我国煤矸石综合利用现状及前景展望

1、我国煤矸石综合利用现状及前景展望作者：郭建秋来源：环境与发展2014年第03期摘要煤矸石是我国排放量最大的工业固体废物之一，其长期存放，不仅占用大量土地，而 且还会污染大气、土壤和水体。本文介绍了我国煤矸石综合利用技术政策和控制目标，分析了 我国煤矸石综合利用现状，在此基础上展望煤矸石综合利用的发展前景。关键词煤矸石综合利用前景中图分类号 X705文献标识码 A文章编号2095-672X (2014) 03-0102-03Abstract: Coal gan gue is one of the largest in dustrial wastes residues discharged in

2、China. Coal gangue stacking not only take quantities of land , but also pollute the air , soil and water.The tech ni cal p olicies and con trol targets of comp rehe nsive utilizati on of coal can gue were in troduced. The domestic status of comp rehe nsive utilizati on of coal gan gue were an alysed

3、 and the prosp ects were forecasted.Key words : Coal gangue; Comprehensive utilization ; Prospects1煤矸石的组成1煤矸石是由碳质页岩、碳质砂岩、砂岩、页岩、粘土等岩石组成的混合物，发热量一般为 4.19- 12.6MJ/kg，不同地区的煤矸石由不同种类的矿物质组成，其含量相差悬殊。一般煤矸石 的矿物组成为石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝等。煤矸石的化学成分 复杂，所包含的元素可多达十种。氧化硅和氧化铝是主要成分，另外含有数量不等的氧化铁、 氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾以及磷、硫

4、的氧化物和微量的稀有金属元素，如钛、钒、 钴、镓等。2煤矸石堆存的危害煤矸石作为固体废物如不加以利用，长期堆存不仅占用大量土地，而且会污染大气、土壤 和水体。除此之外，矸石场还存在溃坝风险。矸石在矸石场存放过程中，随着表面水分的逐渐蒸发，遇到大风天气易产生风蚀扬尘。长 期暴露于空气中易受风化而发生自燃，产生大量的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、 含氮氧化物等有毒有害气体使空气受到污染。矸石露天堆放，经降雨淋溶后，可溶解性元素随 雨水迁移进入土壤和水体，可能会对土壤、水环境产生一定的影响，其影响程度取决于淋溶液 中污染物的排放情况及所在地的环境性质。矸石坝存在溃坝风险，矸石场溃坝一方面破坏

5、下游植被，另一方面危害下游居民人身安全。因此，积极发展煤矸石综合利用项目，有利于缓解矸 石污染问题，避免资源浪费。3我国煤矸石综合利用相关政策及控制要求3.1矸石综合利用相关政策国家经济贸易委员会、科学技术部，国经贸资源19991005号煤矸石综合利用技术政策要点中明确了煤矸石综合利用的主要技术原则，提出了煤矸石综合利用技术要求。发改 能源2007141号热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定中明确煤矸石综 合利用发电项目，应优先在大型煤炭矿区内或紧邻大型煤炭洗选设施规划建设，具备集中供热 条件的，应考虑热电联产；限制分散建设以煤矸石为燃料的小型资源综合利用发电项目。产 业结构调整指

6、导目录 2011年本鼓励煤矸石、煤泥、洗中煤等低热值燃料综合利用，鼓励矿 井采空区矸石回填技术开发与应用，鼓励单机30万千瓦及以上采用流化床锅炉并利用煤矸石、中煤、煤泥等发电项目，鼓励3000万标砖/年以下的煤矸石、页岩烧结实心砖生产线。十二五资源综合利用指导意见提出继续扩大煤矸石发电及生产建材、复垦绿化、井下充填 等利用规模；鼓励利用煤矸石提取有用矿物元素制造化工产品和有机矿物肥料等新型利用。3.2矸石综合利用率控制要求环发2005109号矿山生态环境保护与污染防治技术政策提出 2010年应达到煤矸石的 利用率达到55%以上的阶段性目标，2015年应达到煤矸石的利用率在 2010年基础上提高

7、5% 的阶段性目标。煤炭工业十二五规划明确提出到2015年煤矸石综合利用率要达到75%。国家发改委加快煤炭行业结构调整、应对产能过剩的指导意见中煤矸石和煤泥利用率达到75%以上”的要求。清洁生产标准 煤炭采选业(HJ 446-2008)规定清洁生产三级标准应 满足当年产生的煤矸石综合利用率不小于70%，相应的二级标准和一级标准分别是不小于75% 和 80%。4煤矸石综合利用现状4.1煤矸石发电根据煤矸石综合利用技术政策要点，含碳量较高(发热量大于4180kJ/kg )的煤矸石，一般为煤巷掘进矸和洗矸，通过简易洗选，利用跳汰或旋流器等设备可回收低热值煤，供 作锅炉燃料。发热量大于6720 kJ/

