田 莉,于曉萌,秦 津

(1.冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司,河北 邯鄲 056107;2.河北環(huán)境工程學(xué)院,河北 秦皇島 066102)

煤矸石是在成煤過(guò)程伴煤而生的一種廢棄巖石,屬于煤炭的一種共伴生礦物,在煤炭開(kāi)采和洗選加工過(guò)程中成為了一種工業(yè)固體廢棄物。 我國(guó)是全球煤炭開(kāi)采量最大的國(guó)家。 相關(guān)數(shù)據(jù)表明,煤矸石的產(chǎn)量約占煤炭產(chǎn)量的10%,我國(guó)當(dāng)前煤矸石的總積累量已達(dá)70 多億t,且積累數(shù)逐年遞增,成為我國(guó)積存量和年增量最大、占用場(chǎng)地最多的工業(yè)廢棄物。 煤矸石作為一種固體廢棄物,存在著占用土地面積大、浪費(fèi)土地資源,釋放有毒氣體、危害環(huán)境,有害礦物質(zhì)、重金屬污染水土等問(wèn)題[1]。 在我國(guó)煤矸石積累量大,價(jià)格低廉,對(duì)煤矸石的綜合利用成為了研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn),也是走資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)道路的必然選擇,符合新時(shí)代習(xí)近平生態(tài)文明思想的理念,是形勢(shì)所需。 筆者對(duì)近年來(lái)煤矸石的綜合利用方式進(jìn)行綜合分析,以使煤矸石資源得到更好的利用。

1 煤矸石在材料方面的利用

1.1 用于制備復(fù)合光催化劑

天然煤矸石經(jīng)酸或堿深度改性后,其吸附性能得到顯著改善,物化性質(zhì)與活性炭及碳納米管相似,改性煤矸石具有比表面積大、多微孔、吸附性良好的特點(diǎn),可用作吸附載體。 目前已經(jīng)有研究報(bào)道煤矸石經(jīng)改性后作為載體與TiO2、CdS、鉍基碘氧化物、α-Fe2O3等制備復(fù)合光催化劑,用于將有機(jī)污染物降解為無(wú)機(jī)小分子,廣泛用于生產(chǎn)防腐劑、染料、除草劑和殺蟲(chóng)劑,使煤矸石資源得到更廣泛的利用[2]。

1.2 用于制取化工產(chǎn)品

1.2.1 制備塑料和橡膠等化工產(chǎn)品

在塑料和橡膠等材料制備過(guò)程中,可加入填充劑來(lái)降低生產(chǎn)成本或提高某些性能。 煤矸石可用作填充劑,一方面由于其具有價(jià)格低廉、易加工、相對(duì)密度小等特性,通過(guò)使用表面活性劑或偶聯(lián)劑對(duì)煤矸石進(jìn)行改性,增加煤矸石與塑料和橡膠的相容性;另一方面,煤矸石中的某些化學(xué)成分可以提高塑料和橡膠的某些性能,例如,煤矸石中的SiO2在橡膠中可起增強(qiáng)、補(bǔ)強(qiáng)作用,代替黏土、白炭黑;Al2O3在橡膠中可起增量作用,代替特種碳酸鈣;CaO 可起增量補(bǔ)強(qiáng)作用,代替輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣、特種碳酸鈣;SO3可起硫化劑作用,代替加硫;炭可起炭黑作用。 另外,在塑料制品中,煤矸石粉用作填充劑可提高玻璃化溫度,提高拉伸強(qiáng)度、剛性、絕緣強(qiáng)度等,目前在PVC 高壓電纜、農(nóng)膜等塑料中已有了較好利用[3]。

