“十二五”山西省煤矸石及粉煤灰综合利用探讨

郑中南

(煤炭工业太原设计研究院)

·试验研究·

“十二五”山西省煤矸石及粉煤灰综合利用探讨

郑中南

(煤炭工业太原设计研究院)

介绍了山西省煤矸石和粉煤灰资源量情况，并针对性的提出了综合利用方案。如煤矸石可以用作循环流化床锅炉燃料、煤矸石制砖等；粉煤灰可以作为路基填料、制作水泥、高性能混凝土、生产墙体材料、提取硅铝合金、加气混凝土、烧结陶粒和制作纤维纸浆等用途。对“十二五”做好上述资源综合利用工作，提出了建议。

煤矸石；粉煤灰；综合利用；探讨

1 煤矸石和粉煤灰资源量

我国粉煤灰堆放量15亿 t以上，储灰场占用土地4万hm2。山西省火电装机容量已近4 000万kW，年排放粉煤灰约2 000万 t，需堆放几百公顷土地。

2 煤矸石综合利用途径分析

过去较多采用煤矸石分层堆放，复土绿化处理，但煤矸石的污染本质未变，近年来美国又将深埋的煤矸石挖出重新处理。

针对山西省目前情况，煤矸石较好的利用途径有如下几种：

2.1循环流化床锅炉发电及供应热能(蒸汽)

近20年来，循环流化床锅炉发展迅速，将洗煤的副产品煤矸石、煤泥、洗中煤作为燃料，产生中温中压或高温高压蒸汽，发电或热电联产，已广泛使用，循环流化床锅炉及配套发电机组参数见表1。

表1 循环流化床锅炉及配套发电机组参数

在循环流化床锅炉燃烧过程中，可以加入<1 mm的石灰石颗粒炉内脱硫，脱硫效率可达到85%，不但有利于环保，而且燃烧后的粉煤灰中含石膏(CaSO4)，可以用作优质的建材原料。

此因素对工程质量的影响主要体现在两方面，即材料质量和设备质量。材料是建筑质量的基础保证，若其未达到相关标准就被使用在施工中，会大大缩短建筑寿命。很多施工单位为牟取巨大的利润，在材料购买上通常只要求价格低廉，并未将其质量和实际施工联系到一起，有的建筑完工后不久，就会出现坍塌现象，严重影响住户的人身安全。机械设备是现代建筑施工的必备品，针对施工需求，近年来我国对机械设备的优化力度很大，施工水平也在稳步提升当中[2]。但在机械的自动化研究方面还存在很多不足，若能进一步提升建筑机械的自动化水平，施工效率和质量会有很大提升。

2.2煤矸石制砖

大量土地挖土烧制黏土砖，还要占用大量土地堆放煤矸石。煤矸石烧结砖既解决了上述矛盾，又利用了煤矸石本身的热量，是节能减排的好项目，在山西省已逐步推广应用，代替黏土砖，其生产工艺过程为：

1) 原料制备：煤矸石发热量在1.774 72～2.09 34 MJ时为最佳。而我国大部分煤矸石平均热值为3.768 12～3.977 46 MJ/kg,需加入35%～40%黏土、页岩(粉煤灰)，以降低热值。原料破碎、混碾搅拌均匀后堆放陈化。

2) 双级真空挤砖机成型挤出：成型压力大于2.0 MPa。

3) 干燥后,用隧道窑焙烧。

实心煤矸石砖有以下优点：

a) 高强度：强度在30 MPa以上，可作为承重材料或基础材料。b) 装饰性：可作为外墙承重和装饰作用，也可用于宾馆、饭店及别墅艺术墙用。c) 用作道路广场用砖，发挥其高强度和装饰性的优点。煤矸石多孔砖密度为600～900 kg/m3，可减轻建筑自重。用作承重多孔砖时，孔洞率为25%～30%，强度10～15 MPa以上；用作非承重多孔砖孔洞率可达45%～50%。多孔砖隔热保温及隔音效果好，符合建筑节能要求。

一条年产6 000万块煤矸石砖(折标砖)可消耗煤矸石193 410 t/a，占地面积20 000 m2，投资1 500万元，职工人数60人。

3 粉煤灰资源综合利用途径分析

粉煤灰综合利用，化害为利、变废为宝、保护环境，是我国一项长期的技术经济政策。粉煤灰资源综合利用主要途径有：

1) 粉煤灰填筑公路路基、代替土石料作填料，已使用多年。

2) 粉煤灰生产水泥。在水泥配料中加入8%～9%粉煤灰代替黏土入回转窑烧成熟料。 熟料粉磨水泥时可加入40%粉煤灰生产粉煤灰硅酸盐水泥，强度可达32.5级(原425级)，而且大大降低粉磨电耗。

