煤矸石现状分析与综合利用

作者：李子红

来源：《科技创新与生产力》 2014年第8期

李子红1，2

（1. 太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024；2. 山西煤炭运销集团晋城有限公司，山西 晋城 048000）

摘 要：煤矸石是煤炭开采和加工过程中排放的一种废弃物，是工业固体废物中排放和堆存量最大的一种。它侵占了大量的耕地，影响自然景观、破坏生活环境，造成了大气、土壤、水体污染以及自然地质灾害的发生。煤矸石如果合理综合利用，变废为宝，则对人类生产生活有益，使煤炭工业走上可持续发展道路。

关键词：煤矸石；综合利用；可持续发展

中图分类号：TD849 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2014.08.036

1 煤矸石现状与造成的危害

我国是一个煤炭生产和消费大国，每年的煤炭生产和消费总量均达到亿吨级别，煤炭在我国的能源结构比例中已经占到70%以上，大量的产煤造成了煤矸石的大量堆积。

煤矸石是一种混合物，一般把选煤厂或煤炭开采过程中产生的碳质岩、粉砂岩及少量灰岩称为煤矸石。煤矸石的产生途径主要有岩石巷道掘进产生、煤层开采产生、煤炭分选时产生3种。煤矸石的产出量一般要占到煤炭产量的10%，约占全国工业废渣排放量的1/4。据统计，中国现在的煤矸石存储量已经达到41亿t，每年仍旧以亿吨以上的速率不断增加。过去，由于技术和设备的不足与限制，对于煤矸石常常采用直接堆放的方法，对环境与土地造成了极大的破坏[1]。煤矸石对于自然环境的污染有很多种，最主要的是对自然环境造成巨大破坏、矿区及其周边地区大面积扬尘、矿区地表水资源及地下水资源的污染、煤矸石堆积地区土壤与周围植被的污染、大气环境的污染等。

2 国内外煤矸石综合利用现状

自煤矸石的危害被人们意识到之后，世界上很多能源大国开始重视对于煤矸石的处理以及合理利用。人们逐渐对煤矸石的综合利用进行了初步摸索，提出了一些想法。由于技术水平和装备水平整体的提升，在20世纪70年代末期，德国、加拿大、澳大利亚、法国等西方国家在煤矸石综合利用上取得了突破，利用率已经达到30%~50%，有部分矿区甚至达到了100%的利用。英国首先提出将热点转换引入到了煤矸石这个领域，而且就此成立了专门的研究小组。

近年来，不少研究者采用挤出法或者半干法，利用煤矸石作为生产原料，生产出了实心砖和空心砖，以此作为建筑材料，并且取得了不错的环境效益与经济效益。随着国家对环境保护的重视，煤炭环境保护被提上了议程。煤矸石的处理与综合利用也逐渐步入了正轨，主要的处理方法有充填煤矿塌陷区域，充填煤层采空区，发电、生产建筑材料、制砖等。

3 煤矸石综合利用的主要途径

3.1 用煤矸石发电

煤矸石发电是煤炭企业工业废弃物综合利用的重要途径之一，是被实践证明技术上可靠、经济上可行的综合利用和节能项目。煤矸石发电，最关键的就是煤矸石的燃烧利用。使用煤矸石发电，不仅为煤矿生产提供了新的能源，同时也带来了巨大的经济效益和社会效益。现在采用的是流化床技术，它采用沸腾炉和循环流化床锅炉，燃烧掉各种劣质燃料，生成各种氮氧化物和硫化物。

3.2 用煤矸石生产化工产品

煤矸石作为化工原料，通过不同的方法提取煤矸石中的化学元素，然后进行开发。据此衍生出来的化工产品有无水三氯化铝、结晶氯化铝、聚合氯化铝等。

1）无水三氯化铝，白色粉末状物质，因其含有铁和游离氯等杂质，呈淡黄色、黄绿色或者红棕色。该产品吸水性好，易溶于水，放出大量的热量也可以溶于乙醇和乙醚等有机溶剂中。基于以上化学特性，它经常被用作有机合成催化剂，大量用于化工、工业生产实践。

2）结晶氯化铝，可以吸附水中的铁、氟等元素，经常性地被当作新的净水剂使用。它具有质量稳定、操作便捷、综合经济效益高等优点。

3）聚合氯化铝，含有氢氧根离子和多价阴离子，主要用于净化饮用水以及给水的特殊水质处理。在工业废水处理中，常用于印染废水处理等。除此之外，还用于精密铸造、制造橡胶、制作皮革、医学药品、石油、化工以及染料。

