煤矸石的危害与资源再利用

煤矸石的危害与资源再利用

摘要：随着经济的发展，固体废弃物的污染越来越严重，而煤矿中固体废物污染问题又较为严重，煤矸石就是典型的煤矿固体废物，所以对煤矸石的处理就显得尤为重要。如何实现废物再利用，资源再回收，寻找高效的利用方法，这些都为当前矿山环境中热门课题。

关键词：煤矸石 环境危害 资源再利用 一、引言

在矿产开发生产的过程中会产生大量的煤矸石，煤矸石作为矿山生产的过程中不可避免的固体废物，对其处理和利用一直都是煤矿行业重要的研究问题。据资料显示，我国煤矸石产量约为原煤产量的15%—20%，目前全国历年煤矸石积存量已达30亿吨以上，占地2.3万公顷。随着近几年来资源的消耗量越来越大，煤炭的生产量也是日益增多，因此不可避免的煤矸石的产生速度也以1.5亿吨/年增长。煤矸石的过量堆积不仅侵占了土地，同时也破坏了水源和耕地，破坏生态环境，影响和制约了矿业经济的可持续发展[1]。因此，对煤矸石的问题现在也越来越重视，对煤矸石的处理和资源再利用也成为新的研究方向。

二、煤矸石的组成及其危害

煤矸石是煤炭开采过程中所不可避免产生的固体废物，或者在洗煤厂中筛选出的坚硬的黑色岩石，这种岩石含煤量低不易燃烧。煤矸石的主要来源有：1、煤矿开采过程中从煤层中剥离出来的矸石；2、洗煤过程中排出的部分矸石；煤矸石的化学组成以氧化物为主，比如含有SiO2、Al2O3、Fe2O3等，有些矸石也含有少量稀有元素。

煤矸石的危害有以下几个方面

1 压占大量土地

煤炭是我国的第一能源，占能源消费总量的67%以上，我国发电总量的70%由燃煤电厂供给[2]。由于国内的技术相对落后导致煤矸石的综合利用率偏低，截止2006年，我国的煤矸石占地面对达到35万hm2以上，且以0.2-0.5 hm2的速度增加，矸石山积存总约30亿t。煤矸石侵占的不少为耕地，这也加剧了我国人多地少的紧张局面，例如，平顶山矿区开发的短短40年中，仅平煤集团总公司所属煤矿及选煤厂排放煤矸石山31座，矸石积存量4000万t，占地100hm2，其中78%为可耕地，按当地平均种植水平，每年少收获粮食约62.6万kg，相当于1500 多人的粮食占有量[3]。

2 煤矸石堆积污染水源

煤矸石对水体的污染主要是通过矸石山的长期大量堆积，由于降雨，雨水通过矸石山入渗到地下水体，在通过煤矸石的过程中发生了溶解反应产生了多种盐类溶液，特别是有些地区的矸石中含有重金属矿物，这些重金属对水体严重污染，渗入到地下水中对周边区域环境造成恶劣影响。其次，长期堆积在露天的矸石与空气中的水和大气发生化学反应，产生硫化物污染空气的同时，通过降水等方式进入地表地下水污染周边水源。

3 煤矸石的堆放污染土壤环境

煤矸石中含有SO2、SiO3、Al2O3、Fe、Mn等常量元素，并且还含有少量有毒重金属如Hg、Pb、Ga、Ti、Sn、V、Co等，煤矸石经风吹、日晒、雨淋等分化作用，部分元素浸入土壤中，造成土壤污染[4]。煤矸石中含有的SO2和SO3分属于酸性污染物，与水反应作用生产的酸类通过降雨等渠道对人畜、农作物和建筑物有严重的破坏性，严重可以使人畜生病死亡，矸石山周边的土壤不能生长植物。4 煤矸石的堆放污染空气

矸石颗粒扬尘是矿区及周边地区空气污染的主要污染源，由于堆放的煤矸石的自然风化，一旦遇到风沙天气矸石的悬浮颗粒和少量的煤粉被吹到大气中四处飞扬，造成粉尘污染。煤矸石具有自燃的性质，长期在空气中堆放容易产生CO、SO2、SO3、NOX等有害气体和烟尘。由于空气中酸性气体的含量过高，一旦降雨势必会对该地区的水环境造成污染，形成空中、地表、地下立体式煤矿环境污染。

三、煤矸石的资源再利用

对于煤矸石的控制与利用应该遵循“减量化、资源化、无害化”三个原则。减量化是指通过改进煤炭开采过程的工艺，尽量减少矸石的排出；资源化是指煤矸石中含有具有潜在活性的硅铝成分，可以用作资源进行再利用；无害化是指对煤矸石进行处理，使其对环境无危害或者是对环境的污染降到最低。

