我國北方煤矸石現(xiàn)狀及綜合利用初探

王玉民

(琿春礦業(yè)集團 八連城煤礦，吉林 琿春133300)

0 前言

2013年，煤炭產(chǎn)量在37億噸左右，是我國最為重要的能源之一。在煤炭開采及下游加工過程中，產(chǎn)生出大量的煤矸石。目前，我國煤矸石堆放量超過40億噸，在所有的工業(yè)廢棄物中，煤矸石所占比例最大。由于受主客觀因素的限制，在過去的煤炭開采過程中，煤矸石往往作為廢棄物隨意丟棄，占地約25萬多公頃[1]。

因此，徹底解決煤炭開采產(chǎn)生的煤矸石和歷史遺留的矸石山等問題，實現(xiàn)煤矸石的無害化處理及資源化利用，可有效保障礦區(qū)的土壤、大氣、地下水、地表水等環(huán)境要素的質(zhì)量安全，并改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，以保證現(xiàn)代煤炭企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 煤矸石的主要特征

從化學(xué)成分上看，煤矸石主要是由無機質(zhì)組成，同時包括少量的有機質(zhì)。無機質(zhì)主要包括 Si、O、Al、Fe、Ca、Mg、K、Na、P、Ti、重金屬和稀土元素等，SiO2和Al2O3所占的比例最大，SiO2一般在40-60%，Al2O3在15-30%[2]。

2 煤矸石存在的主要問題

到目前為止，我國北方的煤矸石主要以露天堆放的方法為主要處置方式，已帶來的環(huán)境問題，主要體現(xiàn)在[2]：

（1）污染水體。煤矸石及其風(fēng)化物無粘結(jié)性，顆粒物通過淋溶作用進入地下水、地表徑流進入地表水，煤矸石所含有的重金屬和其他有毒物質(zhì)可導(dǎo)致水體污染。

（2）污染大氣。煤矸石風(fēng)化以及滾落擠壓的破碎作用會導(dǎo)致大量形成細(xì)小顆粒物，甚至包括PM2.5，在風(fēng)天形成揚塵而污染大氣。北方的煤矸石山多存在自燃現(xiàn)象，彌散出大量的SO2、CO、NOx、H2S等有害氣體。

（3）污染土壤。淋溶作用、地表徑流和大氣攜帶煤矸石次生細(xì)小顆粒物擴散到周圍土壤，使土壤的物理結(jié)構(gòu)變劣、肥力下降、重金屬含量增加。

（4）破壞自然景觀。相對于土壤而言，煤矸石的風(fēng)化程度低，植物難于生長；且矸石山地溫高。因此，木本植物無法在矸石山生長，近乎“禿山”。矸石山往往是礦區(qū)的“標(biāo)志性建筑”。

3 資源化利用途徑

（1）填充采空區(qū)和塌陷區(qū)。通過“挖深墊淺”等方式，利用煤殲石作為充填材料，進行采空區(qū)和塌陷區(qū)的回填，是煤矸石大宗利用最為直接的方式。

（2）作路基路面材料。煤矸石與熟石灰按一定比例混合形成的灰矸材料，具有耐壓、耐水、施工簡單、成本低等特點，尤其在抗凍防裂性能上，是北方最具有廣泛的推廣價值的路基材料之一。在修建的鶴崗至伊春高速公路時，就采用了鶴崗煤礦煤矸石作為路基填料[3]。

（3）煤矸石發(fā)電。選用熱值高于1500kcal/kg的矸石作為火力發(fā)電原料，是煤矸石綜合利用的重要途徑。在煤炭企業(yè)上規(guī)模的非煤產(chǎn)業(yè)項目中，煤矸石發(fā)電項目占有絕對比重。目前，全國煤矸石電廠裝機容量已達500萬千瓦以上，年消耗矸石量約5000多萬噸。從全國來看，煤矸石發(fā)電經(jīng)過多年發(fā)展，盡管裝機規(guī)模很小，但在燃燒技術(shù)、環(huán)保技術(shù)等方面已經(jīng)取得了長足的進步，已趨于成熟，值得北方煤礦借鑒，但從燃燒技術(shù)層面，要采用新型的超臨界循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，以提高熱效率、降低污染。

（4）農(nóng)業(yè)應(yīng)用。煤矸石的農(nóng)業(yè)應(yīng)用主要體現(xiàn)在有機肥源、肥料和農(nóng)藥載體和改良土壤等方面。在通透性較差的鹽堿地適量施入煤矸石，可促進農(nóng)作物生長，提高產(chǎn)量。

（5）煤矸石制磚。由于北方建筑對節(jié)能要求較高，近年來對空心保溫磚的需求量大增，很多建筑材料公司利用人工煅燒或自燃煤矸石作為骨料，以水泥作為膠凝材料，添加其他輔助料加工空心保溫磚，市場前景較好。

（6）生產(chǎn)水泥。為調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，國家加大對第一產(chǎn)業(yè)的投資，對水泥等建筑材料需求量劇增，而受水土保持和環(huán)境影響評價等制度的限制，水泥原料開采受到制約。我國北方有相當(dāng)部分煤矸石的硅鋁的含量較高，化學(xué)成分與粘土極為相似，可以代替水泥生產(chǎn)過程中的粘土配料。根據(jù)煤矸石成分的不同，不僅可以用于生產(chǎn)水泥熟料、少熟料水泥、普通硅酸鹽水泥和白水泥，而且還用于生產(chǎn)快硬水泥、噴射水泥等專用水泥。

（7）生產(chǎn)陶粒。符合膨脹要求的煤矸石，經(jīng)過破碎→預(yù)熱→高溫?zé)洝鋮s→分級制成煤矸石陶粒，已在七臺河煤礦進行生產(chǎn)。陶?？山档徒ㄖ镒灾?，也可用于無土栽培和過濾。

（8）加工陶瓷產(chǎn)品。利用煤矸石成分與粘土相近的特點，可以利用煤矸石加工日用陶瓷、釉面磚。北焙陶瓷廠利用嘉陵煤礦的煤研石生產(chǎn)高檔馬賽克，在北方尚未出現(xiàn)；江西新華煤礦煤矸石中Fe2O3含量高，呈現(xiàn)紅色，可生產(chǎn)不上釉的紅地磚，其生坯強度增大。

（9）生產(chǎn)新型材料。利用某些煤矸石的特殊性質(zhì)，生產(chