煤矸石环境污染现状及综合利用探究-矿业经济学.doc

煤矸石环境污染现状及综合利用探究刘娜 （土木硕103班 S20100196）摘要：煤矸石是煤炭开采和洗选加工中产生的最主要的固体废弃物，一方面它严重的污染环境，另一方面又它具有较高利用价值，所以本文主要对煤矸石的现状、煤矸石对环境的污染以及煤矸石的综合利用情况进行了全面的分析。关键词：煤矸石 环境污染 综合利用 0引言煤矸石是煤炭工业生产中主要的固体废弃物，其总量在我国各类大宗工业固废产生量中仅次于尾矿而位居第二。无论是在煤炭的开采还是洗选加工过程中都会产生大量的煤矸石，这些煤矸石往往被堆积成山，不仅占用了大量的土地，而且严重污染环境，因此必须高度重视煤矸石的处理。另外，煤矸石中还含有很多可利用资源，所以提高煤矸石的综合利用率使之变废为宝已成为当前固体废弃物处理的重要课题。1 煤矸石积存现状探究按照国内目前的煤矿生产条件，煤炭开采过程中的矸石排放量约为原煤的10 %20%；煤炭洗选加工过程中矸石排放量约为原煤入洗量的15%20%2。据不完全统计，目前全国历年累计堆放的煤矸石总积存量已超过40多亿t，规模较大的矸石山达1600 多座，占用土地约1.5万公顷，而且堆积量每年还以1.52.0亿t的速度增加1，矸石山几乎成为我国煤矿的标志。而且我国煤矸石的存储量还呈现逐年上升的趋势（图1），预计到20202030年期间，我国煤矸石的堆积量将达到峰值。图一：20012008 年全国煤矸石产量增长趋势3以下是笔者根据曾经实习过的黑龙江某选煤厂近十年来数质量平衡表分析总结出来的入洗原煤和洗煤排矸情况的对照表（表一）。根据表一的数据可作出该厂的入洗原煤量、原煤灰分、排矸量、矸石产率、矸石灰分等的趋势图，见图二。表一：某选煤厂排矸情况表年份入洗量/吨原煤灰分/%洗矸量/吨矸石产率/%矸石灰分/%123456199877252928.7110784613.3758.992000102469829.2415240014.6467.212002158214329.6820571712.9770.322003182344730.1623788112.7773.392006213946831.4632767014.9677.492007216450832.5132921115.0174.612008202126033.2330955715.0377.88 图二：某选煤厂排矸情况分析图针对该选煤厂近些年的洗矸产品的数质量分析可以更直观地反映出出煤炭行业的矸石排放现状：从表中的4、5列可看出，选煤生产中会排出大量的煤矸石，且煤矸石的产量及产率都呈逐年上升的趋势，矸石的总储备量会越来越多，解决矸石污染环境的任务越来越重。虽然在图中随着入洗原煤量的增加而矸石产率增加的趋势并不显著，那是因为当前对选煤各产品的质量划分标准发生变化，这点从第6列中矸石的灰分这组数据中（矸石灰分逐年升高且上升趋势十分明显）可以反映出来。另外，从第2列中原煤的灰分可以看出该厂入洗原煤矸石含量越来越高，煤质越来越差，煤炭可选性逐渐下降，这将提高煤炭洗选的难度，增加选煤工艺成本。从而也侧面反映出煤炭开采难度也随之加大，可开采的煤炭资源储备量越来越稀少。2 煤矸石对环境的污染2.1浪费土地资源由于采掘机械化的发展和煤层开采条件的逐渐恶化，煤矿排出的矸石大量增加，而这些废弃的矸石往往堆积成锥形的矸石山，这些矸石山多位于井口或厂区附近，甚至紧邻居民区，不仅占用大量土地造成严重的资源浪费，还影响着周围更大面积的土地，使耕地变得贫瘠，不能被利用。煤矸石的堆积为农业和城市经济的发展带来了很多不利的因素。2.2引发地质灾害矿区矸石山堆积大多没有经过设计，堆放不正规，多为自然堆积而成的，一般采用绞车提升翻矸机倾倒，自然成堆，露天堆放。