今煤矸石的堆积总量超过10亿t，他们对灰分较大的煤矸石进行洗选， 回收了其中的可燃物，用于发电从而可以节约煤炭。复田造地是彻底消除煤矸石污染的根 本方法，在国外己实验多年，效果相当显著，其中英国的青野露天矿对此方法的实施较为 长久，也卓有成效。 在国外，煤矸石利用最普遍的方法是做建筑材料，在这方面，法国做得比较出色。从 70年代起。三十年中他们共利用煤矸石一亿多t，主要用来制砖、生产水泥和铺路。在法 国煤矸石被认为是很好的建筑充填材料。它可使路基具有良好的不透水性，而红色矸石的 颗粒具有抗水冲蚀能力，可用于充填潮湿甚至沼泽场地和积水塌陷坑，法国北部所有载重 道路都是使用这种材料作路基。另外，对红色页岩(堆积场黑色页岩的自燃渣)进行破碎和 分级获得准确的粒级，可用于空地和公共广场表面装饰、铺路或用于停车场，每年用量 40—50万t，同样数量的页岩用于制作烟道砖。近年来，法国还研究煤矸石在水泥工业中应 用的新方法，即把含煤比例高的矸石既作为原料又作为燃料投入窑炉来生产水泥。在英国， 已燃煤矸石被认为是一种优良和经济的材料，并得到了广泛的利用，其中大部分被用作公 路、填坝和其它土建工程的普通充填物。用4：1的比例把已