1.2.2 制備鋁系化工產(chǎn)品

煤矸石可通過(guò)酸溶和堿溶兩種方式制備鋁系化工產(chǎn)品,主要制備的鋁系化工產(chǎn)品有Al2O3、Al(OH)3、結(jié)晶氯化鋁和聚合氯化鋁等。 煤矸石制備Al2O3通常經(jīng)過(guò)硫酸或者鹽酸酸浸之后得到相應(yīng)的鹽溶液, 經(jīng)過(guò)濾堿化分離雜質(zhì)得到Al(OH)3沉淀或氯化鋁結(jié)晶,經(jīng)煅燒得到Al2O3;煤矸石制備Al(OH)3的常用途徑有兩種:一種是通過(guò)鹽酸酸溶形成氯酸鋁溶液后加入堿液形成Al(OH)3沉淀,另一種是通過(guò)堿溶生成NaAlO2后碳化分離形成Al(OH)3沉淀[4];煤矸石制備結(jié)晶氯化鋁及聚合氯化鋁的主要方式是通過(guò)鹽酸酸化,經(jīng)過(guò)濾分離后部分母液濃縮得到結(jié)晶氯化鋁,部分母液經(jīng)熱解或堿化中和得到聚合氯化鋁。 不同的堿化劑、酸浸條件及烘培條件都可以影響產(chǎn)品的鹽基度;煤矸石經(jīng)粉碎煅燒后,經(jīng)硫酸酸化,對(duì)濾液進(jìn)行技術(shù)處理可得聚合硫酸鋁;除上述鋁系化工產(chǎn)品外,還可以用來(lái)制備氧化鋁、抗胃酸藥品等[5]。

1.2.3 制備硅系產(chǎn)品

煤矸石在制備氯化鋁的過(guò)程中,將濾渣中的SiO2與NaOH 在高溫條件下反應(yīng),經(jīng)沉淀、過(guò)濾、濃縮后就得到水玻璃。 煤矸石在制備AlCl3的過(guò)程中,將濾渣中的SiO2加入改性劑反應(yīng),經(jīng)脫水烘干后,可粉碎得到成品白炭黑。 含有不同功能團(tuán)的有機(jī)化合物作為改性劑的加入,可以使得SiO2和高分子有機(jī)物之間形成一種分子橋,使白炭黑更好地用于生產(chǎn)橡膠的增強(qiáng)劑和塑料的填充劑。 煤矸石在制備AlCl3的過(guò)程中,將濾渣中的SiO2處理得到Na2SiO3經(jīng)酸化后聚合得到聚硅酸,聚硅酸和AlCl3復(fù)合得到聚氯硅酸鋁產(chǎn)品[6]。

1.2.4 制備分子篩

4A 分子篩是具有均勻空隙的立方晶型硅鋁酸鹽,骨架上具有均勻的孔徑,可以對(duì)水等極性溶劑進(jìn)行吸附;同時(shí),還可以利用其靜電場(chǎng)作用吸附氣體和液體分子等,廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境保護(hù)、石油化工等領(lǐng)域。

由于煤矸石中化學(xué)成分含量具有很大的差別,煤矸石用于制備4A 分子篩的方法也不盡相同。 對(duì)于高嶺石為主要成分的煤矸石經(jīng)破碎成顆粒后可煅燒活化、晶化處理后得到分子篩;而對(duì)于含鐵量較高的煤矸石,必須經(jīng)過(guò)除鐵以便得到白度較高的煤矸石。 不同配比的導(dǎo)向劑可以用來(lái)控制粒徑。 原料經(jīng)堿化或活化后加入導(dǎo)向劑,再加入水溶劑以控制硅鋁比。 常用的除鐵方法有氯化銨法和濕法鹽酸法。 導(dǎo)向劑的配比、烘培的時(shí)間和溫度、晶化的時(shí)間和溫度、堿液的濃度等都會(huì)影響煤矸石的純度和白度,可作為今后研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。 除4A 分子篩外,煤矸石還可以制備N(xiāo)aA 和NaX 型分子篩、13X 型分子篩-活性炭復(fù)合材料CHA 分子篩、PAFS 與P 型分子篩等[7]。

