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点石成“金” 废弃煤矸石 变身新型建材

2021-09-22 11:37:34      来源:宁夏日报
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煤矸石被人们视为百无一用的 “固体废物”,然而依靠科技创新,废弃的煤矸石“变身”新型建材,有了用武之地。

供不应求 抢手的矸石砖

9月7日,彭阳县煤矸石分选加工循环利用项目负责人李会标像往常一样,翻看销售记录,分析煤矸石砖市场行情。

“新烧制的40万块煤矸石砖,制砖坯时已被客户预订,边出窑边装车,早已销售一空。”备注一栏再次出现这样的字样。

“还有用户等着拉砖,生产跟不上销售呀!”看着院子里停着的一辆辆货车,李会标焦虑的眼神中透着欣喜。

“订单已排到半年后了,必须加快二期工程建设进度。”项目发展路线,在李会标脑海中愈加明晰。

“到明年初,二期两条生产线建成,到时把煤矸石‘吃干榨净’,就能满足市场之需了。”李会标盘算着。

“在煤矸石供应充足、稳定的情况下,每天可生产35万块至45万块砖。”李会标说,由于煤矸石砖物美价廉、结实耐用,自去年9月份生产以来,一直处于供不应求的状态。

过去现在 境遇天壤之别

然而,2018年以前,彭阳煤矸石却是另外一种境遇。

煤炭素有“工业粮食”之称。可是,作为煤炭的伴生岩石——煤矸石却无用武之地。

“煤矸石是煤矿在开拓挖掘、采煤和洗煤生产过程中的废弃物。”李会标一语道破煤矸石身份。

彭阳县作为宁夏南部唯一的煤炭生产县,年均开采煤炭量800万吨左右。

“按照煤矸石与原煤1:10的比例计算,年产生煤矸石80万吨左右。”彭阳县发改局副局长冯天生说。

身份不同,使得煤矸石无法享受到煤炭同等待遇。在没有相应的生产技术之前,大量的煤矸石被弃置不用。

“煤矸石属于固废排放,不仅占用土地资源,还会产生大量扬尘危害周边环境,污染水源。”冯天生从事煤炭管理工作多年,对煤矸石的害处了如指掌。

为了避免煤矸石中有害物质逸出或浸出污染空气、农田和水体,王洼煤业公司每年拿出2000多万元,把煤矸石拉到划定的沟壑,进行填埋处理。

“自20世纪90年代初王洼煤矿采挖煤炭以来,处理煤矸石固废累计投入资金上亿元。”冯天生算了一笔账。

用传统填埋的方式处理煤矸石,不但不能解决污染问题,还成为煤炭生产企业的负担。

一出生便谢幕,煤矸石的命运,似乎就地被定义。

然而,一场经历,却让煤矸石就此脱胎换骨,过上不凡“石生”。

优劣并存 不变的是决心

其实,科研人员对煤矸石循环利用的研究从未放弃。

面对巨量煤矸石,彭阳县坚持寻找破解之法,顺势谋划煤矸石分选加工循环利用项目。

2018年,彭阳县组织人员携带项目册,前往河北招商引资,结果收获意外之喜。

在一次项目推介会上,有着20多年页岩砖生产经验的李会标,看中这个项目。经洽谈,李会标对彭阳丰富的煤矸石储量惊叹不已,决定投资煤矸石分选加工循环利用项目。

这次协作,意味着被嫌弃多年的煤矸石,有了“废石变成黄金”的可能。

“煤矸石比煤坚硬,可代替黏土作为制砖原料。烧砖时,利用煤矸石本身的可燃物,可节约煤炭。”李会标对煤矸石制砖充满期待。

“资源循环利用优势虽然明显,但用彭阳煤矸石制砖也存在一定的技术瓶颈。”北京工业大学材料与制造学部生态环境材料与技术研究所副教授严建华参与项目实施,在对王洼煤矸石化验后,发现当地煤矸石中钙、镁含量较高。

“如果原料处理不当,极易导致制品爆裂,造成投资打水漂。”严建华从科学的角度,向李会标提出建议。

此外,彭阳煤矸石中含硫量高,烧制过程中排放二氧化硫,容易造成空气污染。相比黏土砖简单易行,利用煤矸石制砖,还将面临风险高、技术要求高、环保措施高“三高”难关。

“除了患有‘三高’,煤矸石氧化物组成波动较大,不仅煤层之间存在氧化物组成的差异,即便在同一煤层,不同区域之间,煤矸石的氧化物组成也不同。”严建华剖析煤矸石综合利用利弊。

对李会标来说,煤矸石综合利用过程中的“拦路虎”,不是一只,而是一群。

“煤矸石制砖的第二个大问题,就是热值较高的问题。”严建华解释,用煤矸石制砖,采用自燃工艺烧成,由于煤矸石本身热值高,对热度把控要求极高。

“与其他地区煤矸石热值相比,彭阳煤矸石热值更高,烧制砖过程中,会导致砖坯内部温度升高,引发砖坯炸裂;温度过低,又会影响砖制品质量。”随着深入了解,李会标对彭阳煤矸石制砖优劣利弊,基本掌握。

