矿业固体废物处理与利用.doc

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矿业固体废物处理与利用
摘要：矿业废物是“矿业固体废物”的简称，指开采和选洗矿石过程中产生的废石和尾矿。矿业废物产量大，处理处置困难，对环境造成严重破坏。本文针对煤矿和有色金属矿，从矿业废物的产生和特点，污染和危害，目前采用的处理方法以及研究状况与最新进展等方面，进行了简略介绍。
关键字：煤矸石，尾矿，矸石回填，综合利用。
前言
目前，矿业面临的环境问题是在废弃物的处理和资源化以及矿业废弃地的生态恢复与重建等问题上表现出来。矿山固体废物的主要来源是采矿后产生的废石和矿山选矿产生的尾矿。矿山废石的堆积和尾矿坝的构筑,不仅侵占大量土地和农田,而且大量的矿山废石、尾矿的排放,会严重破坏土地资源的自然生态环境,破坏自然景观,并且因其成分复杂,含有多种有害成分甚至放射性物质,严重污染水源和土壤,污染矿区和周围环境。因此,如何对矿山固体废物进行综合处理,既改善矿山生态环境, 又充分利用矿山固体废物中的有用成分,变废为宝,缓解矿产资源供需紧张矛盾,是人类社会面临的重要课题。
1 矿业固体废物的产生和特点
1.1 矿业固体废物的产生
矿业废物是“矿业固体废物”的简称，指开采和选洗矿石过程中产生的废石和尾矿。矿石开采过程中，需剥离围岩，排出废石，采得的矿石亦需经选洗，提高品位，排出尾矿。
我国是世界采矿大国，现有各类矿山企业约 15.3 万个，其中国有矿山 7650 个，集体企业 6.9 万个，私营及个体企业 5.8 万个，余为其他经济类型企业，开采矿产 143 种。伴随各类矿产资源的开发利用，产出了大量的固体废弃物。这些固体废弃物的存量既是我国千百年矿业开发的历史积累，也是矿产资源利用不合理的结果，其主要的四种物质来源为：尾矿、废石、煤矸石和粉煤灰，尤以废石为多。我国矿山废弃物的累计数量也相当巨大，且逐年增多，一个省份的矿山尾矿和固废物总量可达几亿至几十亿吨。可以预见的是，随着矿石开采量的上升和品位的下降，每年矿山固废物的排放量还将不断增加。
各种金属和非金属矿石均与围岩共同构成。煤矸石约占煤炭产量的10％－15％，是我国排放量最大的工业固体废弃物。开采1吨煤，一般要排出200公斤左右煤矸石。煤电生产过程中排除大量的粉煤灰也成为煤矿固体废弃物。据有关部门统计，截止到 2004 年底，全国有矸石山 1500 多座，占地约 22 万多公顷。目前，我国煤矸石的存积量已达 41 亿 t 以上，随煤炭产量的逐年增加，煤矸石排放量也不断增长，按照我国目前的煤炭年产量 25 亿 t 计算，排矸量在仍在以每年 4~5 亿 t 左右的速度增长。大量矸石堆积，造成了严重的环境损坏，成为影响煤炭工业可持续发展的一大难题。有色金属矿山每采出 1 t矿石平均约产生 1. 25 t 废石,废石年产生量高达 1. 06亿 t,建国以来累计量高达 21. 5 亿 t。尾矿是从矿石中分选出有用矿物后,剩余的含有用矿物很少的废渣,习惯上称为尾砂。有色金属矿山每采出 1 t 矿石平均约产出 0. 92 t 尾砂,尾砂年产生量达 7 780 万 t,累计量约 11 亿 t, 利用率仅为 6% ,占地约 8 000 hm2。
随着工业生产的发展，总的趋势是富矿日益减少，金属、非金属生产越来越多地使用贫矿，如20世纪初，开采的铜矿一般含铜率为3％，后来开采的铜矿一般含铜率为 1％左右，这就导致矿业废物数量迅速增加，全世界每年约排放矿业废物300多亿吨。大量的矿业废物造成环境的严重污染。
