[发明专利]一种利用固体废弃物粉煤灰预防矸石山自燃和起尘的综合治理方法

说明书

技术领域

本发明属于环境治理领域，具体涉及一种利用固体废弃物粉煤灰预防矸石山自燃和起尘的综合治理方法。

背景技术

煤矸石是煤伴生废石，为掘进、开采和洗煤过程中排出的固体废弃物，矸石山即是由这类固体废弃物堆积而成。煤矸石是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，具有低发热值，其化学成分比较复杂，所包含的元素可多达数十种，一般以碳、硅、铝、铁为主要成分，不同地区的矸石由不同种类矿物组成，其含量相差也很悬殊。煤矸石产量约占煤炭产量的10%～15%，而且随着我国经济发展规模的扩大和对能源需求的不断增长，以及煤炭储量的逐年减少和产量的不断提高，煤矸石占煤炭产量的比例呈不断上升趋势，我国每年煤矸石的排放量高达1.5×10⁸t，占地4.8×10⁵m²，现已形成大小数千座矸石山，累计堆存量达5.0×10⁹t，占地近2.0×10⁸m²，现全国大约1/3的矸石山正在发生燃烧。

矸石山的自燃主要是混在矸石内部煤的自燃，其中助燃物是空气中的氧气，主要来源于倾倒物料时空气的聚集和外界空气的补充。英国人Plolt和Berzelius最先提出黄铁矿导因学说，自燃机理是煤炭中的黄铁矿（FeS₂）暴露于空气中与水份和氧气相互作用，发生放热反应而引起的，如下所示：

2FeS₂+2H₂O+7O₂→2FeSO₄+2H₂SO₄+Q1①

12FeSO₄+6H₂O+3O₂→4Fe₂(SO₄)₃+4Fe(OH)₃+Q2②

Fe₂(SO4)₃+FeS₂+2H₂O+3O₂→3FeSO₄+2H₂SO₄+Q3③

反应①②③均是放热反应，由初始的低温产生了热量积累，温度随之升高，煤的活性基团和自由基在相对低温度下会发生化学反应，产生大量的热，继而和组成煤的大分子物质反应产生更多的活性自由基，裂解出更多的活性有机小分子，如：CO、CH₄、C₂H₄、C₂H₆、C₃H₈等，这些小分子物质具有较高的活性。黄铁矿（FeS₂）的氧化对煤体有胀裂和疏松作用，致使矸石体裂隙扩大、增多，块状逐渐变的粉碎，导致比表面积增加，和空气接触面积更大，所以矸石的自燃是由体系内的煤所导致。此外，还有细菌导因学说、酚基导因学说、煤氧复合理论、煤自燃的自由基作用学说、氢原作用学说、煤孔隙基团作用学说、煤微观结构与组分量质差异自燃理论等等，上述无论哪种学说或理论，在煤的自燃过程中都需要氧的参与，所以减少空气与煤的接触，防止矸石山内部空气出现频繁的交替，是防止煤矸石自燃的决定性因素。

目前国内外采煤和洗选过程中排出的矸石大多弃置于山沟、平川一带，大都长期堆放，煤矸石在提升、运输、堆放过程中，煤矸石经过雨、风等自然条件的侵蚀，逐渐粉化，细小颗粒粉尘在一定风速下被吹起形成扬尘。煤矸石粉尘中含有很多对人体有害的重金属元素化合物和粉煤，若随风悬浮于大气中，不仅破坏了大气的温室效应，使气候出现异常，而且大量分散、悬浮于空气中的粉尘被人体吸入，将对人体健康带来极大的危害。煤矸石的自燃不仅释放出大量的CO、CO2、SO2、H2S、NOX、CMHN等有害气体，同时在热蒸汽的作用下伴随着大量的烟尘释放在空气中，严重污染了矿区和周边地区的大气环境。通常矸石山煤矸石发生自燃的区域SO2、CO、H2S、NOX的排放浓度日均超标达10倍以上。因此导致矿区大气环境质量严重恶化，呼吸道疾病流行，部分污染严重的矿区甚至发生工人呼吸中毒昏迷乃至死亡的事故。煤矸石经雨水淋溶形成的含有有害的重金属离子的酸性水渗透到地下，会严重污染矿区和周边环境的地表水、地下水以及土壤。此外，还造成矿区附近树木枯萎、农作物减产，生态环境遭到严重破坏。