3.3 用煤矸石生产建筑材料

将煤矸石作为原料来生产建筑材料，这是煤矸石综合利用的第二大方法[2]。它的衍生产品包括砖、水泥、混凝土及其制品。

1）制砖。砖是以黏土、页岩、煤矸石、粉灰煤为主要的材料，经过制备、成型、干燥盒焙烧而成。煤矸石制砖的主要工艺流程为：破碎、粉磨、搅拌、压制、成型、干燥（排湿）、焙烧、成品。基于煤矸石的化学物理特性，它是很好的新原料，具有节约能源、节省土地、节约耕地等优点。

2）生产水泥。煤矸石成分复杂，主要包含硅、钙、铝、铁、镁的氧化物和某些稀有金属，与黏土的成分具有很大的相似之处，可以成功地替代所需要的酸性氧化物等。煤矸石在水泥工业中已经大量被应用，技术水平比较成熟，常被用作生产水泥的原材料，作为水泥生产的混合材料，也被用作生产特殊水泥，生产无熟料和少熟料等。

3）生产混凝土及其制品。煤矸石混凝土是把自然的或者人工煅烧的煤矸石，添加很少的石膏、石灰混合，碾磨到标准程度，作为凝胶材料，同时工业废料和天然砂被用作粗、细骨料，将它们二者按照配比添配，加入清水搅拌即可。

3.4 用煤矸石作填筑材料

1）作为井下护巷充填材料[3]。护巷充填一般包括巷道支架壁后充填和无煤柱开采沿空留巷巷旁充填。矸石类的充填材料是将水泥作为胶结材料，以煤矸石粉作为骨料，另外加入添加剂配置而成，是一种混合型的充填材料。

2）用于地表塌陷的充填复垦。中国煤炭开采大约94%以上为井下开采，因此引发的地表塌陷下沉每年达到了2万hm2，对于土地尤其是耕地的破坏相当巨大。将煤矸石作为充填材料填

充采空区时，应当采取分层充填的方法，每层单独碾压单独喷洒石灰水，如此一来就可以获得较好的地基稳定性能与承载能力。

3）作为筑路材料。煤矸石利用水硬性凝胶材料或者沥青胶结后，使它的表面封闭起来，这样即使浸水或者受冻后都可以保证稳定，承受重压，可以作为公路的基层、底基层、铁路路基等材料。

3.5 用煤矸石作农业化肥

煤矸石作为农业化肥，必须符合以下技术标准：有机质的含量大于20%，粒径小于6 mm；煤矸石中植物生长的必需元素N，P，K含量要高；煤矸石中应该富含植物生长所需的微量元素，有害的微量元素含量应达到最低要求，具体要求见表1、表2。目前煤矸石作为农业化肥使用，取得了良好的经济效益。

4 综合利用现存问题与改善建议

1）综合利用总体水平比较低。技术不够成熟，装备比较落后，企业生产经营规模较小，企业整体竞争能力不高。

2）地区之间发展不平衡。我国的煤炭资源主要集中在山西、陕西、内蒙古，但是这几个省份的煤矸石综合利用率却比较低，仍然达不到30%。然而在东部沿海城市和南方城市，煤矸石综合利用却发展的比较快，利用率也比较高。

3）缺少经济支持，优惠政策落实比较难。煤矸石用来发电，在电价以及调峰等方面涉及到了电力企业的利益，落实起来比较困难。再加上煤炭行业整体的低迷走势，资金整体投资的减少，对于煤矸石综合处理经济上的支持更加少之又少。

在认清煤矸石综合利用方面面临的巨大问题之后，从长远发展考虑，应该继续坚持综合利用，积极推进资源环境的可持续发展战略。首先加大研发力度，结合不同矿区的具体情况，采用不同的处理方法，加强高技术设备的使用率；重视煤炭资源的整体规划与资源的整合，形成合力；调整煤炭与电力等能源的产业结构，拓宽资金来源渠道，增加资金投入，全面推进煤矸石的综合利用。

综上所述，煤矸石的严重危害已经得到共识，合理高效地解决煤矸石的综合利用问题已经刻不容缓。应当合理规划、全面布局，采用先进的设备与技术，将煤矸石变废为宝，促使煤炭行业走出低迷，走向可持续发展道路。

参考文献：

[1] 徐友宁,袁汉春,何芳,等.煤矸石对矿山环境的影响及其防治[J].中国煤炭,2004(9):50-52.

[2] 裴晓东,张人伟,杜高举,等.煤矸石的综合利用技术探讨[J].煤矿安全,2008(9):100-101.

[3] 王有俊.煤矿矸石井下处理技术[J].矿山压力与顶板管理,2005(1):115-117.

（责任编辑 高 远）