煤矸石综合利用途径

矿山资源综合利用（五）煤矸石提取化工产品2019年8月17日5时54分矿山资源综合利用煤矸石的组成矿物组成：粘土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石）、石英、方解石、黄铁矿。化学组成：氧化物SiO2+Al2O3占60～90％。SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3Na2O+K2O烧失量51～6516～361～71～42～91～2.52～17煤矸石的化学成分煤矸石发热量一般为800～1500卡/克,其无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。矿山资源综合利用（五）煤矸石提取化工产品煤矸石中可利用的矿物元素主要是SO3、Al2O3、FeS2和Mn、P、K等。Al2O335%的高铝煤矸石可用来制炼钢高效脱氮剂硅铝铁合金、水玻璃、氢氧化铝、碱式氯化铝净水剂、制造硫酸铝和铵明矾的烧结料等。另外含FeS2较高的煤矸石氧化产生的SOx是污染环境的罪魁祸首，而硫又是重要的化工原料，从煤矸石中回收硫铁矿（如抽提硫酸）具有较高的生态效益和经济效益。2019年8月17日5时54分矿山资源综合利用煤矸石提取氧化铝工艺设计煤矸石粉碎硫酸浸出过滤除渣滤液中和硫酸溶液残渣中和搅拌槽（NH4）2SO4NH3Al（OH）3盐析过滤洗涤脱水滤液烘干活化炉焙烧Al2O3Al(OH）3硫酸铝溶液矿山资源综合利用选择这个设计方案的理由I.国内氧化铝工业并不理想，采用煤矸石作为原料提取氧化铝，即解决了煤矸石的大量堆积，同时也能解决一部分氧化铝的需求量，一举两得。II.经济角度考虑，从煤矸石中提取氧化铝可以大大提高煤矸石的附加值，实现变废为宝。矿山资源综合利用（六）煤矸石复垦绿化对于不好处理或处理价值较低的，可以考虑充填塌陷区或填埋造地，其方法是：在造地的片区上先将熟化表土转移，然后垫铺岩石及自燃矸石至一定厚度，碾压整平再将熟化土覆盖，如此分片区逐年扩展，可造就大面积平地和台阶地，同时结合土壤改良，再造优质农田。2019年8月17日5时54分矿山资源综合利用一，石山绿化的目标煤矸石山实际上是人造“石质荒漠”，无土、缺水、干热、强酸、有毒，缺少植物种子和残根，不具备植物生存和更新条件。从植被自然演替规律看，石质荒漠区的植被形成，必须经过石质风化——低等植物侵占——高等植物衍生等各个演进阶段，需要50年至100年的时间。煤矸石山绿化的目标就是建立稳定、高效的煤矸石山人工植被生态系统。矿山资源综合利用二、煤矸石山绿化的作用其主要作用有：（1）利用物理、化学方法改善煤矸石山的立地条件，利于煤矸石山植被的生长，加快煤矸石山植被的演替进程。（2）通过煤矸石山的植被恢复，改善煤矸石山的环境条件和美化景观，利用植被覆盖，减缓地表径流、拦截泥沙、调蓄土壤水分、减少风蚀和粉尘污染。（3）通过煤矸石山的植被恢复，降低煤矸石山的温度，减弱煤矸石山内部氧气的含量和流动性，防止煤矸石山自燃，减少煤矸石山自燃对矿区环境的危害。（4）利用植物的有机残体和根系的穿透力以及分泌物的物理、化学作用，改变扰动区下面的物质循环和能量流动方式，促进煤矸石山的成土过程，增进生态环境的生物多样性。（5）利用植物群落根系错落交叉的整体网络结构，增加下垫面的稳固性和抗蚀、抗冲能力，保障煤矸石山的工程建设顺利进行以及工程结束后退化生态系统的恢复与重建，形成稳定良好的生态结构和功能。（6）恢复了煤矸石山压占土地的使用价值，并通过植被的建立实现一定的经济价值。（7）通过煤矸石山植被恢复，调节区域气候、制造氧气、美化环境，取得显著的环境效益和社会效益。矿山资源综合利用三，煤矸石山绿化的技术模式和程序1煤矸石山绿化技术模式目前主要集中在单项技术措施（立地条件分析、植物种类的选择、整地及基质改良技术、幼林的成活或生长状况中的某一项或几项）的研究上，缺乏科学有效的植被恢复与生态重建技术模式。