1.2 矿业固废的特性
1.2.1 煤矸石的物理、化学成分及特性
煤矸石是多种矿物混合组成的沉积岩，主要由高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝和少量的稀有金属氧化物组成。主要的岩石种类由黏土岩类、砂岩类、碳酸盐类和铝质岩类，在不同地域的煤矸石还含其他盐类及重金属盐类。煤矸石中的部分盐类可溶于水。煤矸石的化学成分复杂，主要成分为氧化硅、氧化铝、硫化铁。煤矸石经过高温煅烧可具有表面活性。
1.2.2 尾矿的成分及特性
由于矿种不同，成矿地质条件不同，产生的尾矿成分也就相应不同。例如银山铅锌尾矿中SiO2、Al2O3、K2O占总成分的80%以上，主要矿物为石英和绢云母，其中石英含量为51~54%，绢云母含量为29~34%，且大部分绢云母呈单体形状，粒度较细；而新墨西哥圣马苟尔地区佩克斯选厂铅锌硫化矿浮选尾矿主要元素组成为：Au 1.75g/t、Ag 22.5g/t、Cu 0.44%、Pb 0.54%、Zn 0.68%、Fe 12.6%、S 10.2%。具体情况以实际检测为准。
2 矿业固体废物的污染和危害
冶金矿山固体废物的危害是多方面的，主要可以分为占据土地，产量持续增加，污染水资源和土壤，污染大气环境，造成塌方、滑坡、泥石流等地质灾害，可能含有砷、镉或其他放射性元素以及尾砂危害等。
2.1 占据土地，产量续增
废石和尾矿的堆存占据了大片土地。美国哈尔鲁斯特矿是世界著名的露天矿，预计采完后，会留下300亿t的尾矿。这些尾矿如堆成4.6m高，将占地1610km2。假使这些尾矿找不到用 途，堆存的方法又不改善，那么将要在明尼苏达北部出现一个新的撒哈拉沙漠。到1988年末，中国63个主要有色冶金矿山已堆存废石和尾矿为主的固体废物4.5亿t，占用土地63km2，自1989年起，每年平均净增2500万t固体废物，新占土地350万m2。铁矿山中，仅大孤山，西果园、南芬、姑山矿的尾矿库就占地810万m2，自1989年起，中国每年还要增加9000万t以上的铁尾矿。
2.2 污染水资源和土壤
固体废物中含有的有害物质还污染水资源和土壤。矸石山表层暴露于空气，经雨水的浸渍、阳光暴晒下分解产生可溶矿物、煤矸石本身所含的可溶性矿物随天然降水和地表径流进入江河湖泊、开采沉陷积水区。矸石山扬尘在风力作用下携带有害物质进入地表水体。或随渗流沥水进入附近土壤渗入地下水，矸石山流出的水 PH 值可达到 3，并且携带镁、钠、钾离子及铅、砷、铬等有害重金属离子，造成地区和区域性的地表水与地下水污染。位于阳泉一矿北头村东平沟煤矸石山自燃后，矸石山下原有的一个山泉积水池失去引用价值，泉水颜色改变，生物绝迹。据村委会调查，全村 120 户人家 490 人中，有 10 人患癌症，其中肺癌4 人，食道癌 2 人，喉癌 1 人，肠癌 1 人，膀胱癌 1 人，骨癌 1 人。矸石山在长期的淋滤作用下，相应的元素运移至地表，被土壤吸附而富聚到表土层中。而土壤是由多种细菌、真菌组成的生态系统，有害成份进入土壤，能杀死土壤中的微生物，使土壤腐解能力降低或丧失、土壤肥力丧失。破坏了植物适应的环境，导致土地产力下降，甚至草木不生。
2.3 污染大气环境
