煤矸石资源化综合利用新技术的目　录

第1章 煤矸石与环境

1.1 煤矸石对环境的影响

1.1.1 煤矸石对大气环境的影响

1.1.2 煤矸石对水体环境的影响

1.1.3 煤矸石对土壤环境的影响

1.1.4 煤矸石对地面环境的影响

1.2 煤矸石的环境治理

1.2.1 防止自燃

1.2.2 微生物脱硫

1.2.3 复垦种植

1.2.4 发展养殖业

1.2.5 发展第三产业

参考文献

第2章 煤矸石资源化利用概述

2.1 煤矸石的分类

2.1.1 煤矸石分类的意义

2.1.2 煤矸石分类

2.1.3 煤矸石分类研究现状

2.2 国内外煤矸石资源化利用概况

2.2.1 国外煤矸石资源化利用现状

2.2.2 国内煤矸石资源化利用现状

2.3 我国有关煤矸石资源综合利用的政策法规

2.4 煤矸石资源综合利用的思考和展望

参考文献

第3章 煤矸石的物理化学性质

3.1 煤矸石的产生

3.2 煤矸石的化学组成

3.3 煤矸石的矿物组成

3.4 煤矸石的物理性质

3.4.1 煤矸石的力学性能

3.4.2 密度和堆积密度

3.4.3 吸水率和塑型指数

3.4.4 多孔性

3.4.5 煤矸石的烧结性能

3.5 煤矸石的燃烧特性

参考文献

第4章 煤矸石化学分析

4.1 试剂的配制与标定

4.1.1 普通试剂的配制

4.1.2 标准滴定溶液的配制与标定

4.1.3 标准溶液的配制

4.2 煤矸石成分常量分析

4.2.1 试样溶液的制备（氢氧化钠熔融分解试样）

4.2.2 二氧化硅的测定（氟硅酸钾容量法）

4.2.3 三氧化二铁的测定（EDTA?配位滴定法）

4.2.4 三氧化二铝、二氧化钛的测定（EDTA?苦杏仁 酸置换?铜盐回滴定法）

4.2.5 氧化钙的测定（EDTA?配位滴定法）

4.2.6 氧化镁的测定（EDTA?配位滴定法）

4.2.7 硫酸钡重量法测三氧化硫

4.3 附着水分的测定

4.3.1 测定用器具

4.3.2 测定步骤

4.4 烧失量的测定

4.4.1 测定用器具

4.4.2 测定步骤

4.4.3 测定过程中应注意的事项

4.5 氧化钾和氧化钠的测定（火焰光度计法）

4.5.1 测定方法提要

4.5.2 测定所用试剂

4.5.3 测定步骤

4.6 艾士卡法全硫测定

4.6.1 方法提要

4.6.2 测定所用试剂

4.6.3 测定步骤

4.6.4 其他测定方法

4.7 煤矸石热值的测定

4.7.1 工业分析法测定热值的原理

4.7.2 实验所需设备及用具

4.7.3 水分的测定

4.7.4 灰分的测定（快速灰化法）

4.7.5 挥发分的测定

4.7.6 焦渣特征的鉴定

4.7.7 煤的种类判断

4.7.8 发热量的计算

4.8 CID?ICP?AES法同时测定微量元素

4.8.1 仪器装置及操作条件

4.8.2 实验条件

4.8.3 样品制备

参考文献

第5章 煤矸石活性研究

5.1 煤矸石内部结构与活性的关系

5.1.1 新鲜煤矸石（风化煤矸石）

5.1.2 自燃煤矸石

5.1.3 烧煤矸石

5.2 煤矸石活性激发的途径

5.2.1 机械活化

5.2.2 热活化

5.2.3 微波辐照活化

5.2.4 复合活化

5.3 煤矸石活性试验方法

5.3.1 石灰吸收法

5.3.2 火山灰性试验

5.3.3 强度法

5.3.4 其他方法

5.4 煤矸石的热活化研究

5.4.1 煤矸石的热活化

5.4.2 热活化煤矸石的活性试验

5.4.3 保温时间对煤矸石活性的影响

5.4.4 冷却方式的对煤矸石活性的影响

5.4.5 煤矸石热活化机理分析

5.5煤矸石的机械力活化研究

