煤矸石的资源化综合利用现状及前景
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发布时间：2022-04-21 22:29
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时间：2023-07-07 05:31
一、国外煤矸石资源化利用现状
世界各国都很重视煤矸石的处理和利用，自上世纪60年代开始，许多国家开始进行了煤矸石综合利用，到上世纪70年代，国外部分矿区煤矸石的利用率已达100%。如美国和匈牙利等国将煤矸石进行生物复田，取得了很好的实效。美国直接从燃烧的煤矸石山中回收热能，法国对灰分较大的煤矸石进行洗选，回收了其中的可燃物用于发电，从而节约了煤炭。
在国外，煤矸石利用最普遍的方法是用作建筑材料，法国在这方面做得较为出色，从上世纪70年代起的30年中，法国人共利用煤矸石1亿多吨，主要用于制砖、生产水泥和铺路；在法国，红色煤矸石的颗粒具有抗水冲蚀能力，可用于充填潮湿甚至沼泽和积水塌陷坑，被认为是很好的填充材料，可使路基具有良好的不透水性，法国北部所有载重道路都是使用这种材料作为路基。近年来，法国还研究煤矸石在水泥中利用的新方法，即将含煤比例较高的煤矸石既作为原料又作为燃料投入窑炉生产水泥。英国煤管局在1970年成立了煤矸石管理处，将煤矸石作为一种优良、经济的材料，广泛用于公路、填坝和其他土建工程的填充物。在德国，煤矸石主要用于井下采空区充填和用作建筑材料。据报道，英、波、比、俄、日等国用煤矸石代替部分粘土生产水泥，取得了节煤、降低成本等效果。
二、国内煤矸石资源化利用现状
1992年联合国环发大会以后，可持续发展成为人类发展追求的共同目标，发展中国家对环境问题也高度重视，而且为避免走发达国家“先污染，后治理”的老路，对矿山环境的管理和治理也逐渐提到了议事日程上来。国际组织以国际公约、论坛、项目研究和倡议等方式，促进矿业环境的改善。对矿业环境问题有影响的国际公约主要有：对有害废弃物及其处理的*境移动控制的《巴塞尔公约》、《长期*环境空气污染公约》等。
随着全球经济可持续发展战略的进一步落实和我国工业化过程的进一步深化，我国*对环境保护工作的力度也在不断加大和加强。煤矸石的充分利用和污染己经引起了我国*的高度重视。我国*已通过制定和完善有关*法规、支持技术革新、严格管理和执法，以提高矿山环境保护整体水平。
2000年4月29日，第九届全国人民代表大会常务委员会第十五次会议通过的《中华人民共和国大气污染防治法》第三章为防治燃煤产生的大气污染；第三十一条为在人口集中地区存放煤炭、煤矸石、煤渣、煤灰、砂石、灰土等物料，必须采取防燃、防尘措施，防止污染大气。
“九五”期间，国家出台了一系列有关资源综合利用相关的产业*，都将煤矸石山综合治理和利用作为支持的重点，如《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》、《当前国家优先发展的高技术产业化重点领域指南（目录）》中都把煤矸石综合利用作为鼓励发展的产业。