1.3 回收有用礦物

1.3.1 回收黃鐵礦

黃鐵礦的分選方法可根據(jù)礦石賦存狀態(tài)、含硫品位、嵌布特征等進(jìn)行分選,常用的分選方法有跳汰、搖床、水介旋流器、重介旋流器、螺旋溜槽等。 在使用跳汰或者搖床粗選后,常對(duì)浮選條件進(jìn)行試驗(yàn),以便適應(yīng)后續(xù)浮選。 合適的磨礦細(xì)度會(huì)使單體解離程度最適宜后續(xù)的礦物浮選;常在浮選過(guò)程中加入活化劑,如硫酸銅等,以溶解黃鐵礦表面的氫氧化鐵薄膜,加入捕收劑,如丁黃藥,以增強(qiáng)礦物表面的疏水性,加入2#油即松醇油來(lái)降低泡壁間水層流動(dòng)及蒸發(fā)速度,利于氣泡穩(wěn)定,加入硫酸來(lái)調(diào)節(jié)pH 值,創(chuàng)造酸性環(huán)境[8]。 多種方法結(jié)合使用,會(huì)提高選礦的效率和成本,提高黃鐵礦精礦的回收率。

1.3.2 回收煤炭

煤矸石中有部分煤炭資源,對(duì)煤炭資源的回收一方面可以加大煤矸石的利用,減少煤矸石的自燃;另一方面,回收的煤炭資源可以用來(lái)進(jìn)行燃燒和發(fā)電等,加大經(jīng)濟(jì)效益。 國(guó)內(nèi)外從矸石中回收煤炭的方法之一是建立簡(jiǎn)易選煤廠(chǎng),采用洗選法將煤炭資源回收。 洗選法主要有水力旋流器分選和重力介質(zhì)分選兩種方法[9]。 李培新等[10]還報(bào)道了一種新型的二次揀選系統(tǒng),具有較好的煤炭回收率和經(jīng)濟(jì)效益。 從煤矸石中再洗煤成分約為35%～45%,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3.3 回收硅鋁系合金

1.3.3.1 回收硅鋁鐵合金

硅鋁鐵合金可作為工業(yè)煉鋼的脫氧劑或發(fā)熱劑。 工業(yè)生產(chǎn)冶煉硅鋁鐵合金時(shí),常使用鋁礬土作原料。 煤矸石中含有大量活性的硅、鋁成分,故可以替代部分鋁礬土作為冶煉硅鋁鐵合金的原料。 在使用煤矸石冶煉硅鋁鐵合金時(shí),要求煤矸石中Al2O3含量大于30%。 經(jīng)配料、粉碎、混捏成型、烘干、冶煉等工序進(jìn)行冶煉[11]。

1.3.3.2 回收硅鋁鈦合金

對(duì)于鐵含量低于0.6%的煤矸石可以用煤矸石冶煉硅鋁鐵合金的工藝流程生產(chǎn)硅鋁鈦合金。用于冶煉硅鋁鈦合金的煤矸石要求TiO2的含量在0.5%～1.5%。 煤矸石用于冶煉硅鋁鈦合金可以替代高成本的鈦合金,有利于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

1.3.3.3 回收硫精礦

當(dāng)煤矸石中全硫含量達(dá)6%時(shí),可以使用全重介脫硫精選工藝提取硫精礦。 南桐礦務(wù)局選用選硫車(chē)間回收精硫礦,同時(shí)副產(chǎn)發(fā)電,為重慶地區(qū)的化肥和化學(xué)工業(yè)作出了巨大貢獻(xiàn)[12]。