8、kg的煤矸石可不经洗选就近用作流化床锅炉的燃料。煤矸石发电，其常用燃料热值应在12550 kJ/kg以下，可采用循环流化床锅炉，产生的热量既可以发电，也可以用作采暖供热。这部分煤矸石以选煤厂排出的洗矸为主。煤矸石发电以循环流化床 锅炉为主要炉型。根据十二五资源综合利用指导意见，2010年，全国煤矸石、煤泥发电装机容量达2100万千瓦，相当于减少原煤开采4000多万吨，综合利用发电企业达400多家，带动就业人数近10万人。4.2煤矸石生产水泥根据煤矸石综合利用技术政策要点，在烧制硅酸盐水泥熟料时，掺入一定比例的煤矸 石，部分或全部代替粘土配制生料。煤矸石主要选用洗矸，岩石类型以泥质岩石为主，砂岩

9、含 量尽量少。刘连成等采用低温合成煤矸石水泥的生产工艺，是先对煤矸石进行低温热激活处 理，形成具有活性的矸石渣后，再与生石灰、晶种按比例配合入磨进行粉磨。粉磨后的混合 料，经水热合成、低温焙烧形成水泥矿物，然后加入一定量的石膏制成低温合成煤矸石水泥。 煤矸石用量，可达 70%以上，水泥性能好2。攀枝花钢城集团瑞丰水泥有限公司采用当地煤 矸石替代砂岩配料，在 2500t/d新型干法水泥生产线上进行了普通水泥熟料的煅烧研究和应用 实践。结果表明，这一方案工艺技术上完全可行，且可获得巨大的经济效益和社会效益。其 中，年可消耗攀枝花煤矸石超过110000t，同时可使熟料综合标煤耗下降12.55kg/t

10、以上，吨熟料的余热发电提高量 9.57kWh/t，吨熟料综合电耗减少3.40kWh/t，由此吨熟料生产成本下降18.21元；同时回转窑产量提高5.42t/h，且使熟料28d抗压强度提高了 1.5Mpa3。4.3煤矸石制砖根据煤矸石综合利用技术政策要点，利用煤矸石全部或部分代替粘土，采用适当烧制 工艺生产烧结砖的技术在我国已经成熟，这是大宗利用煤矸石的主要途径。同煤集团与西安墙 体材料研究设计院合作，投资1.8亿元开工建设2.4亿块/a煤矸石制烧结砖工程，2009年6月一期工程1.2亿块/a生产线建成，该项目工程选用塔山洗研为基本原料，其硬度、塑性、热值 均满足相关标准要求，各种理化指标经实验室

11、检验符合国家建筑节能墙体材料要求，每年可消 耗煤研石80万t，减少了环境污染和土地占用，节约了矸石治理成本，同时还安置400人就业，带动了相关机械加工、运输、服务等行业，促进了地方经济发展，为企业健康发展增添了 活力4。4.4煤矸石生产化工产品从煤矸石中可生产多种化工产品，如结晶三氯化铝、固体聚合铝等。结晶氯化铝是以煤矸 石和化学工业副产盐酸为主要原料，经过破碎、焙烧、酸浸、沉淀、浓缩和脱水等生产工艺而 制成的。结晶氯化铝是一种新型净水剂，制取结晶氯化铝的煤矸石要求含铝量较高，含铁量较 低。固体聚合铝是一种高分子铝盐，它是一种新型无机高分子混凝剂，对于生活、生产用水及 工业废水处理，与一般铝盐

12、相比有很大优势。生产方法是用煤矸石与盐酸为原料，生产出结晶 氯化铝，再用结晶氯化铝生产固体聚合铝。杨正虎等以晋城煤矸石为原料，经过粉碎、煅烧、 酸溶、过滤、浓缩蒸发等工艺制备了性能优良的聚合氯化铝。实验确定最佳工艺参数为：焙烧温度750 C,焙烧时间（1+2） h,即600 C下1 h, 750 C下2 h,酸浸温度109 C,酸浸时间3 h，液固比3.0 mL/g。所得聚合氯化铝固体产品AI2O3含量为29%，液体产品AI2O3含量为10%，盐基度为84%，符合GB15892-2009要求5。张俊才以潞安矿区煤矸石为原料，利用 酸浸工艺从煤矸石中提取聚合氯化铝絮凝剂产品，原料制备聚合氯化铝的

13、最佳工艺条件为煅烧 温度650C,酸浸时间2h, 20%的盐酸量200ml，固液比为1: 4,在此条件下氧化铝达到了最 大的溶出率为62.90%6。目前利用煤矸石生产化工产品仍处于研究阶段，没能形成较为有规模的生产模式。4.5煤矸石复垦及回填矿井采空区根据煤矸石综合利用技术政策要点，利用煤矸石作为复垦采煤塌陷区的充填材料，既 可使采煤破坏的土地得到恢复，又可减少煤矸石占地，减少煤矸石对环境的污染。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，根据不同的用途进行处理，如作为 耕种则进行表面复土，作为建筑用地则要采取分层碾压。海孜煤矿针对长期开采造成的大面积 塌陷区，根据因地制宜