但是,他想对煤矸石“改身换命”的决心没有改变。

考验不断 逐个攻克难题

渡江过河,首先要搭桥造船。

面对一个个问题和困难,李会标决定“见招拆招”。

在国内缺少用煤矸石制砖的成熟成套设备情况下,李会标带领团队,总结多年制砖经验,与设备制造厂家合作,根据项目需求,成功研制出适合于全煤矸石制砖的环保型整体循环移动式隧道窑,及成套设备。

“在一个封闭式圆形窑内,烧砖设备和机械手在电机带动下,沿轨道整体移动,一边装卸砖坯、成品砖,一边通过电炉引燃煤矸石烧制,以此形成循环。”李会标一言两语,将复杂的工艺流程呈现。

该设备应用解决了人工分选成本高、工作效率低、分选不均匀、矸石热值不稳定等问题,提高了煤粉附加值。基于煤矸石固废综合利用,李会标向国家知识产权局申请了实用新型专利和发明专利10项,其中,两项实用新型专利已获得专利证书。

有了专利技术支撑,李会标对生产煤矸石砖底气十足。

2018年4月,他投资1.1亿元,在王洼煤矿附近建起煤矸石循环利用加工厂,并建成两条煤矸石砖生产线。

厂子建成第二年年底,李会标决定试生产。让李会标始料不及的是,严建华所说的问题还是发生了。

“由于砖坯本身内燃不稳定,加之烧窑师傅经验不足,导致窑炉3次点火失败,烧制的成品砖因火候过高出现硫化现象。”

李会标总结失败经验,摸索窑炉的工作原理,终于在第4次点火成功。但是接下来又一个难题出现了,煤矸石砖含有大量氧化钙,受雨水淋湿后,氧化钙发生化学反应,膨胀粉碎。

李会标和团队一项项筛选排除,最终发现问题竟然在原料上。原来,王洼煤矿挖掘的地质层不一样,煤矸石成分也不一样。

虽然问题找出来了,但是想要把这种钙石挑选出来,并非易事。

精准选料 保证产品品质

“首先分选出适合制砖的原料。”李会标说,将煤矸石进行处理,使其满足制砖工艺要求。

在没有自动分选设备的情况下,为了避免生产线停运,李会标组织人工分选。

“可是,一天烧砖几十万块,依靠人工分选,远远跟不上制坯车间需求。”李会标随即到河北、安徽等省区,寻找分选设备。

经过苦苦寻觅,李会标终于在安徽找到一家分选设备厂家提供的智能煤矸石分选机。

“设备来自国外,是国内唯一一台智能分选设备。”李会标说,该设备通过对煤矸石的密度和色度分选,将不同成分的煤矸石筛分出来,再由生产企业归类利用。

李会标带着煤矸石到安徽,经筛分试验成功后,他将设备买下,并从安徽运到彭阳安装。

同时,在北京工业大学等专家的指导下,对煤矸石分批化验热值和含硫量、含钙量,分选出不易于制砖煤矸石,留下九成的可制砖煤矸石。

“有了分选设备,提高了原料分选效率,促进产能提升。”李会标说,整条生产线开始步入正轨。

然而,顺利生产几个月后,又一个挑战来得猝不及防。

烧制的成品砖中,再次出现掉皮、爆裂现象。

追本溯源,李会标发现王洼煤业公司提供的煤矸石有所变化。

原来,王洼煤业公司有3个矿区,每个矿区开采发生改变,对应的地质层相应发生改变,使得煤矸石中氧化物含量也不尽相同。

继氧化钙问题解决之后,煤矸石中新出现了一种顽固性物质—氧化镁。

“氧化镁对砖的影响力更大,而且很难去除。”李会标介绍。

发现问题后,项目组及时购进先进的仪器设备,对煤矸石里面的化学成分,再次详细化验分析,剔除含氧化镁的煤矸石,杜绝类似事情发生。

变废为宝 磨砺始得玉成

艰难方显勇毅,磨砺始得玉成。

煤矸石分选加工循环利用项目从引进、落地,再到投产,历时两年多,波折不断,但李会标从未放弃。

“既然决定在彭阳投资,就坚持把这个项目做好,做下去。”李会标说。

他带着项目组先后攻克原料分选、设备制造、温度把控等多道技术难关,推动煤矸石循环利用项目向着期望迈进。

如今,彭阳县煤矸石分选加工循环利用项目中,煤矸石利用率达到80%以上,年利用煤矸石70万吨左右,年可生产1亿块空心砖和8万吨煤粉,真正实现了变废为宝。

曾经饱受嫌弃的煤矸石,从此扬眉吐气。

“以王洼煤业公司开采煤炭产生的固废煤矸石为原料,生产、销售的新型环保空心砖、多孔砖等环保节能型墙体建筑材料,已完全打开了市场。”经历各种挑战后,李会标愈加坦然。

煤矸石分选加工循环利用项目有效解决彭阳县煤矸石污染环境、土地资源占用等问题,进一步延伸了煤炭产业链条,促进了煤炭产业结构优化升级。

9月,身处大山里的煤矸石,正酝酿着一场绚烂的“涅槃重生”。站在煤矸石砖烧制厂区,李会标有一个更大的梦想和目标。

“二期项目将在明年建成,届时将对王洼煤矿产的煤矸石固废实现物尽所用,预计年销售收入5800万元,实现利润总额2000万元。”李会标对煤矸石循环利用前景充满信心。

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