2 煤矸石在建筑方面的應(yīng)用

2.1 用于制備混凝土骨料和陶瓷

混凝土是常見(jiàn)的建筑材料,大體由水泥、骨料(砂、石子等)、水組成,此外常加入一些外加劑和摻合材料。 混凝土中骨料占比約為70%～80%,其全球年消耗量已近175 億t,而骨料年消耗量已超過(guò)130 億t。 煤矸石經(jīng)處理加工后可制備骨料使用,從而緩解骨料資源緊張的局勢(shì)。 煤矸石用于制備混凝土骨架目前主要有直接破碎、篩分用和燒制輕骨料陶粒兩種方式。 直接破碎作混凝土骨料具有耗能低、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),煤矸石陶粒具有保溫、隔音、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)。 煤矸石還可以當(dāng)作原料制備輕集料混凝土,用煤矸石制備輕集料時(shí),煤矸石內(nèi)的碳含量和化學(xué)成分以及工藝參數(shù)會(huì)影響煅燒的膨脹度,為防止生產(chǎn)的輕集料變脆、強(qiáng)度過(guò)低,可選用碳含量不超過(guò)4%的煤矸石或者加入適量碳含量較低的煤矸石,對(duì)于碳含量較高的煤矸石,可采用脫碳或者選除的處理方法。 煤矸石混凝土的耐用性能是當(dāng)前的研究重點(diǎn)與熱點(diǎn),李永靖等[13]研究發(fā)現(xiàn)煅燒溫度、煤矸石質(zhì)量取代、粉煤灰質(zhì)量取代、水灰比因素對(duì)煤矸石混凝土的抗壓強(qiáng)度、干縮變形、徐變變形等性能均有一定的影響;大量文獻(xiàn)表明,溫度不同對(duì)煤矸石混凝土的活性具有很大的影響,雖然不同地區(qū)煤矸石的結(jié)晶度以及礦物成分差異會(huì)導(dǎo)致不同地方煤矸石混凝土的最佳煅燒溫度不同,但最佳溫度大致為500～900 ℃之間;煤矸石破碎研磨的粒徑或比表面積研磨時(shí)間以及摻拌料種類(lèi)等因素對(duì)煤矸石混凝土的活性也具有很大的影響[14];劉小婷等[15]對(duì)原狀煤矸石骨料強(qiáng)化工藝進(jìn)行研究,通過(guò)對(duì)不同液體強(qiáng)化劑、固體包覆粉體等因素進(jìn)行篩選,發(fā)現(xiàn)經(jīng)液體強(qiáng)化、固體尾礦包覆處理后的煤矸石用作集料、水泥砂漿的強(qiáng)度高于原狀煤矸石水泥砂漿的強(qiáng)度。 煤矸石骨料制備條件的篩選可作為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

2.2 用于制備水泥

2.2.1 用于制備水泥熟料

砂巖質(zhì)的煤矸石可以代替黏土用于制備水泥熟料。 將原材料破碎后加入鋁鐵質(zhì)矯正原料,經(jīng)原料磨入泥漿庫(kù)過(guò)攪拌池,燒至部分熔融,就得到水泥熟料。 用煤矸石制備水泥熟料可以利用煤矸石的熱值特性代替燃料,還具有可以節(jié)省粘土、鐵礦資源等優(yōu)點(diǎn)[16]。

2.2.2 用于制備水泥混合材料

在水泥生產(chǎn)過(guò)程中,為改善水泥性能、調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號(hào)而加到水泥中的礦物質(zhì)材料,稱(chēng)之為水泥混合材料。 煤矸石原料經(jīng)活化處理后產(chǎn)生活性氧化鋁和氧化硅,可用作水泥活性混合材料。 煤矸石經(jīng)破碎后進(jìn)行碳預(yù)選,然后經(jīng)不同活化方式后進(jìn)入活化矸石庫(kù)用于水泥混合材料的生產(chǎn)。 目前主要的活化方式有三種:第一種常見(jiàn)熱激活即煅燒未自燃的煤矸石以去除碳,并使高嶺土組分分解成偏高嶺石和無(wú)定形的SiO2及Al2O3活性成分;第二種活化方式為物理激活,即通過(guò)研磨粉碎等方式使煤矸石的表面積變大,同時(shí)可以填充水泥顆粒的空隙,以加大活性;第三種活化方式為化學(xué)激活,引入化學(xué)激發(fā)劑激發(fā)煤矸石的潛在活性,使水泥水化后的二次反應(yīng)加速[17]。

2.2.3 用于制備特種水泥

煤矸石還能用于生產(chǎn)無(wú)熟料(少熟料)水泥、硫鋁酸鹽水泥、膨脹硅酸鹽水泥等特種水泥。 以煅燒煤矸石為主要原料,摻入少量石灰石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料,摻入少量熟料作激發(fā)劑制備煤矸石無(wú)熟料水泥;以煤矸石為主要原料,用熟料代替石灰作為主要原料之一制備少熟料水泥;煤矸石制備鋁酸鹽水泥貝利特-硫鋁酸鈣、貝利特-硫鋁酸鋇鈣、阿利特-硫鋁酸鈣和阿利特-硫鋁酸鋇鈣等多種特種水泥均有文獻(xiàn)報(bào)道[18]。