5.5.1 煤矸石的机械力活化

5.5.2 机械力活化煤矸石的活性

5.5.3 煤矸石机械活化机理分析

参考文献

第6章 煤矸石制备碱胶凝材料

6.1 碱胶凝材料的性能和特点

6.2 碱胶凝材料制备工艺及激发剂类型

6.2.1 制备工艺

6.2.2 激发剂类型

6.3 碱激发煤矸石胶凝材料

6.3.1 碱激发烧煤矸石胶凝材料

6.3.2 碱激发烧煤矸石胶凝材料的微观结构

6.3.3 碱激发烧煤矸石胶凝材料的水化硬化机理

6.3.4 碱激发烧煤矸石胶凝材料的影响因素

参考文献

第7章 煤矸石在水泥中的应用

7.1 煤矸石水泥的经济效益和社会效益

7.2 煤矸石代黏土生产水泥

7.2.1 生产硅酸盐水泥

7.2.2 生产硫铝酸盐水泥

7.2.3 生产氟铝酸盐水泥

7.3 煤矸石作水泥混合材料

7.3.1 生产工艺流程

7.3.2 烧煤矸石作水泥混合材

7.3.3 自燃煤矸石作水泥混合材

7.4 煤矸石生产新型水泥

7.4.1流化床煅烧煤矸石生产水泥

7.4.2低温合成煤矸石水泥

参考文献

第8章 煤矸石在混凝土中的应用

8.1 煤矸石作混凝土掺合料

8.1.1 掺用机理

8.1.2 煤矸石性状对混凝土性能的影响

8.1.3 煤矸石掺合料对混凝土性能的影响

8.2 煤矸石作混凝土集料

8.2.1 自燃煤矸石轻集料

8.2.2 自燃煤矸石骨料混凝土性能

参考文献

第9章 煤矸石在建筑制品中的应用

9.1 煤矸石制砖

9.1.1 煤矸石烧结砖

9.1.2 煤矸石免烧砖

9.1.3 煤矸石劈离砖

9.1.4 煤矸石瓷质砖

9.2 煤矸石砌块

9.2.1 煤矸石混凝土砌块

9.2.2 蒸养煤矸石砌块

9.2.3 煤矸石砌块应用前景

9.3 煤矸石陶粒

9.3.1 工艺流程

9.3.2 原材料

9.3.3 技术要点

参考文献

第10章 煤矸石合成陶瓷

10.1 煤矸石合成堇青石

10.1.1 原料及配比

10.1.2 合成工艺

10.1.3 添加剂对堇青石合成的影响

10.1.4 原料性能对堇青石合成的影响

10.1.5 保温时间对堇青石合成的影响

10.1.6 合成堇青石实例

10.2 煤矸石合成β?SiC

10.2.1 原料及配比

10.2.2 合成流程

10.2.3 煤矸石合成SiC的反应机理

10.3 煤矸石合成Sialon

10.3.1 合成方法

10.3.2 氮化还原法制备Sialon的影响因素

10.3.3 合成实例

10.4 煤矸石制备其他陶瓷

10.4.1 利用高岭石质煤矸石制备莫来石

10.4.2 利用高岭石质、硅质煤矸石合成Si3N4

参考文献

第11章 煤矸石在化学工业中的应用

11.1 煤矸石制分子筛

11.1.1 原材料技术要求及工艺流程

11.1.2 煤矸石的处理

11.1.3 合成及工艺参数

11.2 煤矸石在有机高分子材料中的应用

11.2.1 煤矸石的处理

11.2.2 煤矸石填充橡胶制品

11.2.3 煤矸石填充塑料制品

11.3 煤矸石中提取铝的化合物

11.3.1 提取氧化铝

11.3.2 制备结晶氯化铝

11.3.3 制无机高分子絮凝剂（IPF）

11.3.4 生产硫酸铝

参考文献

第12章 煤矸石在农林业中的应用

12.1 煤矸石充填复垦造田

12.1.1 煤矸石充填复垦材料的基本要求

12.1.2 煤田塌陷区土地复垦的主要复垦模式

12.1.3 煤田塌陷区土地复垦的主要技术措施

12.2 煤矸石山复垦造林

12.2.1 煤矸石的立地条件

12.2.2 煤矸石山复垦的主要技术措施

12.2.3 矸石山复垦造林树种的选择

