杜 恒

(中國冶金地質(zhì)總局 內(nèi)蒙古地質(zhì)勘查院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

山西省是我國產(chǎn)煤大省，長期高強(qiáng)度的煤炭開采，使山西囤積超過10億t的煤矸石，而且每年還有5 000萬t的增量。孝義市境內(nèi)煤炭資源是霍西煤田的重要組成部分，儲(chǔ)煤面積為783.5 km2，占境域總面積的82.8%。探明的地質(zhì)儲(chǔ)量為71億t，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量90億t，儲(chǔ)量豐富，埋藏較淺，煤層穩(wěn)定，品種齊全，煤質(zhì)較好，易于開采。孝義煤炭的煤種以焦煤為主，兼有肥煤和瘦煤，其中，焦煤儲(chǔ)量為25.64億t，約占儲(chǔ)量的36.1%；肥煤儲(chǔ)量為10.39億t，約占總儲(chǔ)量的14.6%；瘦煤儲(chǔ)量為13.76億t，約占總儲(chǔ)量的19.4%。

國家相關(guān)政策提出了循環(huán)經(jīng)濟(jì)鼓勵(lì)政策和污染物排放納稅出臺(tái)，從頂層設(shè)計(jì)給出了明確信號(hào)[1-4]：①支持循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)固廢綜合利用企業(yè)實(shí)施稅收減免、資金支持等措施；②提高企業(yè)污染物排放代價(jià)，對(duì)污染物排放征收稅費(fèi)；③加強(qiáng)統(tǒng)籌，逐步取締或禁止“小散亂”；④限制或禁止部分礦產(chǎn)資源的發(fā)展，鼓勵(lì)替代型產(chǎn)業(yè)發(fā)展。自十九大提出“生態(tài)文明建設(shè)和綠色發(fā)展的路線圖”，我國環(huán)境保護(hù)督查力度不斷加大，對(duì)地方政府的環(huán)保工作提出了新要求、新目標(biāo)。環(huán)保督查力度加大將對(duì)工業(yè)固廢綜合利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步形成有效的推動(dòng)。

2018年孝義市落實(shí)非金屬礦整治工作，對(duì)到期磚瓦用黏土企業(yè)采礦證到期一批必須退出一批。限制傳統(tǒng)建材企業(yè)，鼓勵(lì)煤矸石綜合利用，從“限制”“支持”2方面支持固廢綜合利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大。基于此，本文研究了孝義市煤矸石處置與綜合利用技術(shù)，淘汰了落后產(chǎn)能，技術(shù)升級(jí)換代，煤炭資源循環(huán)利用率得到極大提升，推動(dòng)了“介孝汾一體化”建設(shè)。

1 工程概況

1.1 區(qū)域位置

孝義市位于山西省腹地呂梁山脈中段東麓，晉中盆地西南隅，呂梁山脈中段東麓，地理位置介于東經(jīng)111°21′—111°56′，北緯36°56′30″—37°18′45″。1992年撤縣設(shè)市，是一座古老文明與現(xiàn)代繁華交融、傳統(tǒng)工業(yè)與新興產(chǎn)業(yè)相映的現(xiàn)代化城市，具有獨(dú)特的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。東與介休市隔汾河相望，西與交口縣、中陽縣毗鄰，南與靈石縣接壤，北與汾陽市交界。全境東西長46 km，南北寬26.55 km，市境總面積945.8 km2，總?cè)丝诩s50萬，下轄5個(gè)街道7個(gè)鎮(zhèn)和5個(gè)鄉(xiāng)，孝義市距呂梁市約80 km，距太原市約120 km。孝義市區(qū)域位置如圖1所示。