煤矿矸石造成的大气污染可分为固体微粒悬浮物污染和有毒有害气体污染。造成的堆积成山的表面矸石在半年到一年后产生约 10 厘米厚的风化层，随时间的推移和风化程度的加深而变细。据统计，当发生 4 级以上风力时，直径在 1～1.5cm的粉尘将从矸石山表面剥离。形成扬尘悬浮物进入大气，其飘扬的高度在 20～50m 以上，造成矿区大气污染。“灰尘满天，污水横流，地面设施一片黑”成为很多矿区的典型写照。矸石山自燃、矸石发电产生会产生大量的 CO、SO2、H2S、NH3等有毒有害气体和烟雾污染进入大气层造成严重的大气环境污染。例如，陕西省铜川市由于煤矸石自燃产生的 SO2量每天达 37t。矿区大气污染使附近居民慢性气管炎和气喘病的患者增多，周围数目落叶，庄稼减产。尾矿和粉尘随风飞扬，污染矿区和周围环境。堆存不当的废石和尾矿，暴雨时可能塌方、滑坡、形成泥石流，冲毁下游的村镇，造成人畜伤亡。
2.4 造成地质灾害
煤矸石也可造成地质危害。随煤炭工业的发展，矸石堆积量不断增加，使潜在的矸石山滑坡威胁增加，特别是矸石山的自燃加剧了滑坡崩塌的可能性。对矸石山附近居民住所、矿区交通系统造成威胁。美国韦尔斯的阿伯芬发生了一次废石滑坡事故，造成一次伤亡800多人的惨案。日本去泽矿山中泽尾矿坝1936年塌陷死伤多人。2005年 5 月，平顶山四矿的矸石山由于自燃发生崩塌事故，造成埋没附近民房烧死 8 人的重大事故。辽宁本溪也曾发生过矸石山自燃造成人员中毒伤亡的事故。中国云南锡业公司新冠选矿厂、湖南东波有色金属矿和陕西金堆城钼业公司、安徽黄梅山铁矿等先后发生过尾矿坝决口的严重事故。
2.5 尾砂危害
尾砂具有颗粒细、体重小、表面积大，具有遇水容易流走、遇风容易飞扬等特点，因此，尾砂对空气、水体，农田和村庄都是一种潜在的危害。1964年，英国威尔士北部的巴尔克尾砂坝被洪水冲垮，尾砂流失后毁坏了大片肥沃的草原，其覆盖厚度达0．5m，使土壤受到严重污染，牧草大片死亡。1970年9月，赞比亚穆富利拉铜矿尾砂坝的尾砂涌入矿坑内，导致89名井下工人死亡，彼得森矿区全部被淹没。1986年，中国湖南东坡铅锌矿的尾砂坝体因暴雨而坍塌，造成了数十人伤亡，直接经济损失达数百万元。2000年11月，广西河池一尾砂坝倒坍，造成数十人死亡，数十间房屋倒塌，损失惨重。2008年9月8日，山西省临汾市襄汾县新塔矿业有限公司尾矿库发生特别重大溃坝事故，造成277人死亡、4人失踪、33人受伤，直接经济损失9619万。这就是震惊全国的9.8尾矿溃坝事件。
3 矿业固废处理办法
3.1 国内外利用治理现状
世界各国都很重视煤矸石的处理和利用。自 20 世纪 60 年代开始，煤矸石的综合利用就引起很多国家的高度重视。到 70 年代，法国、德国等国家的煤矸石利用率已达 30％～50％，部分矿区的煤矸石利用率甚至达到 100％。英国煤管局在 1970年成立了煤矸石管理处，波兰和匈牙利联合成立了海尔得克斯矸石利用公司。这些机构专门从事煤矸石的处理和利用。英国在 70 年代初开始以法规的形式提出矸石山的治理。1988 年，英格兰有近 4700hm2的煤矿区废弃土地荒芜，其中 93％的需要复垦治理。
我国煤矸石处理利用起步较晚，起初对煤矸石处理主要是“以堆为主”，综合利用率较低，“八五”期间综合利用率一直在 38％左右长期徘徊。进入 21 世纪，树立了“因地制宜，积极利用”的综合利用指导思想和“谁排放谁治理，谁利用谁受益，以用为主”的利用原则。2000 年，全国煤矸石综合利用量已达 6600 万 t，比 1995 年增加1000 万 t，综合利用率由 1995 年的 38％提高到 43％。2005 年全国煤矸石综合利用量增加到 8000 万 t，综合利用率提高到 60％。目前，全国 119 处国有重点煤矿，煤矸石综合利用率在 50％以上的有72 处，占 60％以上。其中开滦矿区 2000 年的综合利用率达 92％。
3.2 矿业固废无害化处理