我国从上世纪70年代起开展了煤矸石综合利用工作，开辟了一系列煤矸石的利用途径，煤矸石综合利用有了较大的发展。煤矸石的资源综合化利用可以分为资源回收和工程利用两种途径。资源回收利用是用低燃烧值的煤矸石作沸腾炉燃料进行发电；对煤矸石中的伴生矿物提取利用，如制取氧化铝、聚合铝、矾土及硫酸产品等；生产建筑材料，如制取矸石砖、矸石水泥及耐火材料和陶瓷等；工程利用则是将煤矸石作为充填材料进行复田和土工利用，如矿区塌陷地的充填复垦，公路、铁路、广场建设的基础充填等（图2-4）。但由于资源性质的因素、经济条件的制约、技术设备的差距以及市场变化的影响，目前煤矸石的利用率为10%～30%，与发达国家相比差距仍然较大。这就需要我们进一步加大对煤矸石开发技术研究，进一步开发煤矸石的综合利用和工业化生产，以充分利用矿产资源，增加社会经济效益，同时又减少污染，促进资源与环境的可持续发展。
图2-4 煤矸石资源综合化利用
三、煤矸石的资源化及利用途径
1.生产化工产品
（1）制造铝盐系列产品
铝盐在工业生产中具有广泛的用途，如硫酸铝广泛用于水处理、媒染、石油除臭脱色、油脂澄清等。利用煤矸石制硫酸铝不仅可解决煤矸石处理难题，而且也节省了铝矾土资源。利用煤矸石制硫酸铝已在山西、甘肃多家煤矿得到了应用。
（2）制造硅系列产品
煤矸石中硅含量较高，因此，煤矸石硅元素的利用是综合利用的重要途径。目前主要用于制造水玻璃、白炭黑、陶瓷原料等。
（3）制取钛白粉
对于TiO2含量达到7.18%以上的煤矸石，可用于生产钛白粉。钛白粉具有很好的遮盖力和着色能力，广泛应用于油漆、造纸、塑料等行业。
（4）回收硫及硫铁矿
我国与煤伴生、共生的硫铁矿资源十分丰富，分布较广。赋积在煤中的硫铁矿经洗选后，绝大部分富集在煤矸石中。硫铁矿是化工和化肥工业的重要原料，主要用途是制造硫酸和提炼硫磺。而我国的硫产量不能满足国内生产的需要，经常进口硫磺以补充生产不足，因而在加工煤炭的同时回收硫铁矿无疑具有十分重要的意义。另外，脱了硫的煤矸石减轻了对环境的污染，也便于进一步的加工利用。硫在煤中的富集方式主要有黄铁矿硫、硫酸盐硫和有机硫。因为硫的需求原因和环保的要求，对硫的回收已引起众多矿区的注意。硫的回收工艺也初具规模，方法多种多样，该技术在一些高硫矿区应用更为广泛。
如重庆南桐矿务局干坝子选煤厂从高硫煤矸石中提取硫精矿获得成功。入洗矸石含硫10%～31%，主要成分为黄铁矿硫。采用重介法分选选出：含硫35%、含碳小于8%的硫精矿，灰分45%～50%的泥煤和尾矿3种产品。河北开滦唐家庄矿选硫车间1985年初投产。入洗矸石含硫为3.98%，主要成分为黄铁矿硫。经洗选产出4种产品：含硫30%～35%、含碳小于8%的硫精矿，发热量14.63MJ/kg可作燃烧用的动力煤，发热量6.27MJ/kg的低热值燃料和煤矸石。
2.建筑原料
（1）制砖
煤矸石具有一定的可塑性、结合性和烧结性，经净化等工艺处理后，可用于制砖。目前，我国煤矸石砖产量已达200亿块，年综合利用煤矸石约5000×104t。煤矸石制砖不仅可以解决煤矸石对环境的污染，满足经济建设需求，同时也可保护我国有限的耕地资源，从根本上改变“秦砖汉瓦”的生产历史，实现“制砖不用土，烧砖不用煤”的环保效应。
例如2002年山西省潞安矿业集团从意大利引进一条煤矸石制砖生产线，这是目前我国最大的煤矸石综合利用项目。建成投产后，每年消耗煤矸石30×104t，产砖1.3亿块；同时节约煤矸石占地2.5×104m2，与粘土制砖相比，还少浪费土地3.5×104m2。2006年山西大同市天源荣昌新型建材有限公司年产5亿块煤矸石烧结空心砖系列产品项目开工；同年，阳泉南煤年产2.6亿块煤矸石烧结砖生产线投产，每年消耗煤矸石30×104t，取得了良好的经济效益和环境效益，在实现废物利用的同时，既降低了成本，又减小了煤矸石对当地的污染。其产品可用于室内地面装修和台面装修，具有防污、零级吸水率、无放射性、光泽度高等特点，具有很强的市场竞争力。