圖1 孝義市區(qū)域位置Fig.1 Location of Xiaoyi City

1.2 孝義市煤矸石的產(chǎn)生和堆存情況

本次對(duì)孝義市煤矸石進(jìn)行取樣主要來自：下柵村、正善煤礦、柳灣煤礦等，進(jìn)行煤矸石性質(zhì)分析。根據(jù)《危險(xiǎn)廢棄物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——浸出毒性鑒別》(GB 5085.3—2007)表1鑒別標(biāo)準(zhǔn)，該區(qū)煤矸石不屬危險(xiǎn)固廢，根據(jù)《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18599—2001)規(guī)定，該區(qū)煤矸石浸出物溶液任何一項(xiàng)污染區(qū)濃度均未超過《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)最高允許排放濃度，pH 值：6～9，應(yīng)按第一類工業(yè)固體廢棄物處置。煤矸石堆場(chǎng)主要由煤、矸石、巖石和土組成，其中矸石化學(xué)成分主要以SiO2、Al2O3為主，偏高嶺土屬性。此外還含有少量的Fe2O3、CaO、MgO、K2O、TiO2等。具體成分見表1。

表1 煤矸石化學(xué)成分含量Tab.1 Chemical composition content of coal gangue %

1.3 煤矸石的危害

煤矸石的產(chǎn)生和堆存帶來了大量的環(huán)境污染、安全隱患等問題[5-10]。

(1)侵占土地。孝義市煤矸石歷史堆存量已超過5 000萬t，侵占土地超過150 km2，其中僅未復(fù)墾的煤矸石堆場(chǎng)十余座，這些堆場(chǎng)占用了大量林業(yè)用地、農(nóng)業(yè)用地，造成了土地資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

(2)粉塵污染。煤矸石在堆放、運(yùn)輸和處理過程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。當(dāng)?shù)孛喉肥\(yùn)輸主要依靠汽車運(yùn)輸，尤其是梧桐工業(yè)園區(qū)周邊相關(guān)洗煤廠煤矸石運(yùn)輸路程較長，沿途經(jīng)過大量居民區(qū)，運(yùn)輸沿途產(chǎn)生大量的粉塵，因風(fēng)飛揚(yáng)的灰塵嚴(yán)重破壞周邊生態(tài)環(huán)境，影響能見度，污染周邊居民區(qū)的空氣。矸石山周邊居民區(qū)隨處可見灰塵，矸石塵埃落在建筑物和植被上，使其失去本色，降低空氣清潔度和光照度，大大降低了周邊居民的生活質(zhì)量。

(3)堆場(chǎng)安全隱患。孝義市的煤矸石具有硫含量高、燒失量大的特點(diǎn)，具有明顯的易自燃特征。部分煤矸石堆場(chǎng)存在私自篩煤的情況，存在一定的安全隱患。此外，還有部分煤矸石堆場(chǎng)選址不合理、缺乏擋土墻等必備的設(shè)施，當(dāng)煤矸石山堆積過高、坡度過大時(shí)，存在產(chǎn)生滑坡等危害的風(fēng)險(xiǎn)。

(4)大氣污染。煤矸石中含有殘煤、炭質(zhì)泥巖等可燃物，其中碳、硫構(gòu)成煤矸石自燃的物質(zhì)基礎(chǔ)。露天堆放的煤矸石內(nèi)部熱量逐漸積蓄，當(dāng)溫度達(dá)到可燃物的燃點(diǎn)時(shí)便自燃，釋放出大量的CO、CO2、SO2、H2O和NOx等有害氣體，其中以SO2為主。這些有害氣體不但污染空氣，影響人們的身體健康，而且還嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，使樹木生長緩慢、病蟲害增多，農(nóng)作物減產(chǎn)或死亡。