堆置是传统的处置方法：废石运至废石场，剥离岩石送入排土场，尾矿输入尾矿库。
堆置就是将固体废弃物直接堆放到预先划定并作好准备的场地上。选择场地应遵循：①保护地下水质，防止地下水因受废石堆排放的浸滤水的影响而变质；②保护地表水，防止地表水因废石堆风化淋蚀而增加泥沙负荷和溶解固体负荷；③防止风蚀；④保证人类安全，防止洪水或地震造成灾害。因此选择场地必需对地形、水文地质情况、地震情况、水文情况、大气情况等进行综合考虑。
尾矿堆存要求更特殊，尾矿坝基础材料要有足够的强度，还应具有良好的不透水性。目前尾矿坝堆放有两种较好的方法：①尾矿半干堆垛；②粗细残渣的共处置。把固体废物堆放在堆放场后，可向固体废物堆表层覆盖石块、泥土，种植植物或对其表层进行化学处理，以使固体废物堆稳定，减少二次污染。
为了防止二次污染，20世纪70年代着手固体废物的无害化处理。常用的处理方法有物理法、化学法、植物法和土地复原法。
（1）物理法。向废石和尾矿喷水、覆盖石灰、泥土、草根、树皮等。防止受水冲刷和被风吹扬而污染环境。这种方法对铜尾矿最为有效。
（2）化学法。利用可与尾矿化合的化学反应剂(水泥、石灰、硅酸钠等)，在尾矿表面形成坚固硬壳，抵抗水和空气的侵蚀。此法成本较高，有的尾矿常同砂层交错，化学反应剂难于选择。
（3）植物法。在废石或尾矿堆场上栽种永久性植物，以起到良好的稳定和保护作用。植物法可以和化学法结合起来处理尾矿。在尾矿场播下植物种子后，施加少量化学药品防止尾矿散沙飞扬，保持水分，以利于植物生长。美国伊里矿业公司20世纪50年代在铁燧岩尾矿场试种成功草类和豆科植物；中国鞍山钢铁公司东鞍山选矿厂20世纪80年代在尾矿场试种成功旱快柳、刺槐、白榆、草木樨等草木类植物。国内外的试验证明，铅锌矿的钙质尾矿适合种植牛毛草、铅锌矿的酸性尾矿适于种植苇草。
（4） 土地复垦法。在开采后被破坏的土地上，回填废石、尾矿、待其沉降稳定后，加以平整，覆盖土壤、栽种植物，或建造房屋。中国某些地区的铁和铝矿废石场等已完成土地复垦，种植植物。发展生产。
3.3 资源化利用
3.3.1 煤矸石综合利用
煤矸石综合利用是我国一项长期的技术经济政策。如何利用煤矸石，减少它对环境的污染，成为当前的一大技术课题。煤矸石综合利用是一个复杂的系统工程，既涉及集体的工艺、技术，又涉及复杂的各种社会经济矛盾。我国政府专门制定了“全面规划，合理布局，综合利用，变害为利”的煤矸石处理方针，实施了如《关于进一步开展资源综合利用的意见》、《关于公布“在住宅建设中逐步限时进制使用实心粘土砖”大中城市名单的通知》、《财政部、国家税务总局关于部分资源综合利用及其他产品增值税政策问题的通知》等一系列政策和优惠措施，提高煤矸石综合利用率。目前，将煤矸石综合利用主要有以下几个方面：
(1) 煤矸石用作燃料发电。2000 年底，全国有煤矸石、煤泥等低热值燃料电厂 120 余座，总装机容量 184 万 KW，年发电量 8.5 亿KW·h。到 2005 年年末，煤矸石电厂装机容量已经发展到 550 万KW，新增装机容量 360 万 KW。
(2)煤矸石用于制造砖块、水泥、加气混泥土、微孔吸音砖、瓷砖、轻集料等各种建筑材料。未经燃烧的煤矸石配料制砖可以节约原煤。并且有投资少、方法简单的有点，已被广泛使用。2000 年底，全国煤矸石砖场达 240 余座，生产能力为 22 亿块标准砖。“九五”期间，全国共建设煤矸石新型墙体材料生产线 10 条，生产能力达 6 亿块标准砖。2005 年产量以增加到 100 亿块。生产建筑轻集料因工艺较复杂，对技术设备要求高，在国外使用多但我国使用较少。