12.2.4 复垦效益

12.3 煤矸石障蔽改良沙地土壤

12.4 煤矸石生产农肥

12.4.1煤矸石生产有机复合肥料

12.4.2煤矸石微生物肥料

12.4.3煤矸石改良土壤

参考文献

第13章 煤矸石的能源利用

13.1 回收煤炭

13.2 煤矸石发电

13.2.1 燃烧技术

13.2.2 除尘脱硫技术

13.2.3 煤矸石发电工艺

13.3 作为炉窑燃料直接生产水泥

13.4 生产其他燃料

参考文献

第14章 煤矸石作路基材料的利用

14.1 煤矸石作路基材料的可行性

14.1.1 煤矸石理化特性分析

14.1.2 煤矸石自燃的问题

14.1.3 煤矸石淋溶液问题

14.2 煤矸石作公路路基材料

14.2.1 煤矸石技术要求

14.2.2 无机稳定材料的选择与配合比确定

14.2.3 煤矸石路基的施工

14.2.4 煤矸石在道路工程中的应用实例

14.3 煤矸石作铁路路基材料

14.3.1 铁路路基对材料的要求

14.3.2 煤矸石铁路路基施工

14.3.3 煤矸石在铁路工程中的应用实例

14.4 煤矸石作路基材料的经济分析

参考文献

一、自燃煤矸石山治理的现状及研究进展

目前自燃煤矸石山研究与治理取得了许多成果，主要包括两个方面。

1.自燃煤矸石山自燃的机理

人们从17世纪已经开始探索煤自燃发火机理问题，而煤矸石山的自燃发火直到19世纪末期世界各国科学家才开始对其进行研究。随着煤矸石山自燃发火危害的加剧以及人们环保意识的不断提高，20世纪末期和本世纪初，世界各国科学家对煤矸石山自燃发火机理进行了卓有成效的研究。虽然煤矸石中黄铁矿的氧化理论不存在多少争议，但是，对煤矸石自燃前期是怎样开始的，即煤矸石的低温氧化自燃机理是什么，目前还存在许多争议。为此，Anthony和Howard等在煤的挥发分析出方面开展了较为详细而具有开创性的工作；Smith等开展了碳的氧化方面的研究工作；Williams和Annamalai从理论上对非均相反应着火理论进行了研究。人们提出了一系列的论点来解释煤矸石的自燃，归纳起来主要有：黄铁矿氧化学说、煤氧化复合作用自燃学说、细菌作用学说、自由基作用学说和挥发分学说等。

2.煤矸石山自燃防治技术研究

煤矸石山一旦自燃生火，灭火工作十分困难，自燃过程往往要持续几年甚至几十年。目前，虽然有多种灭火方法，但不仅耗资大，而且难以排除复燃的可能性，有的煤矸石山一次又一次地灭火，为此花了好多冤枉钱。因此，控制煤矸石山自燃的最好方法是防患于未然，采用有效的预防措施，消除自燃的隐患，保护矿区的大气环境。西方发达国家对于煤矸石山的防火和灭火工作，主要是从煤矸石的不同堆放方法研究入手来解决矸石山自燃问题。研究表明，煤矸石的自然堆放、压实堆放和分层压实堆放，对煤矸石堆的气流速度有很大的影响。传统的锥型煤矸石山具有最大的侧翼面积，空气容易进入形成热对流循环，在矸石倾倒过程中发生的力度助长了“烟囱效应”。所以，许多国家通过采用分层压实方法堆放煤矸石，控制煤矸石的压实程度，来解决煤矸石山的自燃问题。为了熄灭煤矸石山的燃烧，最根本的途径是隔绝空气的渗入，在煤矸石山燃烧区内注入灭火材料，达到降温、隔氧、固硫的目的，使自燃煤矸石山的燃烧熄灭。国内外对自燃煤矸石山的灭火方法主要有：表面封闭法（覆盖法）、推平压实法、泡沫法、控制燃烧法、喷浆法、灌注法、挖掘熄灭法、深部注浆法等。早在1981年汾西矿务局煤矸石山就开展了灭火工程，当时采用的方法是浇灌石灰浆。石灰浆的浓度较高，浇灌的方法分为人工浇灌与机械浇灌。人工浇灌时，需在火区挖坑开沟，在坑、沟内灌入石灰浆；机械浇灌时则不在火区开沟挖坑，是利用污水泵的压力直接将石灰浆喷洒到火区表面。深部注浆法是目前国内经常使用的一种成本低、效果好的方法。