（2）生产水泥
煤矸石和粘土的化学成分相近，用它代替部分或全部粘土生产普通水泥能提高熟料质量。用煤矸石制作水泥原料的生产过程与生产普通水泥基本相同。利用煤矸石制水泥，不仅可以减少成本，而且可以消化大量的煤矸石，减小对环境的污染。
（3）混凝土
山西阳煤集团用该地自燃煤矸石为骨料，配入矸石砂、硅酸盐水泥制成200～300号煤矸石混凝土，其物理性能和质量符合有关规定。用自燃煤矸石山生产的混凝土比普通混凝土的密度低20%，是高层建筑的优质材料。
（4）土地复垦和路床填料
充填塌陷区是一种重要的复垦方式。利用热值低的煤矸石作为充填煤矿塌陷区造地，这种利用消耗煤矸石量大，且可以把目前没有能力利用的煤矸石保存起来，等技术和经济上可行时再进行开发利用。这样可减少煤矸石对矿山环境的污染（占地、污染水源、污染大气、影响环境卫生等）。在充分利用矿区固体废物的同时，解决塌陷地的复垦问题，因而具有一举多得的效果。如安徽淮北矿务局在两个大塌陷区填埋，煤矸石复土还田，造地1600多亩，获得较好的环境效益和社会效益。另外还可用于建设用地。
煤矸石含有一定的活性物质，具有较好的路用性能和强度，可用作一般公路的底基层或作为路基。填料筑路用的煤矸石宜为强度高、风化轻、热值低的矸石。从山西省阳泉市交通局了解到，在日前通车的307国道复线建设中，交通建设部门变废为宝，用煤矸石铺路，节约资金9200多万元。据阳泉市交通局介绍，307国道复线工程全长28.8km，是阳泉市的重点工程。工程开工后，由于缺少天然沙砾，施工单位设想用堆积如山的煤矸石作为路床填料。大量的科学论证和试验表明，煤矸石作为填料时，要选用自燃、半自燃过的煤矸石，其各项技术指标需全部符合公路工程路基设计规范的要求。307国道复线工程全线采用了煤矸石作为路床填料。目前，1m3沙砾石运到工地的价格是60余元，而1立方米煤矸石运到工地的价格只有10多元，整个工程因此降低投资9200多万元。阳泉市是我国重要的煤炭产区，现存煤矸石山20余座，而且每年新增700×104t左右。大量煤矸石的存放不仅占地，还产生了大量的二氧化硫，阳泉市每年需花费大量资金进行掩埋处理。用煤矸石铺路，可以就地取材，变废为宝，减少污染，节约投资。
3.生产农业产品
（1）生产有机复合肥
煤矸石一般含有大量的炭质页岩或粉砂岩，含有15%～20%的有机质，以及大量丰富的植物生长所需的稀有元素。煤矸石经粉碎碾磨后，按一定比例与过磷酸钙混合，加入适量活化剂与水，充分搅匀后堆沤，可制得新型化肥。重庆煤炭研究所、北京市勘察院、龙口矿务局和郑州矿务局等利用煤矸石生产有机复合肥，都取得了较好的效益。
（2）生产微生物肥料
以煤矸石等为载体，外加添加剂等，可制成煤矸石微生物肥料，主要以固氮菌肥、磷肥、钾细菌肥为主。微生物肥料生产工艺投资少，具有很好的经济效益和社会效益。
（3）改良土壤
利用煤矸石中的微量元素和营养成分，适当掺入一些有机肥，可有效改良土壤结构，增加土壤疏松度和透气性，提高土壤含水率，促进土壤中各类细菌新陈代谢，使土地得到肥化，促进植物生长。
4.煤矸石井下填充