(3)煤矸石充填。因为矿山地下大规模开采造成的地表大面积塌陷而突然或渐进式地被破坏，称为矿山开采沉陷。由于地面无法察觉到地下的采矿活动，所以这种破坏往往具有隐蔽性和神秘感。矿山开采沉陷造成地表下沉而带来一系列灾难性的后果，如平地积水、农田减产、道路裂缝、房屋倒塌等，不仅是耕地减少的重要原因，也是制约矿山生产的瓶颈之一。就环境破坏而言，我国每年矿山沉陷的总体损失大于地震。煤矿开采将导致地表沉陷损害，破坏宝贵的耕地资源。改善矿区生态环境，调整矿区产业机构，降低煤炭资源枯竭对矿区持续发展影响风险，是我国当前煤矿区持续发展亟待解决的重要问题。煤矸石充填也是一种重要的复垦方式，在利用废弃物的同时解决沉陷地的复垦问题，可取得一举两得的效果。
直接利用煤矸石充填采空区，具有以下问题：煤矸石会自燃、风化、水解，可能含硫或放射性元素造成二次污染，充填后不均匀沉降，湿陷。因此，利用矸石回填，需要提高土的强度, 减少压缩性, 改善土体抵抗振动液化能力和消除土的湿陷性,并应符合《建筑地基基础设计规范》( GB50007 - 2002) 中地基承载力的要求。
中南大学资源与安全工程学院08年在艾斯维尔上发表了一篇题为“Paste-like self-flowing transportation backfilling technology based on coal gangue（利用煤矸石制作类膏状自流回填技术）”的文章。文章中说，利用煤矸石做骨料的一种膏状自流管道传输回填技术可以用来解决矸石对环境造成的危害。这一技术也解决了山东新汶孙村煤矿保安煤柱以及深层开采的高品质安全问题。这一技术首先经在实验室小试后又在某村地下替代高品质煤柱作为工业化中试。结果表明，细磨高岭土、新鲜煤矸石（粒度小于5mm）可以用作骨料，用粉煤灰代替部分水泥，并添加一定分量的减水剂（大约占粉煤灰和水泥的1~1.5%）,推荐比例为1水泥：4粉煤灰：15煤矸石，7天后可演变成质量分数72~75%，流变的膏状性质，力学性能0.7MPa。按照水泥、粉煤灰、减水剂然后煤矸石的添加顺序可以延长混合物的悬浮状态，减少对管道的摩擦和堵塞。这是一种很好的解决矸石占地和开采沉陷的办法。
(4)煤矸石用于道路工程。筑路对于煤矸石的种类和品质没有特殊的要求，对有害成分含量的限制要求不高。煤矸石用于筑路工程具有耗渣量大、无须进行特殊处理、不需采用特殊技术手段的优点，是利用煤炭工业废弃物减少环境污染损害的有效途径。曾用于徐丰公路庙庄矿区 1.2km 塌陷区路段和徐州市重点工程的施工实践。
(5)煤矸石用于注浆技术。煤矸石具有潜在的火山灰活性，在一定条件下可激活并运用于工程注浆，将破碎松散的岩层胶结成一个整体，利用浆液与土体、岩石破坏结构体的共同作用改善岩层的物理力学性能，从而形成一个结构新、强度大、防水性能高、化学性能稳定的“结石体”。将煤矸石制成注浆材料，对因开采工作造成的岩层移动变形损坏空间及时注浆，减少岩层移动、变形、破坏量，进行地面减沉控制已经在工程实践中得到运用，成为煤矸石综合利用的有一个发展方向。
3.3.2 尾矿综合利用
尾矿是多组分的矿物。作为二次资源综合利用，是少占土地、控制污染，化害为利的积极处理措施。
(1)从尾矿中回收有价组分。主要有从铜尾矿中回收石精矿、硫铁矿精矿；从铅锌尾矿中回收铅、锌、钨、银等；从锡尾矿中回收锡和铜以及一些伴生元素。主要方法有重-磁-浮法、溶剂萃取法、电极回收法、电解气浮法等。近年来随着微生物浸出技术的应用和发展，微生物浸出法已成为处理固体废物的又一重要方法。云南锡业公司将含锡0.15％～0.18％的老尾矿分级，经过重选、磁选、浮选处理，产生锡精矿和中矿，选矿回收率45％～50％，并且可综合利用铁、铅、铟、铋、铜等伴生金属。英国、美国、玻利维亚、前苏联等国家，都有不少从尾矿中回收金属的实践经验。