2.3 用于制備磚等新型墻體材料、保溫材料等建筑用材料

新型墻體材料是指除實(shí)心粘土磚以外的所有建筑墻體材料。 煤矸石燒結(jié)多孔磚是以煤矸石為主要原料,以煤矸石的可燃物為自燃熱源,經(jīng)原料粉碎、成型、干燥和焙燒等工序加工而成的一種性能優(yōu)異的新型墻體材料。 煤矸石成分和黏土相似,利用這一特性可代替黏土制備各種磚類(lèi)產(chǎn)品,也是煤矸石資源利用的主要途徑。

煤矸石用于制備燒結(jié)磚的可行性分析已經(jīng)有了大量文獻(xiàn)報(bào)道,郭敬等[19]利用尾煤泥和煤矸石為原料,對(duì)尾煤泥制燒結(jié)磚的技術(shù)特征、燒結(jié)工藝、生產(chǎn)環(huán)境條件、性能指標(biāo)等進(jìn)行了分析和實(shí)驗(yàn)研究,證明了煤矸石用于制備燒結(jié)磚的可行性;滕俊雨等[20]對(duì)煤矸石燒結(jié)磚生產(chǎn)中隧道窯煙氣污染治理技術(shù)進(jìn)行了研究,對(duì)“石灰石焙燒初步除硫 + 濕式堿法脫硫 + 濕式靜電除塵”三級(jí)處理工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 煤矸石用于免燒結(jié)制磚技術(shù)及原理也已經(jīng)有文獻(xiàn)報(bào)道,吳紅等[21]對(duì)活化煤矸石免燒磚的制備及機(jī)理進(jìn)行分析,對(duì)活化煤矸石制備免燒磚確定較經(jīng)濟(jì)合理的配比方案,即活化煤矸石66%,礦渣8%,水泥10%,外加劑2%,沙子14%,同時(shí)對(duì)活化煤矸石制備免燒磚的最佳制備工藝參數(shù)如煤矸石顆粒細(xì)度、物料含水率、養(yǎng)護(hù)溫度及時(shí)間進(jìn)行了研究;張淑坤等[22]對(duì)煤矸石研制免燒路面磚的制備工藝進(jìn)行研究,得出水泥、砂及外加劑材料因素的影響規(guī)律以及免燒磚微觀形貌特性。 工藝技術(shù)、養(yǎng)護(hù)制度、激發(fā)劑等對(duì)煤矸石制備免燒磚的影響均有文獻(xiàn)報(bào)道。 煤矸石用于墻體材料需要考慮到含碳量、礦物組成、A12O3含量、Al2O3與SiO2比值等參數(shù)。 煤矸石制備墻體材料的發(fā)展方向是高孔洞率、高摻渣量、髙強(qiáng)度和高保溫性能。 煤矸石制備出的輕集料加入水泥、外加劑和水等原料,攪拌成型可制備煤矸石空心磚,是一種質(zhì)輕、高強(qiáng)、成本低的新型墻體材料。

煤矸石無(wú)機(jī)纖維防火保溫材料、煤矸石保溫鋼筋混凝土、煤矸石外墻保溫材料、煤矸石閉孔發(fā)泡陶瓷、煤矸石輕質(zhì)保溫砌磚等多種形式的保溫材料已經(jīng)投入生產(chǎn)使用。

煤矸石還可以和礦渣或高爐渣等制備礦渣微晶玻璃;煤矸石可通過(guò)碳熱還原氮化法去除有機(jī)質(zhì)后,加以一定量的炭黑合成β-Sialon 陶瓷材料[23]。