(5)土壤污染。由于煤矸石堆場(chǎng)堆存時(shí)間超過設(shè)計(jì)年限，防滲設(shè)計(jì)超壽命服役，導(dǎo)致煤矸石經(jīng)雨水淋溶進(jìn)入水域或滲入土壤，影響水體和土壤，并被植被根部所吸收，影響農(nóng)作物的生長，造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)和產(chǎn)品污染。大氣和水?dāng)y帶的煤矸石風(fēng)化物細(xì)?？娠h撒在周圍土地上，污染土壤，矸石山的淋溶水進(jìn)入潛流和水系，也可影響土壤。煤矸石多以露天堆放為主，其自身理化性質(zhì)決定了煤矸石山堆放場(chǎng)形成過程中會(huì)有以下環(huán)境脅迫因素：①物理結(jié)構(gòu)不良，持水保肥能力差；②極端貧瘠，N、P、K 及有機(jī)質(zhì)含量極低，或是養(yǎng)分不平衡；③重金屬含量過高，影響植物各種代謝途徑，抑制植物對(duì)營養(yǎng)元素的吸收及根系的生長；④極端 pH值，煤矸石硫化物氧化產(chǎn)生硫酸，嚴(yán)重時(shí)pH值接近 2，酸性條件又進(jìn)一步加劇重金屬和溶出和毒害，導(dǎo)致孝義市土壤重金屬污染嚴(yán)重。以上不利因素單獨(dú)或集中出現(xiàn)，導(dǎo)致煤矸石山堆場(chǎng)大多為不毛之地。

(6)水體污染。煤矸石除含有粉塵、SiO2、Al2O3以及鐵錳等常量元素外，還有其他微量重金屬元素，如鉛、錫、汞、砷、鉻等，這些元素為有毒重金屬元素。當(dāng)露天堆放的煤矸石山經(jīng)風(fēng)吹、日曬、雨淋等作用，析出的有毒重金屬會(huì)隨地表徑流轉(zhuǎn)入江、河、湖和地下水中，造成水體的污染。

1.4 煤矸石的綜合利用情況

近年來受市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)影響，煤焦企業(yè)效益低迷，企業(yè)產(chǎn)生的煤矸石由各自產(chǎn)生企業(yè)負(fù)擔(dān)，存在一定負(fù)擔(dān)。孝義周邊沒有固定的煤矸石堆場(chǎng)、亂堆亂放現(xiàn)象嚴(yán)重，綜合利用率低。孝義市目前已有的煤矸石綜合利用方式主要有利用煤矸石復(fù)墾造田技術(shù)、煤矸石制備燒結(jié)磚、免燒磚等代替黏土磚和其他建材技術(shù)。

2 綜合利用技術(shù)思路

2.1 煤矸石科學(xué)、無害化堆存

孝義市地處我國重要的煤炭生產(chǎn)基地，年產(chǎn)生煤矸石量大，由于孝義與周邊市區(qū)經(jīng)濟(jì)模式類似，多以煤炭、煤化工產(chǎn)業(yè)為支柱。多年來的粗獷、 資源輸出型發(fā)展，地方政府對(duì)煤矸石的再生利用重視程度低，企業(yè)投資建設(shè)少，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，孝義及周邊煤矸石綜合利用能力嚴(yán)重不足，配套不完善，不能完全消納每年新增量。煤矸石綜合利用能力欠缺的情況下，采用科學(xué)、無害化堆仍然是規(guī)模化的處置方式之一?？茖W(xué)、無害化堆存是以轉(zhuǎn)存為手段、綜合利用為目的的一種處置方式，臨時(shí)堆場(chǎng)設(shè)計(jì)之初將會(huì)對(duì)煤矸石的再生利用進(jìn)行充分考慮，預(yù)留相關(guān)場(chǎng)地、道路、出入料口等[11-15]。

2.2 煤矸石綜合利用

根據(jù)孝義市煤矸石產(chǎn)生企業(yè)分布特點(diǎn)、成分情況，綜合利用技術(shù)思路[16-20]如圖2所示。

圖2 綜合利用技術(shù)思路Fig.2 Comprehensive utilization of technical ideas

對(duì)孝義市煤矸石生產(chǎn)進(jìn)行摸底工作，建立健全煤矸石的數(shù)據(jù)檔案，對(duì)各類煤矸石進(jìn)行詳細(xì)歸類，為發(fā)展綜合利用產(chǎn)業(yè)做好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；同時(shí)控制好每年的煤矸石產(chǎn)生和處置，對(duì)煤矸石從產(chǎn)生、運(yùn)輸、堆存提出高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，過程中嚴(yán)控環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，完善監(jiān)管機(jī)制，提高堆存成本，倒逼企業(yè)向發(fā)展綜合利用方向發(fā)展。