(2)尾矿作井下采空区填充料。尾矿经水力旋流脱泥后0.074mm以下的粒级不超过50％，与水泥胶结后返回井下采空区充填，以防止地压灾害。中国广东凡口铅锌矿、湖南黄沙坪铅锌矿、湖北铜录山矿、甘肃金川有色金属公司龙首矿等矿山在20世纪70年代相继采用此项工艺。
(3)制作建材。硅酸盐尾矿砖瓦、水泥：大多数矿山有大量含硅含铝的原料，具有制作硅酸盐建材的基本条件。尾矿或去硫尾矿可采用干压缩法制成建筑用砖，制作的砖块的抗压强度达32MPa。中国鞍山矿渣砖厂在尾矿中加入石灰制成砖坯，碳化处理后制成建筑用砖。加拿大魁北克的铁矿石选矿尾矿添加1％的木质磺酸钙为粘结剂。加压成型，于1100～1200℃焙烧成为硅砖；尾矿制作加气混凝土。参考配比为尾矿48％～52％。水渣粉32％～34％，水泥16％～18％，与加气剂按一定比例配制，经蒸汽养护，成为轻质多孔建筑用材(不宜用于潮湿部位)。铸石是一种新型工业材料，在一定条件下是钢铁、有色金属、合金材料等较为理想的代用材料。若固体废物中含有辉绿岩、玄武岩、角闪岩、花岗岩、石灰石、白云石、蛇纹石、辉石、萤石和菱镁矿、铬铁矿等组合都可考虑用作铸石原料。
(4)尾矿作玻璃、陶瓷或微晶玻璃。富含石英的石英脉型金矿、钨矿，富含方解石、白云石或萤石的碳酸岩矿，花岗岩型矿等矿山尾矿都可制作玻璃原料或配料。微晶玻璃是由基础玻璃经控制晶化行为而制成的微晶体和玻璃相均匀分布的材料，又称玻璃陶瓷。微晶玻璃可以大量利用金属尾矿制成空气或泡沫制品，用作建筑隔墙、砌块或填充材料及结构材料，制品具有高强、轻质、节能、耐热等特性。 钨矿、钽铌矿和某些铅锌矿的尾矿含SiO2 70％～80％，还含有钾、钠、铝的氧化物，经加工可用作玻璃或陶瓷原料。中国首都钢铁公司大石河铁矿还利用铁选矿尾矿制出日用和美术陶瓷以及微晶玻璃花岗岩。前苏联将铜钼选矿尾砂用来制作玻璃，美国用含石英、长石或硅酸钙等矿物的尾矿砂烧制玻璃效果很好。日本足尾选厂的尾砂含SiO2 60％～79％，Al2O3 10％～18％，用尾砂烧制陶管、陶瓦、耐火材料等制品，经济效益也相当可观。仅陶管一项每年可获2亿日元的产值。
4 研究状况与最新进展
4.1 矿业发展趋势
尽量采取无废或少废生产工艺，最大限度地减少固体废物产生量，是冶金矿山固体废物处理的主要趋势。其基本措施就是对废石和尾矿实行全面综合利用，建成少废或无废矿山。前苏联科拉半岛某矿矿石只含钛磁铁矿和橄榄石，采用磁选产出两种同名精矿，无尾矿。中国马鞍山钢铁公司姑山铁矿将粗粒尾矿作为碎石出售，细粒尾矿用作混凝土骨料，也实现了无尾矿选矿工艺。利用尾矿场造地复田，种植植物，成为冶金矿山固体废物处理的另一个发展趋势。美国矿业局于1966年就开始在内华达州的铜尾矿场着手植被试验，加拿大安大略省的镍尾矿场、穆斯山铁尾矿场也在20世纪80年代复土植被成功。中国铜陵有色金属公司井边铜尾矿场，郑州铝厂小关铝矿的废石场，芙蓉铜矿、桓仁铅锌矿的尾矿场等也在这方面取得了很好的实践经验。
4.2最新进展