煤矸石充填采矿法不仅可以有效解决地表塌陷和沉降问题，而且消化了大量煤矸石。主要包括轨道运输填充技术、注浆填充技术、压风填充技术。
5.煤矸石发电
我国已有一批煤矸石发电站在运转中，如我国自行设计实施的第一座大型煤炭矿井——山东省协庄煤矿便是一例。该矿于1993年开始兴建一座设计能力为24MW的煤矸石发电厂，目前发电量保持1.6×108 kW·h以上，年消耗煤矸石30×104t。该矿煤矸石热电厂建成后，实行热电联供，年节约原煤4×104t，少支付电费1.2亿元以上，节省煤矸石堆放占地25亩，安置待业和下岗人员733人，既节约了资源，又收到了良好的社会、经济和环境效益。
山西省阳泉市按照“榨干吃尽”的思路，利用煤矸石发电。按发热量计算，阳泉一年所产煤矸石的数量，相当于220×104t标准煤。目前，全市已有煤矸石电厂4家，发电能力11.8×104 kW，年利用煤矸石100×104t；正在建设的3家，建成投产后年可消化煤矸石400×104t。据初步统计，至目前，阳泉市已建起煤矸石发电厂、煤矸石砖厂、高岭土厂、商品混凝土厂等十几个煤矸石综合利用企业，年可节约标准煤近百万吨。
四、煤矸石资源化利用存在的问题及展望
1.煤矸石资源化利用存在的问题
我国煤矸石资源化利用主要存在以下几方面问题：
1）对我国不同区域的煤矸石基本特征缺乏系统的调查研究，对煤矸石开发利用缺乏系统的基础研究资料；
2）目前煤矸石综合利用技术不够成熟，导致煤矸石资源化较差，不足以使煤矸石产业产生投资吸引力；
3）对煤矸石堆存所产生的生态环境和社会危害缺乏量化的研究和准确估算，难于对煤矸石资源化、减量化处理带来的经济效益、社会效益和环境效益进行客观的评价，难以提出和执行多方共赢、科学合理的扶植*；
4）缺乏资金渠道。煤矸石综合利用项目在资金上得不到保证，投入严重不足。目前国家没有专项资金扶持，原有的煤矸石综合利用专项资金已被取消，而新的融资渠道还没有形成，企业筹措资金困难，一些煤矸石发电、煤矸石建材项目难以落实，给煤矸石的扩大再利用带来不便；
5）优惠*落实难。目前国家已经出台的有关煤矸石的优惠*，在某些地区还存在落实较难和可操作性较差的问题，存在着项目审批难、并网发电难、*落实难，严重挫伤了企业开展煤矸石综合利用的积极性。
2.促进煤矸石资源化利用的方向探讨
（1）治理煤矸石的目标
结合煤矸石化学成分、矿物组成以及地方优势，选择综合利用途径，并且本着清洁生产的理念从产品生产、消费、回收和处置等环节着手，兼并相关资源化利用工艺中的高能耗、高成本环节，形成联产工艺，丰富和完善产品链，提高产品品质和附加值，实现煤矸石减量、变废为宝的目标。
（2）煤矸石治理，需创新思路
我国煤矸石的排放量逐年增长，增加的废弃物将占用更多土地，在科技高度发展的今天，各级*部门和厂矿企业需要创新思路。
（3）实施防灭火措施
对于目前无法利用、自燃或潜在自燃的煤矸石山，应首先进行防灭火，然后通过生态建设恢复植被，最大程度地减少其对环境、社会的不良影响。
综上所述，煤矸石问题是亟待解决的重大环境问题和社会问题，要充分认识和定量化研究煤矸石资源化利用、综合治理带来的社会效应和环境效益。今后应从生产方式、市场机制和*扶植相配套入手，促进矸石综合利用方式的改进和企业经济效益的改善，彻底解决矸石环境污染问题。随着企业环境意识的增强和研究程度的深入，可以预见，煤矸石应用的领域和规模必将不断扩大。