3) 超细粉煤灰高性能混凝土。将残余含碳量低的粉煤灰磨成400目以下的超细粉煤灰，加到混凝土中可生产高性能混凝土，特别是提高混凝土的早期强度。山西省汾河二库建坝时已应用，三峡大坝浇灌混凝土时以50元/ t的高价(当时煤价才100元左右)购买神头二电厂50万 t发电机组的粉煤灰运到工地使用。

4) 生产墙体材料。粉煤灰蒸压砖、粉煤灰小型砌块、粉煤灰粉色路面砖、粉煤灰板材及外墙装饰板等均已在各热电厂及粉煤灰加工厂大量生产，实际使用效果很好。

5) 粉煤灰提取硅铝合金。铝硅合金质轻而坚韧，铸造性能好，具有良好的机械强度，耐腐蚀性强，合金熔点低，适用于铸造形状复杂、要求高强度、高耐腐蚀性、高气密性的铝合金铸件和压铸公差小、表面质量高的铝合金铸件，一般用于汽车、拖拉机、船舶、飞机、火箭及内燃机车零件以及医疗器械、仪器零件、日用品、装饰用品、电子工业、建筑业等行业或领域，铝硅合金在高温时还原性强，如果在冶炼时使用铝硅合金作为脱氧剂，可以减少钢产生皮下气泡的敏感度，从而提高钢的质量，作为发热剂可用于冶炼高熔点金属，如：铬、锰、钼、钒等。目前，我国有两种生产铝硅合金的方法：第一种方法是用纯铝、纯硅熔炼后掺兑成硅铝合金；第二种方法是用高品位的铝土矿在矿热炉中炼成铝硅合金。但其售价均略高于电解铝(16 000元/t)。

粉煤灰中含有大量SiO2、Al2O3等化合物，如山西省某电厂粉煤灰中硅铝含量为61.13% Si ，21.16 % Al ，很适于生产FeAl 17 Si 40牌号的硅铝合金。

将粉煤灰与添加剂、还原剂、黏结剂按比例进行混合搅拌后制成高强度的球团，通过矿热炉进行冶炼还原，制得粗铝硅合金，再经精炼炉，添加精炼剂、精炼除渣、铸锭，就可制得含铝量很高的铝硅合金。

每1万吨硅铝合金约使用6万 t成分合适的粉煤灰，生产成本约6 600元/ t。全世界年需用硅铝合金数百万吨，我国年需50万 t，因此，用粉煤灰提取硅铝合金将有很大的发展前途。

6) 粉煤灰蒸压加气混凝土。加气混凝土是广泛使用的轻型墙体材料(体积密度为600 kg/m3)。以粉煤灰为主要原料(66%～72%)，并配合石灰(15%～20%)，石膏(2%～5%)，水泥(7%～10%)，铝粉(360 g/m3)。原材料经破碎、制浆、搅拌混合后，浇注入模具(4.2 m×1.2 m×0.6 m)，送入静停室(温度40～45℃)，静停1.5～2 h，使坯体内水化反应充分，恰当发泡，稳定硬化，脱模后按要求规格用纵横钢丝进行切割，再送入直径为2.68 m，长30 m的蒸压釜内进行蒸压养护(抽真空0.5 h，升压1.5 h，1 MPa 195℃蒸汽恒压养护7 h)，再降压出釜。作为高层建筑轻型墙体已广泛应用。

7) 粉煤灰烧结陶粒。高强度粉煤灰陶粒以粉煤灰为主要原材料及5%添加剂成球后，于1 200℃高温焙烧，经成球和烧结工艺将粉煤灰细小颗粒混合物转变成具有高强轻质、粒型合理、吸水率低、质量稳定、保温性能和泵送性能优异的圆球状轻质、高强颗粒，是配置轻骨料混凝土的关键组成材料。颗粒粒径5～20 mm级配连续，属结构型高强轻骨料范畴。用其配置陶粒混凝土可以生产混凝土多孔砖和小型混凝土空心砌块、空心楼板和大型屋面板等；能用做现浇高层建筑的梁、板、柱及框架等；还可以用做热带地区的屋顶隔热层材料、城市的道路的声屏障、音响建筑的吸音板、道路工程的抗滑路面、用作水的过滤剂，花卉的保湿载体和蔬菜的无土栽培等。高强粉煤灰陶粒轻骨混凝土和普通混凝土砌块相比，在保持强度等重要指标前提下，自重减轻30%，导热系数降低50%，收缩及温度变形系数降低40%～60%，特别适用中高层工业及民用建筑结构、桥梁结构混凝土。