其边坡角一般为自然堆积角，这种角度很不稳定。当矸石堆放不合理（如堆积过高、坡度过大）或者人为开挖及爆炸、受暴雨侵蚀时，矸石山会发生失稳出现山体滑坡、坍塌、泥石流等自然灾害，危及矿区及其附近居民的安全，造成人员伤亡和财产的损失。2.3有害元素危害水土煤矸石除含有粉尘、SiO2 、AL2O3 以及铁、锰等常量元素外，还有其他微量重金属元素，如铅、锡、汞、砷、铬等, 这些元素为有毒重金属元素。经风吹、日晒、雨淋等风化剥蚀作用,其中的部分有毒重金属元素被溶解，并随雨水形成地表径流进入土壤、地表水体或浅层地下水体，改变土壤的PH值和土壤中微量重金属的平衡，造成对土壤、地表水或地下水的污染。2.4污染大气，影响空气质量大量的煤矸石长期露天堆放，受到长时间的日晒雨淋将会风化产生大量的粉尘颗粒；另外，煤矸石吸水后会崩解，从而很容易产生粉尘。这些细小颗粒在风力的作用下产生大量扬尘，严重影响矿区空气质量，容易引发呼吸系统疾病。煤矸石是可燃性岩石，其中含有残煤、碳质泥岩和废木材等可燃物，其中碳、硫构成矸石自燃的物质基础。另外，煤矸石中含有的黄铁矿( FeS2 ) 易被空气氧化，释放出热量。露天堆放的煤矸石内部热量逐渐积蓄，当温度达到可燃物的燃点时便引起自燃，内部温度达为8001000，并释放出大量CO、CO2、SO2、H2S 和NOx 等有害气体，其中以SO2 为主。这些有害气体不但污染空气，影响人们的身体健康，而且还严重破坏生态环境，使树木生长缓慢、病虫害增多，农作物减产或死亡。3 煤矸石的综合利用煤矸石虽然属于一种固体废弃物, 但其中也包含了若干有用组分, 因此， 从另一个角度看，它又是一种可利用的资源。2009年全国大宗工业固体废弃物综合利用的基本情况中，煤矸石的综合利用率仅次于粉煤灰达62.5%，可见煤矸石的综合利用价值较高。煤矸石的综合利用主要有以下方面：3.1矸石发电鉴于煤矸石中通常都含有一定程度的可燃物，发热量在3.76.2MJkg，是一种低热值燃料，可以充分利用其热值进行发电和采暖供热，对于发热量较高的煤矸石，可以直接或掺和少量原煤用于发电，化害为利，提高资源利用率，缓解能源紧张局面，具有相当的经济效益与社会效益。如江西丰城矿务局矸石发电厂拥有4台35t/ h沸腾炉，3台6000kW的汽轮发电机组，仅两年时间，就燃用煤矸石3312万t，共发电1114 亿kWh，创产值4425 万元，上交利税900 多万元，经济效益、环境效益十分显著4。3.2生产建筑材料一是制砖。利用某些煤矸石成分与黏土相似并具有一定热值的特性，可将其配以适量的尾矿、石灰、灰渣等，按黏土砖的生产工艺进行制砖，既利用了其中的粘土矿物，又利用了热量，节约了土地和煤炭资源，实现了“制坯不用土, 烧砖不用煤”的节能环保目标5 。与传统黏土砖相比，它具有免烧、免蒸、加压成型、自然养护等优点和更高的性价比，极具市场竞争力。因此，煤矸石制砖是大量利用煤矸石的途径之一。二是制水泥。煤矸石可以部分或全部代替黏土配料烧制普通硅酸盐水泥、特种水泥、无熟料水泥等。由于煤矸石和黏土的化学成分相近，其中SiO2 、Al2O3 、Fe2O3含量达80%以上，因此不但可作为水泥生料中Si、Al等组分的主要来源，而且还能释放一定热量替代部分燃料，节省大量的煤炭资源。煤矸石生产水泥可提高水泥熟料质量，废物用量大、生产成本低、应用前景广。三是制轻骨料。煤矸石是生产轻骨料的理想原料。含碳量低于13 %、SiO2 质量分数55%65%、A12O3质量分数13%23%的碳质页岩和选煤矸石适宜烧制轻骨料9。由碳质页岩或选煤厂排矸，经破碎磨细加水成球，用烧结机或回转窑工艺焙烧，矸石球膨胀，冷却后即成煤矸石轻骨料。用煤矸石烧制的轻骨料性能良好，具有容重轻、吸水率低、强度高、保温性能好的特点，适用于制作各种建筑预制件。