建立預(yù)處理中心，對(duì)煤矸石預(yù)先進(jìn)行分類、加工、處理等，降低綜合利用企業(yè)的建設(shè)生產(chǎn)成本，提高綜合利用量；引入先進(jìn)適用性技術(shù)，建設(shè)煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)園區(qū)，形成產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)。培養(yǎng)先進(jìn)骨干企業(yè)，增強(qiáng)區(qū)域內(nèi)競(jìng)爭力，鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)研發(fā)，形成以孝義市為中心的煤矸石綜合利用優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)的頂端效應(yīng)，將其打造為國家級(jí)的煤矸石綜合利用創(chuàng)新示范基地。

2.3 發(fā)展目標(biāo)

2.3.1 堆存處置目標(biāo)

煤矸石堆存為目前煤矸石消納的主要途徑，每年壓縮堆存處置量，目標(biāo)是在2025 年不再新批新建煤矸石堆場(chǎng)。未來將以煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)作為主要消納途徑，配合其煤矸石堆場(chǎng)和“復(fù)墾造田”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物盡其用、“零”固廢。

2.3.2 煤矸石綜合利用目標(biāo)

以創(chuàng)建國家級(jí)的煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)先進(jìn)性示范基地為目標(biāo)，采用“治理+利用”的方式，科學(xué)合理安排，大力發(fā)展煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)全國先進(jìn)適用性技術(shù)單位投資建設(shè)煤矸石綜合利用企業(yè)。2022 年建成可消納煤矸石年新增量的綜合利用產(chǎn)能配套，2025年建成全國煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)示范基地，實(shí)現(xiàn)煤矸石100%資源化利用。

2.3.3 環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益目標(biāo)

到 2022年，形成年處理煤矸石500萬t，培育優(yōu)勢(shì)骨干企業(yè)4家，實(shí)現(xiàn)綜合利用產(chǎn)值40億，煤炭循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)鏈初具規(guī)模。主要污染物排放總量達(dá)到國家和省下達(dá)的指標(biāo)要求；環(huán)境質(zhì)量基本達(dá)到環(huán)境質(zhì)量功能區(qū)劃指標(biāo)要求和國家與省、市的考核要求。市區(qū)PM2.5 年均濃度下降 20%，城市空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比例提高20%；化學(xué)需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物4項(xiàng)主要污染物完成國家下達(dá)的“十三五”總量減排任務(wù)。到2025年，形成年處理煤矸石600萬t，規(guī)?；?、高值化煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局基本完善，工程技術(shù)研發(fā)中心建成并投入運(yùn)行，以資源預(yù)處理中心和工程技術(shù)研發(fā)中心為依托，以現(xiàn)代物流產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)服務(wù)平臺(tái)為支撐的孝義市煤矸石資源綜合利用產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營管理模式基本形成。

3 主要技術(shù)

3.1 煤矸石預(yù)處理中心

孝義市的煤矸石成分復(fù)雜，不同煤層的煤巷矸、選洗加工過程的洗選矸、地下礦的井巷矸、巖巷矸以及泥土混合組成，在煤矸石綜合利用之前必須經(jīng)過預(yù)處理處理后才可利用，這不僅增加了企業(yè)經(jīng)營成本，而且由于處理規(guī)模較小，設(shè)備技術(shù)水平較低，導(dǎo)致原料性質(zhì)多變，影響產(chǎn)品質(zhì)量，損害企業(yè)效益。建立煤矸石預(yù)處理中心，將煤矸石進(jìn)行集中分類處理，有助于解決煤炭企業(yè)新、舊煤矸石混存、混堆的不良現(xiàn)象，也有助于解決洗煤廠煤矸石亂運(yùn)亂排現(xiàn)象，同時(shí)將煤、煤矸石、巖石和廢土進(jìn)行分離，為煤矸石綜合利用企業(yè)提供專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和穩(wěn)定的原材料，實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用。技術(shù)原理及工藝流程如圖3所示。