一般单条粉煤灰陶粒生产线年产粉煤灰陶粒10万m3，投资638万元，成本28元/ m3。目前，陶粒销售价160元/ m3，年销售收入约1 600万元。

国家优惠政策规定：企业利用本企业外的大宗粉煤灰作为主要原料，生产建材产品的所得，免征所得税5年，减免增值税和产品税。对以上所述有关产品均适用。

8) 粉煤灰纤维纸浆。粉煤灰(85%)、石膏(5%)和石灰(10%)混合后压制成块状，于冲天炉中熔化，经高速四辊离心机制成纤维，再经过分散、除渣、浓缩、抄浆等处理，最后成为符合造纸要求的无机纤维纸浆，可以配入木浆造纸，节约木浆20%左右。该技术是华东理工大学及厦门榕兴纸业公司的专利技术，已有一条年产30 000 t的生产线投入生产，正在扩建中。山西省文水县晋榕矿物纤维有限公司已引进专利技术工艺，正在兴建一条30 000 t/年生产线，最终规模将达到4×30 000 t。

我国2007年纸和纸板消费量7 290万 t，进口木浆845万 t，每吨进口价格660～720美元，因此，粉煤灰纤维纸浆的研制成功并批量生产将具有很大的社会和经济效益。

煤矸石及煤灰综合利用产业链示意图见图1。

图1 煤矸石及煤灰综合利用产业链示意图

4 建 议

1) 加快煤矸石和粉煤灰资源综合利用项目的核准工作。发展煤矸石和粉煤灰资源综合利用、延伸煤炭产业链，是煤炭企业实现煤炭资源综合利用，发展循环经济的必然选择。为此，建议相关部门积极争取国家有关上述项目核准上的支持。并在土地申购、资金筹措、引进外资、水资源供应、电力上网等方面给予政策支持。

2) 加强煤矸石和粉煤灰资源综合利用项目的资金支持。发展煤矸石和粉煤灰资源综合利用项目需要大量的资金，而煤炭企业增值税税赋过重，税费繁多，特别是山西省在增收可持续发展基金后，煤矿的吨煤生产成本大幅度增加，当煤炭市场需求萎缩时，一些煤质差的煤矿生产成本已高于销售价格，致使许多煤炭企业资金严重短缺，影响了煤矸石和粉煤灰利用项目的发展。为此，建议积极争取国家对煤炭企业实行有区别的部分税费减免，对一些重大项目(如大型煤矸石坑口电厂、粉煤灰提取硅铝合金、烧制陶粒等)给予国债投资或资金补助以及税收、信贷等方面的支持。建议从升级煤炭可持续发展基金中拿出部分专项资金，发挥政府投资的导向作用，用于补助上述煤炭循环经济项目。

3) 制定煤矸石和粉煤灰资源综合利用优惠政策。国家应出台更多煤矸石电厂的优惠政策，切实提高煤矸石电厂的经济效益，如对使用煤矸石进行成本补贴、降低中水价格等。积极争取国家制定有关政策，加快黏土砖退出市场的步伐，鼓励使用以煤灰、炉渣和煤矸石为原料的新型建材等。

ComprehensiveUtilizationofCoal-refuseandFly-ashinShanxiProvinceDuring"12thFive-yearPlan"

ZhengZhong-nan

Introduces the resource of coal-refuse and fly-ash in Shanxi province, proposes the targeted program about utilization path of coal-refuse and fly-ash. Such as coal-refuse can be used as fuel of CFB, coal-refuse brick, etc.,fly-ash can be used as roadbed fill, production of cement, high performance concrete, wall materials, extraction of Silicon aluminum alloy, aerated concrete, sintered ceramic grain and the production of fiber pulp. The text made some comments and suggestions to do the work of the comprehensive utilization of resources well during "12th Five-year Plan".

Coal-refuse；Fly-ash；Comprehensive utilization；Investigate

郑中南 男 1984年出生 2006年毕业于中国矿业学院 助理工程师 太原 030001

TD849

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1672-0652(2010)08-0046-04

2010-07-14