以恢复生态学原理为基本的理论基础，以森林培育学为基本的理论和技术框架，基于我国煤矸石山植被恢复的实践经验和在山西某矿煤矸石山造林绿化的成功案例。中国矿业大学（北京）土地复垦与生态重建研究所提出了煤矸石山植被恢复与生态重建技术模式矿山资源综合利用图：煤矸石山植被恢复与重建技术模式体系框图矿山资源综合利用2、煤矸石山绿化程序“3段9步”图：煤矸石山植被恢复实施工程程序矿山资源综合利用四，煤矸石山立地条件改良1、煤矸石山立地条件分析与评价立地条件是指与植物生长发育有关的所有环境因子的总称，简称立地，生态学称之为生态环境条件或生境条件，煤矸石山立地条件可理解为：在煤矸石山植被恢复与重建时，与植被生长和发育有关的所有环境因子的综合。矿山资源综合利用煤矸石山立地条件改良（一）煤矸石山的地形及风化层锥形、斜坡的坡度为矸石的自然安息角(36°左右)（二）煤矸石山的水分特点矸石风化物仍具有一定的蓄水孔隙，可为植物提供一定数量的有效水，能在一定程度上满足植物对水、气的需求，因此矸石风化物可作为植物生长的介质。（三）煤矸石山立地条件的主导因子分析煤矸石山生态重建面临的主要环境问题突出表现在以下几方面：（1）地表组成物质由煤矸石及岩石组成，无土壤可言，有机质含量少，物理结构极差，尤其是保水、持水、保肥能力差。（2）存在限制植物生长的物质，包括pH值、重金属及其它有毒物质等。（3）缺乏营养元素，尤其缺乏植物生长必需的氮和磷。（4）土壤生物缺乏，尤其缺乏对植物生长有利的生物，如蚯蚓、线虫及微生物等。矿山资源综合利用二、煤矸石山的整地（一）煤矸石山整形整地的目的和作用煤矸石山整形整地的主要目的和作用在于：（1）减缓坡度，减少粒度，改善地表组成物质的粒径级配；（2）改善孔隙状况，增加毛管孔隙度，提高土壤的持水、供水能力；（3）改善局部土壤的养分和水分状况，增加土壤含水量；（4）稳定地表结构，减少水土流失和控制土壤侵蚀；（5）便于植被恢复施工，提高造林质量；（6）增加栽植区土层的厚度，提高栽植成活率和保存率，促进植物生长。矿山资源综合利用二、煤矸石山的整地（一）煤矸石山整形整地的目的和要求对煤矸石山进行整形，既要考虑栽植工程的实施，也要考虑景观优美，在整形设计时一般有以下要求：（1）建立一条环山道路直达山顶，便于运料和整地施工以及游人登顶。（2）对山顶进行平整以建立亭台和休闲活动场所。（3）结合景观设计和整地种植，采取平缓陡坡、修建梯田等方法重塑地貌景观。（4）在煤矸石山的一些适宜位置建立错落有致的石阶供游人登山。（5）建立排水系统，由于煤矸石山高度比较大，坡度较陡，表面覆土后很容易发生表面侵蚀，产生水土流失，因此煤矸石山整形的同时应设计完善的排水系统。矿山资源综合利用（二）煤矸石山整地的方法与技术规格1．整地的方式方法整地的方式有全面整地（翻垦全部土壤）和局部整地（翻垦局部土壤）两种。矿山资源综合利用（二）煤矸石山整地的方法与技术规格2．整地的技术规格整地的技术规格包括整地深度、宽度、断面形式和覆土的厚度等。①煤矸石山的整地深度因植被不同而异，一般情况下，各种植被所需整地深度的低限值是：草本植物为15cm，低矮灌木为30cm，高大灌木为45cm，低矮乔木为60cm，高大的乔木为90cm。②整地宽度的基本原则是，在自然条件和经济条件许可的前提下最大限度地改善立地条件，控制水土流失。煤矸石山的坡度一般较大，整地宽度不宜过大，以免加剧水土流失。若采用反坡梯田整地的方法，在坡度分别为20°、30°、40°时，其整地宽度依次为1.5m、1.0m、0.8m为宜。③断面形式是指整地后的土面与原坡面所构成的断面形式。④综合解决煤矸石山限制性因子的最好最快的方法是在煤矸石山上覆盖物料。矿山资源综合利用五、煤矸石山的基质改良煤矸石山基质改良的目的是解决其土壤的熟化和培肥问题，提高土壤肥力，真正为植物生长创造条件。（一）改良物质1．化学改良物质①碳酸氢盐和石灰等②化学肥料矿山资源综合利用2．生物改良物质生物改良是利用对极端生境条件具有耐性的固氮植物、绿肥作物、固氮微生物、菌根真菌改善矿区废弃地的理化性质。矿山资源综合利用（二）改良措施1．