圖3 煤矸石預(yù)處理中心工藝流程Fig.3 Process flow of coal gangue pretreatment center

3.2 規(guī)模化利用技術(shù)

(1)煤矸石生產(chǎn)免燒透水磚、透水珠技術(shù)。通過設(shè)備的底料配料攪拌、面料配料攪拌、彩色顏料配料、計(jì)算機(jī)控制計(jì)量配料、主機(jī)成型、傳送、升降、碼垛、全自動(dòng)控制、監(jiān)控以及氣動(dòng)系統(tǒng)等組成。具有高效震動(dòng)、強(qiáng)制布料、變頻控制、全自動(dòng)控制，液壓控制、云服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全集成自動(dòng)化控制—通過 PROFINET 現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)全生產(chǎn)線控制。設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、故障報(bào)警、數(shù)據(jù)綜合分析等全流程監(jiān)控。

煤矸石生產(chǎn)免燒透水磚、透水珠技術(shù)如圖4所示。

圖4 煤矸石生產(chǎn)免燒透水磚、透水珠技術(shù)Fig.4 Technology for producing non-fired permeable bricks and permeable beads from coal gangue

(2)超低熱值煤矸石的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)。該技術(shù)根據(jù)煤矸石的不同發(fā)熱量，采用混合流速循環(huán)流化床和多元內(nèi)循環(huán)流化床相結(jié)合的形式，可將熱值在800 kcal/kg 以上的煤矸石鍋爐效率提高到75%以上，并可將燃用熱值超過1 600 kcal/kg 燃料時(shí)鍋爐的熱效率提高到 88%以上，實(shí)現(xiàn)煤矸石的高效能源化利用。

(3)煤矸石制建筑陶瓷技術(shù)。該技術(shù)利用燒結(jié)磚隧道窯輻射換熱式余熱利用技術(shù)，將隧道窯余熱用于生產(chǎn)、生活和發(fā)電，實(shí)現(xiàn)余熱梯級(jí)利用，降低生產(chǎn)成本。將隧道窯950～200 ℃磚坯余熱通過輻射換熱式余熱鍋爐產(chǎn)生2.45 MPa、400 ℃蒸汽，余熱鍋爐利用后的200 ℃以下的低溫?zé)煔庥酂嵩儆糜诖u坯干燥，在不影響原生產(chǎn)工藝、不增加燃料消耗和不影響磚坯質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)隧道窯余熱的梯級(jí)利用。產(chǎn)生的蒸汽直接用于生產(chǎn)、生活或推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)每年節(jié)能量2 萬t，減排約5 萬噸CO2。

(4)煤矸石生產(chǎn)無機(jī)纖維保溫材料技術(shù)。利用專有設(shè)備將煤矸石加工為無機(jī)纖維及保溫材料。結(jié)合煤矸石自有組分，通過添加復(fù)配成分使原料脫水、粘合成型，進(jìn)熔爐燃燒，根據(jù)離心定律以及高壓吹拉成纖工藝，生成無機(jī)纖維。煤矸石利用率最高可達(dá)到 80%以上，此無機(jī)纖維可制成硅酸鋁纖維板、硅酸鋁纖維氈、硅酸鋁纖維繩、硅酸鋁纖維毯等產(chǎn)品。將煤矸石通過專用設(shè)備復(fù)配成型，替代傳統(tǒng)保溫制品原料。結(jié)合煤矸石的自有組分，經(jīng)過科學(xué)配比添加一些復(fù)配原料，用固廢循環(huán)利用裝置將其脫水黏結(jié)成型，可以代替現(xiàn)有保溫制品生產(chǎn)的原料。將煤矸石粉碎并復(fù)配加工，壓制成建筑用的發(fā)泡磚以及海綿城市專用的透水磚。