山西阳煤集团20世纪90年代开展了煤矸石山防火灭火研究与实践，在自燃煤矸石山灭火治理方法方面进行了长期而艰难的探索。在通过多方调研后，先后在一至四矿进行了表面喷浆法、深孔注浆法、覆盖法等灭火试验，在五矿（新矿）进行了分层排矸、覆盖碾压法试验，在四矿进行了填矸造地试验，积累了大量有关自燃煤矸石山灭火与治理的宝贵经验，在防灭火治理中形成了自己的特色。

为了克服单一灭火方法的不足，阳煤集团综合黄土覆盖碾压法与注浆法两种方法的长处，设计了以碾压覆盖为主辅以局部注浆的灭火方案，选择了合适的灭火工艺参数，在二矿和三矿等煤矸石山做了进一步的研究与实践，获得了成功的经验，取得了显著的环境效益、经济效益和社会效益。

同时也认识到不合理的排矸方式是煤矸石自燃的外部原因，为此改变了原有的排矸工艺，由原来“居高临下、自然倾倒、排矸坡面不断延伸”的方式，改变为“由下向上、缩小凌空、分层压实、周边覆盖”的排矸工艺；通过采取新的排矸方式，基本杜绝了新排煤矸石的自燃问题。

二、我国自燃煤矸石山引发的生态灾难

目前，我国煤矸石山，特别是自燃或潜在自燃煤矸石山安全现状不容乐观，煤矸石山的生态、环境和安全问题日益凸现，安全问题时有报道。

2009年9月6日，江苏省徐州市贾汪区徐州旗山矿煤矸石山坍塌，造成两名妇女被埋，当场身亡。

2008年6月5日，四川省攀枝花市仁和区罗家屋基煤矿由于降雨积水冲垮了煤矸石山挡土墙，引起煤矸石下滑，淹没了下方的四间工棚，造成3人死亡，4人受伤。

2007年5月31日，河南义马煤业集团公司跃进煤矿矸石山发生自燃崩塌，造成1死3伤，3名伤者均属重度烧伤。

2007年3月18日，辽宁省葫芦岛市南票区沙金沟村一个堆放煤矸石的大坑突然发生沉陷，正在捡拾煤渣的6人全部遇难。

2006年11月17日，甘肃雷坛河遭煤矸石侵袭，两万人饮用水源受威胁，造成紧张的工农关系。

2006年7月28日，山东枣庄矿务局蒋庄煤矿一座高约50m的煤矸石山突发塌落事故，一辆自卸车被埋，4名司机被烧焦在车内而亡。

2005年10月26日，重庆东林煤矿矸石山突发大面积垮塌，1名学生失踪。

2005年7月3日，山东淄博市博山区夏家庄镇后峪村附近一煤矸石堆发生坍塌，事故造成部分人员受伤，附近部分村民不得不找旅馆暂时安身。

2005年5月15日，平煤集团四矿矸石山先后发生两次自燃崩塌灾害，共造成8人遇难，100多人受伤，其中6人重伤。

2005年3月11日，辽阳灯塔市西马峰煤矿，两名外地来辽打工的妇女被熏倒在煤矸石山上。虽经抢救，但因发现不及时，抢救无效身亡。

2004年6月5日，南桐矿业公司东林煤矿矸石山垮塌引起滑坡，造成新华村14户居民民房被毁，21人死亡，3人受伤。

2004年2月28日，安徽省淮南市新集煤矿矸石山因采用矸石发生塌方，造成9名人员死亡。

2001年5月13日，阳泉一矿正在使用的排矸场上，发生一起煤矸石山爆炸事故，造成1人死亡。

1975年，甘肃上窑塌陷区发生矸石山爆炸事故，蘑菇云高达百米，200m范围内温度达500度，造成20人死亡，40余人重伤，两公里内的树木都被烧焦，12km2的空气环境被严重污染，产生的烟尘数日不散。