3.3煤矸石生产肥料利用煤矸石为原料生产农用肥料，在国内外已经得到应用。煤矸石中含有炭质页岩或炭质粉砂岩，其中有机质含量在15%20%，并含有含量高于土壤210倍的丰富的植物生长所必须的B、Zn、Cu、Co、Mo、Mn等微量元素，加入适量的生物菌种、磷铁粉、淀粉等原料再经过特殊工艺加工可以生产有机肥和微生物肥料。同时，煤矸石的酸碱性及其中含有的多种微量元素和营养成分，可用于改良土壤，有效地调节土壤的酸碱度，调节土壤的疏松度并可增加土壤的肥效。3.4生产化工产品 煤矸石的主要化工用途就是通过各种不同的方法提取煤矸石中的某一种元素或生产硅铝材料，具体应用主要取决于煤矸石的矿物组成，煤矸石中含有大量的可利用矿物，当煤矸石中某种元素或几种元素富集到具有工业利用价值时，就可以提取用作生产化工产品的原料。煤矸石中含有较多的SiO2，当其含量达50%以上时可利用煤矸石来制造硅系列产品，如陶瓷、白炭黑、水玻璃等；当煤矸石中的Al2O3含量达到35%时，即可利用其中的铝元素来制造铝系产品，如硫酸铝、结晶氯化铝、聚合氯化铝、氢氧化铝、铝铵矾、聚合氯化铝铁等；当煤矸石中TiO2质量分数达到7.2%时,可制备钛白粉。这样不仅节约了成本，而且达到了废物的资源化利用，也解决了煤矸石的处理问题，实现了既环保又经济的目标。3.5充填塌陷区、复垦造地或筑路对于强度高、风化度轻但没有工业利用价值的煤矸石，可用来充填采矿塌陷区、回填露天矿、沟谷、填坑造地和矿区复垦等工程，这样既可使采煤破坏的土地得到恢复，又可减少矸石占地，减少煤矸石造成的生态问题。煤矸石作充填材料时，为了提高其密实性，粗细颗粒配比要适当，同时含碳量应该低些。一般用于复垦的煤矸石以砂岩、石灰岩为主，采用推土机回填、压实，根据复垦地耕作、建房、修路等不同的用途进行处理。此外，煤矸石中含有一定活性物质，具有较好的路用性能和强度，同时具有很好的抗风雨侵蚀性能，可用作一般公路的底基层或路基填料。利用煤矸石作筑路材料有很多优点：首先，煤矸石在道路工程中用量比较大，而且技术手段简单，无需做特殊处理；其次，做筑路材料对煤矸石的种类和品质要求不高，适用于多种类型的煤矸石。4 结论及建议我国是煤炭大国，煤矸石的排放量也居世界前列，当前国家的对煤矸石的治理给予了高度重视，煤矸石的综合利用取得了一定的成就。但是，目前煤矸石的污染治理和开发利用还存在很多现实的问题，主要有以下方面：对于煤矸石的产量无法控制，不能从源头上解决煤矸石的排放，这与我国煤炭资源的大量消耗密不可分；煤矸石的综合利用总体水平不高，主要表现在技术装备水平还比较落后，企业规模小，发展后劲不足，竞争能力弱等方面；在综合利用煤矸石的过程中又会产生二次污染，新生成的固体废弃物还不能被合理利用；各地煤矸石综合利用发展不平衡等。因此，我们要加快现有企业煤矸石综合利用技术改造，各地区要从本地的煤矸石特性和本地区是实际建设出发，提高经济附加值和有效成分利用率，注重工业化的可实施性，充分就进利用煤矸石资源。另外要加强煤矸石的组分、结构与特性等基础研究, 根据煤矸石的特性和实际需要, 开发新的用途，尽可能地加大煤矸石的综合利用率。总之，煤矸石的污染治理与开发利用将会是一项长期而艰巨的任务。综合石的时的参考文献：1 裴晓东，张人伟，杜高举，谭艳春.煤矸石的综合利用技术探讨J.煤矿安全，2008，(9)：99-101.2 樊金拴.煤矸石对环境的危害与开发利用研究J.资源开发与市场，2008，24 (1)：56-59.3 惠婷婷，王俭.煤矸石砖在生态建筑中应用的市场潜力J. 生态环境.2010,(8)：65-67.4 刘萍，晏飞.煤矸石对环境的危害及其综合治理J.中国矿业，2008，17(8)：49-51.5 王小辉，张俊，李永峰.煤矸石资源的综合利用及合