3 煤矸石在能源方面的利用

煤矸石在能源方面的利用主要體現(xiàn)在其燃料方面的應(yīng)用。 煤矸石的發(fā)熱量一般為3 346 ～6 273 J/g(800～1 500 cal/g),可替代部分煤作為燃料來(lái)制備燃?xì)饣虬l(fā)電。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 我國(guó)煤炭企業(yè)目前有煤矸石電廠(chǎng)120 余座, 裝機(jī)容量184 萬(wàn)kW,年發(fā)電量87 億kW·h。 煤矸石電廠(chǎng)常見(jiàn)的鍋爐有鼓泡流化床鍋爐、沸騰床鍋爐和循環(huán)流化常鍋爐等。 如何實(shí)現(xiàn)發(fā)電電機(jī)節(jié)能和低排放是未來(lái)煤矸石發(fā)電的研究方向和重點(diǎn)。 煤矸石發(fā)電,不但能減少污染,節(jié)約能源,還可以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 未來(lái)煤矸石電廠(chǎng)可以對(duì)如何發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè),實(shí)現(xiàn)資源最大化作合理規(guī)劃[24]。

4 煤矸石在農(nóng)業(yè)方面的利用

4.1 改良土壤

煤矸石可以作為土壤的改良劑經(jīng)過(guò)粉碎配入有機(jī)肥料施于農(nóng)田中進(jìn)行翻耕,使一些農(nóng)作物增產(chǎn)。 綜合文獻(xiàn)總結(jié)出煤矸石對(duì)土壤活性的改性作用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:第一,煤矸石中具有可以改良土壤活性的成分,如鉀、鐵、硅、錳等元素,這些元素在土壤中被植物吸收,可以起到促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用;第二,煤矸石中含有硫元素,可以提高土壤酸性,土壤酸性增加會(huì)抑制水合鐵離子、水合鋁離子的水解,會(huì)有更多的水分被鋁離子和鐵離子吸附,從而降低水分的蒸發(fā)作用;第三,煤矸石中的有機(jī)成分和一些礦物成分,可以補(bǔ)充因土壤腐蝕導(dǎo)致變小的土壤孔隙度,使土壤的孔隙度變大,使細(xì)菌和氧更好地分解有機(jī)質(zhì),肥化土壤[25]。

4.2 復(fù)墾土地

煤矸石含有豐富的植物生長(zhǎng)所需的微量元素與營(yíng)養(yǎng)成分,其有機(jī)質(zhì)含量一般在 15%～25%,是攜帶固氮、解磷解鉀等微生物的理想基質(zhì),煤矸石可以填充在表面覆土,以增加土地面積,解決土地資源緊缺的問(wèn)題。 煤矸石用于復(fù)墾土地時(shí)要注意兩方面:首先,盡量避免煤矸石中有害元素浸透到土壤中,保持土壤結(jié)構(gòu);其次,建立對(duì)復(fù)墾土地的監(jiān)測(cè)平臺(tái)[26]。

4.3 制備育苗基質(zhì)和培養(yǎng)基

現(xiàn)有的育苗基質(zhì)主要以泥炭為主要成分,而泥炭為不可再生資源,煤矸石具有容量大和蓄熱能力強(qiáng)的特點(diǎn),故可以使用活化后的煤矸石替代部分泥炭作為育苗基質(zhì)。 李娜等[27]研究表明,煤矸石與處理后的玉米秸稈混配制成的基質(zhì)可以代替泥炭作為育苗基質(zhì);邵玉飛[28]對(duì)煤矸石用海藻酸鈉處理后與草炭或者蛭石混配成的基質(zhì)可以作為水稻育苗基質(zhì);煤矸石在沒(méi)有燒盡的情況下,同泥炭蘚和肥料混合,經(jīng)過(guò)適當(dāng)加工可制成良好的無(wú)土培養(yǎng)基,供溫室工作人員和盆栽植物培養(yǎng)者使用。

4.4 制備肥料

4.4.1 制備有機(jī)肥

煤矸石有機(jī)質(zhì)含量在15%～25%,并含有植物生長(zhǎng)所需要的B、Mn、Cu、Co、Zn 等微量元素和N、P、K 等營(yíng)養(yǎng)元素,可以調(diào)節(jié)土壤環(huán)境不平衡狀態(tài),增加有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素含量。 張慶玲[29]利用煤矸石粉碎、篩分到一定粒徑后,與過(guò)磷酸鈣混配,加水活化煤矸石,經(jīng)充分堆漚后制成煤矸石復(fù)合有機(jī)肥可使冬小麥增產(chǎn)13%以上。