阳泉东坪沟煤矸石山自燃后，矸石山下原有的一个山泉积水池失去了饮用价值，其色度改变，生物绝迹，并使得10人患癌症。

辽宁本溪矿区也曾发生因矸石自燃造成人员中毒死亡的事故。

可见，煤矸石山地质灾害和环境污染问题呈现出逐年上升的态势，成为煤矿企业中比较突出的问题。而且煤矸石山地质环境灾害大多与煤矸石自燃有直接的关系，成为当前煤矿安全生产主抓的重点之一。因此，自燃煤矸石山治理已成为当前矿区最为紧迫的课题之一。煤矿企业切实抓好安全生产，特别要做好煤矸石山的安全管理，防止意外事故发生。

三、我国自燃煤矸石山治理与生态重建的迫切性

煤矸石山的治理是一项十分紧迫的利国利民、造福子孙的任务，也是我国煤炭工业持续发展的要求。限于我国国情，煤矸石的利用较低，大多数煤矸石还在堆积，新的矸石山仍不断涌现。煤矸石山自燃后引发一系列的环境、社会问题，严重影响了矿区的发展。因此，煤矸石山，特别是自燃煤矸石山的治理已经刻不容缓。关于煤矸石自燃的原因、机理，国内外学者均进行了多方研究，但终因煤矸石的组成成分和外部原因复杂多变，没有得出十分明确的结论，而且对于煤矸石的自燃机理还存在许多模糊的地方。煤矸石的灭火实践，各地取得了一些经验。据报道美国治理的成功率不到50%，而我国更低。到目前为止，还没有一种成功的系统的经验和完全成功的实例。多数是前期成功，后期失败，即治理成功几年后又发生复燃。国内外煤矸石山的灭火方法主要有火源挖除法、注浆法、覆盖法、控制燃烧法、泡沫（凝胶）法、低温惰性气体法等，但这些灭火方法都各有其优势和使用范围，也均存在一定的局限性。

国内外研究表明，煤矸石山绿化是矿山固体废弃物处置与利用的有效途径之一。在我国煤矸石综合利用率较低的情况下，煤矸石山绿化更是解决矿区环境问题的最有效途径，也是妥善保护煤矸石潜在能源价值的最好办法。我国许多矿区也进行了煤矸石山绿化的实践，已绿化了10余座矸石山，大都是未自燃或已自燃后的矸石山的绿化，对自燃矸石山往往主要进行灭火，而没有考虑污染原位控制及绿化，灭火方法较多采用碱性浆液深部注浆或表面覆盖隔氧灭火，但往往效果不理想且经常发生复燃。因此，应该改变自燃煤矸石山为了灭火而灭火的做法，把实现自燃煤矸石山绿化与生态重建作为目标，将煤矸石山灭火与原位污染控制、绿化有机结合，达到系统有效治理自燃煤矸石山的目的。

四、我国自燃煤矸石山治理存在的问题及发展前景

鉴于目前我国自燃煤矸石治理及绿化现状，我们认为自燃煤矸石山绿化需要破解的难题在于以下6个方面：

1）如何选择考虑绿化要求的灭火措施，使煤矸石山灭火与绿化有机结合；

2）如何防止煤矸石山复燃和防火、如何防治煤矸石山的酸化；

3）如何对自燃矸石山进行整地整形；

4）如何对自燃煤矸石山进行原位污染控制；

5）如何选择适宜自燃煤矸石山绿化的植物种群、合理的种植技术以及抚育管理措施；

6）如何将上述技术工艺有机结合，形成自燃煤矸石山绿化的技术方法。

上述问题是我国煤矸石处置和利用的技术难点，亟待解决。国内尽管在煤矸石山的自燃灭火和绿化技术方面提出一些方法并进行了实践，但如何将防灭火、原位污染控制与绿化技术有机结合、实现自燃煤矸石山的生态恢复仍然需要我们去探索。