矿山资源综合利用
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煤矸石提取氧化铝工艺设计
煤矸石 硫酸溶液
残渣
（NH4）2SO4
粉碎 硫酸浸出 过滤除渣 滤液中和 硫酸铝溶液 中和搅拌槽
NH3
活化炉焙烧
Al(OH）3 烘干
洗涤脱水 过滤
Al（OH）3盐析
Al2O3
滤液
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选择这个设计方案的理由
I. 国内氧化铝工业并不理想，采用煤矸石作为 原料提取氧化铝，即解决了煤矸石的大量堆 积，同时也能解决一部分氧化铝的需求量， 一举两得。
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煤矸石山立地条件改良
（一）煤矸石山的地形及风化层 锥形 、斜坡的坡度为矸石的自然安息角(36°左右)
（二）煤矸石山的水分特点 矸石风化物仍具有一定的蓄水孔隙，可为植物提供一定数量的有效水，
能在一定程度上满足植物对水、气的需求，因此矸石风化物可作为植物生长 的介质。
（三）煤矸石山立地条件的主导因子分析 煤矸石山生态重建面临的主要环境问题突出表现在以下几方面：
烧失量 2～17
煤矸石发热量一般为800～1500卡/克,其无机成分主要是
硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。
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（五）煤矸石提取化工产品
煤矸石中可利用的矿物元素主要是SO3、Al2O3、FeS2和Mn、 P、K等。Al2O3>35%的高铝煤矸石可用来制炼钢高效脱氮 剂 硅铝铁合金、水玻璃、氢氧化铝、碱式氯化铝净水剂、 制造硫酸铝和铵明矾的烧结料等。另外含FeS2较高的煤矸石 氧化产生的SOx是污染环境的罪魁祸首，而硫又是重要的化 工原料，从煤矸石中回收硫铁矿（如抽提硫酸）具有较高的 生态效益和经济效益。
（1）地表组成物质由煤矸石及岩石组成，无土壤可言，有机质含量少， 物理结构极差，尤其是保水、持水、保肥能力差。
（2）存在限制植物生长的物质，包括pH值、重金属及其它有毒物质等。 （3）缺乏营养元素，尤其缺乏植物生长必需的氮和磷。 （4）土壤生物缺乏，尤其缺乏对植物生长有利的生物，如蚯蚓、线虫及 微生物等。
（五）煤矸石提取化工产品
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煤矸石的组成
矿物组成：粘土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石）、 石英、方解石、黄铁矿。
化学组成：氧化物SiO2+Al2O3占60～90％。
煤矸石的化学成分
SiO2 51～65
Al2O3 16～36
CaO 1～7
MgO 1～4
Fe2O3 2～9
Na2O+K2O 1～2.5
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一，石山绿化的目标
煤矸石山实际上是人造“石质荒漠”，无土、缺水、干热、强酸、有毒，缺少植 物种子和残根，不具备植物生存和更新条件。从植被自然演替规律看，石质荒漠区的 植被形成，必须经过石质风化——低等植物侵占——高等植物衍生等各个演进阶段， 需要50年至100年的时间。
煤矸石山绿化的目标就是建立稳定、高效的煤矸石山人工植被生态系统 。
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二、煤矸石山的整地
（一）煤矸石山整形整地的目的和要求
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二、煤矸石山绿化的作用
其主要作用有： （1）利用物理、化学方法改善煤矸石山的立地条件，利于煤矸石山植被的生长，
加快煤矸石山植被的演替进程。 （2）通过煤矸石山的植被恢复，改善煤矸石山的环境条件和美化景观，利用植被
覆盖，减缓地表径流、拦截泥沙、调蓄土壤水分、减少风蚀和粉尘污染。 （3）通过煤矸石山的植被恢复，降低煤矸石山的温度，减弱煤矸石山内部氧气的
含量和流动性，防止煤矸石山自燃，减少煤矸石山自燃对矿区环境的危害。 （4）利用植物的有机残体和根系的穿透力以及分泌物的物理、化学作用，改变扰
动区下面的物质循环和能量流动方式，促进煤矸石山的成土过程，增进生态环境的生 物多样性。
（5）利用植物群落根系错落交叉的整体网络结构，增加下垫面的稳固性和抗蚀、 抗冲能力，保障煤矸石山的工程建设顺利进行以及工程结束后退化生态系统的恢复与 重建，形成稳定良好的生态结构和功能。
II. 经济角度考虑，从煤矸石中提取氧化铝可以 大大提高煤矸石的附加值，实现变废为宝。
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（六）煤矸石复垦绿化
对于不好处理或处理价值较低的，可以考虑充填塌陷区或填 埋造地，其方法是：在造地的片区上先将熟化表土转移，然 后垫铺岩石及自燃矸石至一定厚度，碾压整平再将熟化土覆 盖，如此分片区逐年扩展，可造就大面积平地和台阶地，同 时结合土壤改良，再造优质农田。
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二、煤矸石山的整地
（一）煤矸石山整形整地的目的和作用 煤矸石山整形整地的主要目的和作用在于：
（1）减缓坡度，减少粒度，改善地表组成物质的粒径级配； （2）改善孔隙状况，增加毛管孔隙度，提高土壤的持水、供水能力； （3）改善局部土壤的养分和水分状况，增加土壤含水量； （4）稳定地表结构，减少水土流失和控制土壤侵蚀； （5）便于植被恢复施工，提高造林质量； （6）增加栽植区土层的厚度，提高栽植成活率和保存率，促进植物生长 。
2、煤矸石山绿化程序
“3段9步”
图：煤矸石山植被恢复实施工程程矿序山资源综合利用
四，煤矸石山立地条件改良
1、煤矸石山立地条件分析与评价
立地条件是指与植物生长发育有关的所有环境因子的总称，简称立地， 生态学称之为生态环境条件或生境条件，煤矸石山立地条件可理解为：在煤 矸石山植被恢复与重建时，与植被生长和发育有关的所有环境因子的综合。
以恢复生态学原理为基本的理论基础，以森林培育学为基本的理 论和技术框架，基于我国煤矸石山植被恢复的实践经验和在山西某矿 煤矸石山造林绿化的成功案例 。
中国矿业大学（北京）土地复垦与生态重建研究所提出了煤矸石 山植被恢复与生态重建技术模式
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图：煤矸石山植被恢复与重建技术模式体系框图
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（6）恢复了煤矸石山压占土地的使用价值，并通过植被的建立实现一定的经济价 值。
（7）通过煤矸石山植被恢复，调节区域气候、制造氧气、美化环境，取得显著的 环境效益和社会效益。
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三，煤矸石山绿化的技术模式和程序
1煤矸石山绿化技术模式
目前主要集中在单项技术措施（立地条件分析、植物种类的选择 、整地及基质改良技术、幼林的成活或生长状况中的某一项或几项） 的研究上，缺乏科学有效的植被恢复与生态重建技术模式 。