(5)煤矸石、陶瓷廢料等制陶瓷滲水磚技術(shù)。以濕排粉煤灰、煤矸石、陶瓷廢料、6價(jià)鉻渣等固體廢棄物為主要原料，以廢玻璃粉或PVA溶液作黏結(jié)劑，用天然植物纖維或無機(jī)礦物原料等做造孔劑，采用壓制成形制得陶瓷坯體，在不同溫度下燒成陶瓷滲水磚。關(guān)鍵技術(shù)：原料配方的設(shè)計(jì)及優(yōu)化；顆粒料的顆粒度和顆粒級(jí)配；造孔劑的種類及用量的選擇；氣孔率、孔徑大小、孔結(jié)構(gòu)調(diào)控。

(6)煤矸石制備復(fù)合保溫砌塊技術(shù)。該技術(shù)采用 EPS 顆粒發(fā)泡工序，利用給料機(jī)、錘式粉碎機(jī)、元盤機(jī)、強(qiáng)力攪拌機(jī)、硬塑出磚機(jī)等裝備將煤矸石和頁巖等制成復(fù)合自保溫砌塊。 砌塊干密度不超過800 kg/m3，抗壓強(qiáng)度不低于5.0 MPa，吸水率不超過18%，抗風(fēng)化性能(飽和系數(shù))不低于0.78。

(7)煤矸石制備生態(tài)水泥干混砂漿技術(shù)。生態(tài)水泥利用煤矸石、粉煤灰、工業(yè)廢渣、磷石膏等原料制成，比表面積小，節(jié)約能源及運(yùn)輸成本。產(chǎn)品擁有快凝、穩(wěn)定性好、強(qiáng)度發(fā)揮快、不分施工季節(jié)、施工用途廣泛、工程投資低、工作效能高等特點(diǎn)，使生態(tài)水泥成本低，適應(yīng)性強(qiáng)，產(chǎn)品體輕面大，易施工，提高功效。該技術(shù)可節(jié)省工時(shí)2/5，節(jié)約人工費(fèi)100元/d，節(jié)約水泥20%。

(8)煤矸石裝配式節(jié)能房技術(shù)。煤矸石混凝土裝配節(jié)能房是以工廠化預(yù)制、模塊化構(gòu)件為主要建筑產(chǎn)品，經(jīng)裝配、連接而成的結(jié)構(gòu)建筑。其水電暖等管線預(yù)留均布排在墻體內(nèi)，其內(nèi)外裝飾和保溫一體化主體墻板均以標(biāo)準(zhǔn)的模塊在工廠預(yù)制完成，現(xiàn)場(chǎng)組裝完成后，只需少量的作業(yè)即可達(dá)到拎包入住的條件。有別于傳統(tǒng)住宅建設(shè)方式，煤矸石混凝土裝配節(jié)能房實(shí)行了產(chǎn)業(yè)化建設(shè)。住宅產(chǎn)業(yè)化采用工業(yè)化生產(chǎn)作業(yè)體系，通過房屋主體結(jié)構(gòu)工裝模具化澆注、部品部件工廠化生產(chǎn)及裝配式施工，大大加快了建設(shè)速度。

(9)利用煤矸石制備偏高嶺土基混凝土增強(qiáng)材料。該技術(shù)主要圍繞以煤矸石(含煤系高嶺土)為原料制備偏高嶺土基混凝土增強(qiáng)材料，煤矸石經(jīng)粉碎、精密煅燒獲得高性能偏高嶺土，偏高嶺土經(jīng)改性復(fù)合等材料化制備，獲得高性能偏高嶺土基混凝土增強(qiáng)材料。通過 開展精密控制煅燒技術(shù)及關(guān)鍵裝備煅燒純化窯研究、改性復(fù)合工藝研究、應(yīng)用研究，形成高性能偏高嶺土基混凝土增強(qiáng)材料制備技術(shù)和關(guān)鍵裝備集成。