生物改良法①微生物法：微生物法是利用菌肥或生物活化剂改善土壤理化性质和植物生长条件。②绿肥法：利用绿肥植物（多为豆科植物）耐酸碱、生命力旺盛的特点，将其作为煤矸石山植被恢复的先锋植物。③生物固氮：将具有固氮能力的植物如桤木、槐树、红三页草等，种植在煤矸石山上，以吸收氮元素，在植物体腐败后，将氮元素释放到土壤中，达到改良土壤的目的。生物固氮可很好地替代化肥和有机肥。2．客土法客土法就是将外来的土壤覆盖到煤矸石山的表面，以增加土层厚度，迅速有效的调整煤矸石山粒径结构，达到改良质地、提高肥力的目的。3．灌溉与施肥矿山资源综合利用六，煤矸石山植物栽植一、煤矸石山绿化植物种类的选择（一）煤矸石山植物选择的基本原则1．适地适植物（或适地适树）原则①选树（植物）适地，即选择适宜的植物种类。②改地适树（植物），主要通过人为活动改善立地条件（尤其是限制因子）。2．优先选择乡土树种的原则3．水土保持与土壤快速改良原则①抗干旱和耐贫瘠的肥料树种。②优先选择优良的灌木树种。4．植被效益最优原则5．乔、灌、草相结合的原则矿山资源综合利用六，煤矸石山植物栽植（二）煤矸石山绿化的适宜植物种类煤矸石山适宜的先锋植物种类应满足以下基本要求：（1）较高的逆境胁迫忍耐力与抵抗力（主要是抗旱、耐贫瘠、pH值幅度的极度适应等）；（2）生长迅速，具有较强的土壤改良功能；（3）具有较强的抗污染、水土保持、绿化美化和经济功能。矿山资源综合利用二、煤矸石山的绿化栽植栽植是农林园艺栽种植株的一种作业，但一般常狭义地理解为“种植”。广义的“栽植”应包括起(掘)苗、搬运、种植三个基本环节。每一个环节都要加强对树木的保护，否则都会影响树木的栽植成活率。矿山资源综合利用二、煤矸石山的绿化栽植（一）煤矸石山适宜的造林方法与栽植季节一般按造林所用的植物材料分为播种造林、分殖造林和植苗造林三种方法：（1）播种造林符合植物繁殖的自然规律，自然界大部分植物的更新都是由种子萌发完成的，所以，播种造林是对自然规律的模仿。（2）分殖造林是以植物的营养器官（枝、干、根等）作为造林材料直接栽植。（3）植苗造林是用已经形成根系和茎、干的苗木作为材料。煤矸石山立地条件以干旱、缺水、贫瘠为突出的生态环境特征，一般情况下，不适宜采用分殖造林方法，播种造林除草本植物与部分灌木植物外，也不适宜采用，所以，对木本植物而言，植苗造林是煤矸石山植被恢复采用的主要方法。矿山资源综合利用（二）煤矸石山绿化栽植技术煤矸石山植被恢复技术按对其立地改良的程度和整地方式，可分为覆土和无覆土两大类。1．煤矸石山覆土栽植技术2．煤矸石山无覆土栽植技术（新汶矿业集团公司的华丰煤矿）3．煤矸石山污泥覆盖技术（阳泉矿区）矿山资源综合利用（三）煤矸石山绿化的抗旱栽植技术1．选用良种壮苗对壮苗的选择标准是：①根系发达,具有较多的侧根与须根,主根短而直；②苗木粗壮而挺直，有与苗木地径相称的高度，上下均匀，充分木质化，枝叶繁茂，色泽正常；③苗木的种量大而且茎根比值（地上部分与地下部分的比值）较小；④无病虫害与机械损伤；⑤具有饱满与健壮的顶芽（针叶树）或侧芽（阔叶树）、生长势较强。2．苗木保护与保水技术①“五不离水”。起苗前浇水，运输时洒水，假植时浇水，栽植时蘸水或浸水，栽植后浇透水。②保水剂技术。③地膜覆盖技术。④生根粉应用技术。矿山资源综合利用3．栽植方法与技术要点①栽植方法树木的栽植方法一般可分为裸根栽植和带土球栽植两种。其中的带土球栽植，根据容器的有无还可以分为带土坨栽植和容器育苗栽植两种。②挖穴（刨坑）图4-3树与穴的关系示意图（a）正确（树穴上下一致，树木根系舒展）（b）不正确（树穴呈锅底状，根系卷曲）矿山资源综合利用③裸根苗栽植技术（“三埋、两踩、一提苗”）④容器育苗造林技术⑤菌根菌育苗造林技术⑥秸秆及地膜覆盖造林技术抚育管理是植物栽培工作中非常重要的技术环节，俗语有“三分栽植、七分管理”之说（施肥、灌溉、平茬、修枝以及防止人畜对植被的破坏）。矿山资源综合利用采用煤矸石不出井的采煤生产工艺，填充采空区，减少矸石排放量和地表下沉量，采用煤矸石充填废