煤矸石的综合利用已经引起政府的足够重视，为提高煤矸石的综合利用率和应用技术水平，国家相关部委已经颁布了相关的应用技术条件和优惠政策。

从综合利用率以及利用广泛度来看，煤矸石的资源再利用技术主要运用于以下几个方面。1）回收煤炭和黄铁矿，有些经过洗选出的煤矸石中还含有一定数量的煤，有些富集黄铁矿等矿物。通过简易的工艺，从煤矸石中筛选出劣质煤，挑出黄铁矿，或者通过跳汰机——平面摇床流程中回收黄铁矿、劣质煤和中等煤。黄铁矿作为重要的化工原料极具有回收价值，而回收的中煤，洗混煤可以作为燃料回炉；2）发电，经过处理后洗中煤和洗矸石混合发电。发电厂要尽量选择在洗煤厂附近，降低运输成本。筛选适合燃烧煤矸石其应用基低位发热量不大于12550千焦／千克，选择用75吨/小时以上的循环流化床锅炉，这就要求洗煤厂

年产量至少200万吨/年。煤矸石发电厂对于锅炉的要求也必须至少达到除尘，脱硫的技术要求避免发电厂对矿区的二次污染。3） 矿区采空区较大，容易出现沉陷地面，堆积在露天的矸石可作为填充物充填采煤塌陷区，对于开发较早尚未形成大面积沉陷区的可采用预排矸复垦。通过排矸复垦不仅矸石山被处理掉，所占用的土地也可以复垦开发。有些煤矿建有的处理厂可以把矿区每天产生的大量粉煤灰作为沉陷区的填充物填充，同时还可以避免了粉尘污染。4）造地与铺路，通过实验论证，洗选矸石的低级承载力，压缩变形量，抗剪强度各项数据都好于普通粘土的指标。矿区可根据当地建筑环境选择性的运用矸石作为回填物。其中公路可选用洗选过的矸石作为路基来铺垫，厂房以及洗煤厂对铺垫环境要求较低的建筑也可采用矸石来处理。5） 利用煤矸石生产建筑材料：现在建筑使用量最大的就是水泥和砖了，矿区可以推广利用以煤矸石为代替粘土为原料配制生产水泥，洗矸石经过碎石机等一系列特殊工艺处理可以达到或比粘土更高的品质。煤矸石空心砖是近几年国家大力支持发展的项目，在煤矸石相对集中的矿区周边建立煤矸石烧砖厂，通过改进生产工艺和装备，主要以烧结砖为主，并开发生产高掺量、多孔洞率、高保温性能、高强度的承重多孔砖，或带有外饰面的清水墙砖。这就对原料要求较高，砖厂需要改造软塑成型、自然干燥工艺对原料均化处理。煤矸石利用率达到40%——60%就能使砖厂良好运转长年盈利。总之利用煤矸石生产建筑材料既实现了资源化目的，解决了矸石堆积问题，又代替了粘土做原料，防治粘土的过度开挖。

五、结语

煤矸石作为煤矿行业不可避免产生的固体废物，如果合理的处理利用能让让这种二次资源充分发挥“余热”根据各地煤矸石的化学成分的不同，选择最佳的利用方法。我们不但可以恢复其原有使用价值，还能够开发出众多新的利用途径。利用它可以生产多种建筑材料、化工产品及冶金产品，它还能在建筑工程、农业等众多行业利用。综上几种主要的煤矸石资源化途径，个人通过调查分析认为煤矸石发电和煤矸石制作砖还是非常有发展前景的，首先煤矸石产于矿区，矿区是个能源消耗污染地区，用煤矸石发电不仅解决了环境问题，而且减低生产成本。煤矸石砖厂也是国家大力扶植的可持续产业，利用矿区生产废料作为原料生产矸石砖，有效的解决了矸石堆积，粘土开挖过量的环境生态问题。因地制宜的处理煤矸石，合理再利用煤矸石是矿区治理煤矸石的一个新方向，也符合国家可持续发展战略。

[1]孙海,刘宁煤,矿环境污染问题研究[J],矿产保护与利用,2000(04),20-23

[2]杨起,中国的煤炭资源[R].见:朱光亚、周光召.共同走向科学—百名院士科技系列报告集(上),北京新华出版社,1997

[3]董雪玲,大气可吸入颗粒物对环境和人体健康的危害[J].资源•产业,2004,5(5):50-53

[4]潘志刚,姚黼,黄文辉.煤矸石的污染危害与综合利用途径分析[J].资源产业,2005,7(1):46-49

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