(10)煤矸石制備陶粒技術(shù)。該技術(shù)利用煤矸石粉煤灰作為原料，采用國際先進(jìn)的專用生產(chǎn)線：動(dòng)態(tài)燒結(jié)陶粒裝備生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn) 100%利用固廢，通過科學(xué)配比、成核、成球、橫輥篩分、燒結(jié)成型為陶粒，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、比表面積大、耐火保溫、吸水率低，化學(xué)穩(wěn)定、抗?jié)B防腐、吸聲性好、熱聚變性強(qiáng)等特點(diǎn)。

3.3 高值化利用技術(shù)

(1)煤矸石制備泡沫玻璃技術(shù)。泡沫玻璃生產(chǎn)技術(shù)是多種專利技術(shù)和成熟的高新技術(shù)的集成，在工業(yè)化生產(chǎn)中用煤矸石及廢棄碎玻璃作為主要原料，添加少許礦物料及部分化學(xué)藥品，經(jīng)球機(jī)粉碎后，裝入標(biāo)準(zhǔn)尺寸的耐熱鋼模具中(650 mm×650 mm×260 mm)，置入全自動(dòng)控制的燃?xì)饷餮婕訜岣G內(nèi)發(fā)泡、退火。生產(chǎn)的泡沫玻璃達(dá)到了國際先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品特點(diǎn)：由于泡沫玻璃內(nèi)部具有無數(shù)微小氣泡，使之性質(zhì)不同于普通玻璃，具有密度小、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)小等物理性質(zhì)，同時(shí)還具有保溫、隔熱、吸 聲、防潮、防水、防火等功能。與其他建筑材料相比，泡沫玻璃克服了珍珠巖、輕質(zhì)碳酸鈣、泡沫塑料、軟木等存在的種種缺陷，在性價(jià)比方面具有較大優(yōu)勢(shì)。

(2)煤矸石制備納米陶瓷微珠。煤矸石研磨粉體+水+分散劑混合，通過球磨機(jī)研磨，研磨后與發(fā)泡劑攪拌，離心、霧化、干燥、燒結(jié)成形。

3.4 煤矸石山治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)

(1)煤矸石膏體泵送充填技術(shù)技術(shù)。該技術(shù)技術(shù)所采用的充填骨料為破碎至合格粒度(5 mm 以下) 的煤矸石，膠凝材料為普通硅酸鹽水泥，管道輸送性能改良劑為粉煤灰和高效減水劑。上述各料在攪拌機(jī)中加水進(jìn)行強(qiáng)力攪拌，形成質(zhì)量濃度為75%～80%的膏體料漿，經(jīng)充填工業(yè)泵沿充填管道輸送至充填采場(chǎng)進(jìn)行充填。應(yīng)用案例：山西某煤礦膏體充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)充填能力為150 m3/h，技術(shù)總投資為3 750萬元，替換煤礦資源，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(2)泵送矸石填充技術(shù)。將原生矸石在井下集中就地破碎，加入添加劑進(jìn)行攪拌，然后以矸石輸送泵為動(dòng)力通過管道輸送充填至采空區(qū)的方法。技術(shù)特點(diǎn)：泵送矸石充填技術(shù)，可使薄煤層、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜礦井實(shí)現(xiàn)矸石不升井、不上山，實(shí)現(xiàn)以矸換煤、綠色開采的目標(biāo)。