4.4.2 制備微生物肥料

煤矸石礦物中含有大量的氮磷鉀元素,但在土壤中未解離而不能被植物吸收。 利用微生物的降解能力,將氮磷鉀元素解離為可被植物吸收的堿解氮、有效磷、速效鉀,是微生物肥料的作用所在。 目前煤矸石制備微生物肥料所用的微生物菌種主要是巨大芽孢桿菌和硅酸鹽細(xì)菌兩種,巨大芽孢桿菌具有解磷功能,硅酸鹽細(xì)菌具有解鉀和一定的固氮功能,將煤矸石與菌液混拌后,在一定的體系條件下,可生產(chǎn)微生物肥料[30]。 細(xì)菌接種量、煤矸石的目數(shù)、體系的溫度、體系的pH 值、培養(yǎng)時(shí)間等因素會(huì)影響肥料中氮磷鉀元素的釋放量,可結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件進(jìn)行綜合考察。 除單一菌種外,還可將兩種菌種聯(lián)合使用,以合適的比例制備微生物肥料。 在煤矸石制備微生物肥料時(shí),還可以加入一定的礦物混拌,如鉀礦、磷礦等富含營(yíng)養(yǎng)元素的礦物。 新型菌種的篩選可以作為煤矸石制備微生物肥料的研發(fā)方向。

5 煤矸石在工程方面的利用

煤矸石的工程利用主要表現(xiàn)在填充功能上,包括直接回填和作為路基材料。

5.1 回填

煤矸石開(kāi)采后,把煤矸石當(dāng)作一種材料加工并且回填到采空區(qū),可以避免采空區(qū)的地表塌陷,還可以對(duì)回填區(qū)進(jìn)行規(guī)劃,進(jìn)行景觀設(shè)計(jì)或建筑設(shè)計(jì)等。 因具有孔隙而穩(wěn)定性較差,故在回填后一般要對(duì)地基進(jìn)行夯實(shí)處理。

5.2 作為路基材料

煤矸石用于道路鋪路已在國(guó)內(nèi)外有了廣泛使用,并取得了較好效果。 煤矸石用于道路基層材料主要有兩個(gè)優(yōu)勢(shì):一是目前對(duì)煤矸石用于路基材料有害成分的限量未有明確法律法規(guī)要求;二是煤矸石用于路基材料時(shí),進(jìn)行簡(jiǎn)單處理即可,對(duì)技術(shù)要求不高,可以消耗大量煤矸石。 煤矸石用于道路鋪路主要有前期測(cè)量、包邊土施工、運(yùn)輸和攤鋪煤矸石、含水量測(cè)控和灑水、碾壓、防水處理、封層這幾大步驟[31]。 除單用作為路基材料外,有研究表明,煤矸石與其他材料如粉煤灰、鋁土礦物等混合使用,可使路基的某些性能如抗壓性等增加。 在施工過(guò)程中,填料的種類(lèi)、施工工藝等均可以影響路基的質(zhì)量,在實(shí)際施工過(guò)程中要綜合考慮選擇合適的填充種類(lèi)和施工工藝。

6 煤矸石在其他方面的利用

除上述用途外,煤矸石還可以用于鑄造造型砂、粉;用酸浸或樹(shù)脂富集酸浸溶液等方法來(lái)提取鎵、鋰、鈧等稀有金屬元素[32];部分企業(yè)還使用煤矸石進(jìn)行造紙,煤矸石經(jīng)高溫熔融后制成超細(xì)無(wú)機(jī)纖維,制備新型紙張[33];利用煤矸石還可以制備增白和超細(xì)高嶺土;另外,煤矸石漿液可用作燃煤煙道氣的脫硫劑,其中的硫鐵礦可處理含Cr(Ⅵ)廢水,活化的煤矸石也可以用來(lái)處理廢水等[34]。