华南理工大学电力学院于2010年10月在《Energy Conversion and Management》杂志上发表了一篇题为“Co-combustion kinetics of sewage sludge with coal and coal gangue under different atmospheres（污泥、煤、煤矸石在不同气氛中共同燃烧动力学研究）”的文章。文章主要通过热重分析（TGA）研究了污泥、煤矸石和煤的共同燃烧行为，灼烧温度范围从室温提高至1000C°，实验每次取10mg样品，在五种不同气体环境中进行，这五种气氛分别为20%O2加氮气30%，40%，60%，70%，以此结果绘制热重分析及微商热重分析曲线并进行分析。针对不同气氛中单一热重曲线，运用一种直接非线性回归动力学方程用于联立计算动力学参数（包括表面活化能，反应级数以及频率因子），结果显示，随着升温速率的增加，样品的最大重量流失率明显上升，反应活化能在51.2 kJ mol−1 到 164.4 kJ mol−1范围内变动。
清华大学材料科学与工程学院新型陶瓷及精细加工国家重点实验室，中矿资源与安全学院与太平洋大学工程与计算机学院于2010年7月联合发表在《Journal of Hazardous Materials》上一篇文章，题为“Investigation on the activation of coal gangue by a new compound method一种煤矸石活化新方法的研究”。为了充分利用煤矸石做为胶结材料的主要原料，提高其胶结活性就成为非常重要的问题。在这篇文章中，提供了一种新型复合机械水和热力学活化技术，用以研究煤矸石的活化作用，并与传统的机械热力学活化技术进行对比。这篇文章研究的目的在于针对这两种不同方法，利用X射线衍射，红外，固体高分辨核磁共振，光电子能谱以及机械性能分析，在矿物组分、晶体结构以及微观结构上进行深入对比。利用新型技术准备的煤矸石基质混合水泥，包含52%的活性煤矸石，比传统技术处理的煤矸石以及原煤矸石生产的水泥具有更高的机械性能。结果证明，传统技术和新型技术都可以大幅度提高原煤矸石的胶结性能。此外，与传统技术相比，新型技术添加氧化钙，并进行水合热力学处理，使原煤矸石中的矿物相，例如长石和白云母均被部分分解。
清华大学材料科学与工程学院新型陶瓷及精细加工国家重点实验室、北京科技大学冶金与生态工程学院以及太平洋大学工程与计算机学院于2011年3月在《Cement and Concrete Research》上发表文章题为“Pozzolanic behaviour of compound-activated red mud-coal gangue mixture（针对赤泥与煤矸石混合物的火山灰行为研究）”。这门研究主要利用热重法、差热分析、X射线衍射、红外、以及铝固体高分辨核磁共振（可以用来区分不同配位状态的铝物种），调查混合活性赤泥与煤矸石混合物的火山灰效应。从反应动力学角度来看混合物火山灰化反应机理，14天内火山灰系统清晰的与扩散控制一致，运用激进分子定为方程计算所得的反应速率常数，随氧化钙添加量的增加而下降。混合物的水合产物——火山灰系统，在环境温度下，本质上为铝土的碳硅氢凝胶以及水化铝酸钙。从热重分析结果来看，研究系统中的氢氧化钙相不利于水合产品的结晶水含量。此外，铝固体高分辨核磁共振技术是一种获得碳硅氢凝胶系统中铝含量以及水合铝酸钙中铝含量的高效手段。
5 结论
矿业固体废物既是一种污染物,又是一种二次资源。矿业固体废物二次开发利用是改善矿山生态环境、缓解矿产资源供需紧张矛盾的有效途径之一。我国在尾矿利用、二次资源开发上取得一些成就, 但与国外相比还存在一定差距, 矿山企业要建立与市场经济接轨的固体废物管理与运行机制,走产业化道路,发展中国的矿山经济,改善矿山环境。

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