(3)煤矸石制備土壤改良劑。該技術(shù)激活煤矸石中微量元素活性，活化其中的層狀結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)活性，形成可授收多元營養(yǎng)性元素的微囊載體，成為銅、錳、鉬、硼、鍺、硒等活性多元微量元素的植物營養(yǎng)供給體。生產(chǎn)工藝過程是利用雙螺旋設(shè)備的強(qiáng)力攪拌和輸送能力，在物料顆粒相互碰撞、翻滾、移動(dòng)過程中，在不同的部位噴淋酸度調(diào)節(jié)溶液、元素補(bǔ)充體溶液、造粒介質(zhì)等，過程緊湊，過程合理，先進(jìn)而經(jīng)濟(jì)。 技術(shù)應(yīng)用：技術(shù)的實(shí)施，以年消耗60萬t的煤矸石和廢渣利用為例，能形成3億元以上產(chǎn)值，利潤6 000萬以上。

4 經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益分析

(1)經(jīng)濟(jì)效益分析。預(yù)計(jì)到 2022 年，煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)總投資達(dá)到45億元，成為孝義市財(cái)政收入新增長點(diǎn)，帶動(dòng)區(qū)域服務(wù)業(yè)發(fā)展，解決煤矸石堆存污染問題，使當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活環(huán)境大大改善，帶來的間接經(jīng)濟(jì)效益不可估量。煤矸石利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)自身產(chǎn)業(yè)區(qū)發(fā)展的同時(shí)還將帶動(dòng)孝義市煤化工園區(qū)、固廢綜合利用園區(qū)、鋁材產(chǎn)業(yè)園的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)園區(qū)間協(xié)同發(fā)展，推動(dòng)當(dāng)?shù)靥沾?、建材、耐火材等市?chǎng)聚集，并且加快城鄉(xiāng)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、產(chǎn)業(yè)帶之間技術(shù)、資本、人力等要素的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)空間上資源的循環(huán)利用。并且通過煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)技術(shù)的引進(jìn)和研發(fā)應(yīng)用，淘汰落后產(chǎn)能，技術(shù)升級(jí)換代，煤炭資源循環(huán)利用率得到極大提升，推動(dòng)“介孝汾一體化”建設(shè)。

(2)環(huán)境效益分析。隨著煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)技術(shù)的建設(shè)，預(yù)計(jì)到2022年，煤矸石年綜合利用量達(dá)到600萬t，累計(jì)利用煤矸石1 700萬t，騰空土地 50 km2，并完成生態(tài)環(huán)境修復(fù)，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益，極大改善產(chǎn)業(yè)區(qū)及周邊地區(qū)的水、大氣和土壤環(huán)境質(zhì)量；由于部分煤矸石綜合利用技術(shù)利用煤矸石，生產(chǎn)過程高效節(jié)能，廢氣、廢熱高效循環(huán)利用，為節(jié)能減排目標(biāo)做出巨大貢獻(xiàn)；產(chǎn)業(yè)區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理、大量使用清潔能源、污染物集中處理有力，將大大改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，并起到帶頭示范作用，引導(dǎo)市區(qū)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行循環(huán)化改造，促進(jìn)市區(qū)工業(yè)循環(huán)型產(chǎn)業(yè)體系構(gòu)建，改善市區(qū)整體范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境。

5 結(jié)語

煤矸石的綜合利用，將會(huì)創(chuàng)造大量社會(huì)就業(yè)機(jī)會(huì)，提高居民收入水平，并將帶動(dòng)相關(guān)倉儲(chǔ)物流、交通運(yùn)輸、產(chǎn)業(yè)服務(wù)、技術(shù)研發(fā)、金融等服務(wù)業(yè)的大發(fā)展。大幅度地增加城鎮(zhèn)就業(yè)和吸納農(nóng)村剩余勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移，促進(jìn)社會(huì)安定和諧。煤矸石利用產(chǎn)業(yè)建設(shè)將推動(dòng)當(dāng)?shù)匮h(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)當(dāng)?shù)匮h(huán)產(chǎn)業(yè)、 園區(qū)、社會(huì)互動(dòng)互聯(lián)關(guān)系的構(gòu)建，帶動(dòng)當(dāng)?shù)鼐G色經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，提高居民生活水平，有利于培養(yǎng)生態(tài)文明觀念，建設(shè)綠色、和諧孝義。