14、的原则，对选定的四个项目区进行煤矸石充填复垦工程，工程结束后将 恢复建筑用地30.55hm2，耕地367.44 hm2，同时消耗煤矸石 3153t，既解决了土地利用紧张的 问题，又有利用保护环境，防治环境污染，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益7。旗山煤矿本着”增加有效耕地面积，返耕于民”的思想，采用煤矸石预回填技术对部分采煤塌陷地进行复垦，工程于 2006年8月14日正式开工，至 2007年5月29日完工，开挖土方 27.44 万m,回填拉运煤矸石 51.21万m，回填覆土 26.06万m,复垦后的地面平均高程达到了 31.2m，复垦出的耕地十分平整，耕作层平均厚度在1.2m左右，符合农

15、作物根系活动所需土壤厚度要求，使土地利用率由原来的不足30%提高到100%，向西大吴村人民上交了343亩优质土地8。4.6煤矸石改良土壤利用煤矸石的酸碱性及其中含有的多种微量元素和营养成分，可将其用于改良土壤，调节 土壤的酸碱度和疏松度，并可增加土壤的肥效。高国雄等研究了煤矸石沙障对沙地土壤有明显 的改良作用，使沙地土壤中细粒物质增加，土壤水分含量提高，土壤结构发生改变；土壤中有 机质、全N、速效P速效K含量显著增加9。5前景展望十二国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要明确提出加强资源节约和管理。落实节约 优先战略，全面实行资源利用总量控制、供需双向调节、差别化管理。国家环境保护 五规划明确

16、提出大力推行清洁生产和发展循环经济。深化循环经济示范试点，加快资源再 生利用产业化，推进生产、流通、消费各环节循环经济发展，构建覆盖全社会的资源循环利用体系。煤炭工业十二五规划明确提出到2015年煤矸石综合利用率要达到75%，煤矸石发电节约8500万吨标准煤，煤矸石和粉煤灰制建材节约1000万吨标准煤。大力发展循环经济，2.1亿吨以上。在大中型矿区内，以煤矸石发电为龙头，利用矿井水等资源，发展电力、建材、化工等资源综 合利用产业，建设煤-焦-电-建材、煤-电-化-建材等多种模式的循环经济园区。扩大煤矸石井下 充填、复垦和筑路利用量。在大型选煤厂周边地区建设洗矸、煤泥和中煤综合利用电厂，新增 装

17、机容量5000万千瓦。2015年，煤矸石综合利用量 6.1亿吨，其中，电厂利用 3亿吨，煤矸 石制建材利用1亿吨，煤矸石井下充填、复垦和筑路利用在国家政策的支持和约束下，未来煤矸石综合利用市场发展广阔。由于农业、化工产业对 煤矸石成分要求较高，煤矸石在农业、化工等领域发展速度缓慢。未来几年的发展中，煤矸石 以在能源、建筑材料领域的综合利用为主，向着建立煤-焦-电-建材、煤-电-化-建材等多种模式的循环经济园区方向发展。2012.参考文献1聂永丰等固体废物处理工程技术手册，北京：化学工业出版社,2刘连成，周洪彬.低温合成煤矸石水泥J.新型建筑材料，2007，& 4-6.J.水3陈德谦，蒋光华，赵

18、明荣.采用攀枝花煤矸石替代砂岩配料的生产实践与效益分析 泥工程，2013, 5: 28-31.4王玉明.同煤塔山矿煤矸石制烧结砖工艺技术及应用J.洁净煤技术，2009，15(6)： 102-104.5杨正虎，蔡会武，张勋.晋城煤矸石制备聚合氯化铝的研究J.非金属矿，2012，35(2)： 31-35. 张俊才.煤矸石制取絮凝剂聚合氯化铝的研究J.煤，2011，20( 12)： 12-14.7马荣振，章如芹，朱楠等.海孜煤矿煤矸石充填复垦技术研究J.北京测绘，2013，6:86-88.8皮小云.采用煤矸石预回填技术复垦采煤塌陷地的研究J.山东煤炭科技，2011，2： 167168.9高国雄，李广

19、毅，高宝山等.煤矸石障蔽对沙地土壤的改良作用研究J.水土保持学报,2001，15( 1)： 102-104.收稿日期：2014-3-12作者简介：郭建秋（1982-），女，工程师，北京工业大学环境工程专业硕士学位，2008年7月入职中煤国际工程集团北京华宇工程有限公司，主要从事煤矿项目环境影响评价和竣工 环保验收工作.沁园春雪里冰封，万里雪飘 惟余莽莽；大河上。北国风光，千 望长城内外， 下，顿失滔滔 山舞银蛇，原驰蜡象，欲与天公试 比高。须晴日，看红装素裹，分外妖娆江山如此多娇，引无数英雄竞折腰 惜秦皇汉武，略输文采；唐宗宋 祖，稍逊风骚。一代天骄，成吉思汗，只识弯弓射 大雕。俱往矣，数风流人物，还看今朝。克出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然 侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚 宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏 之路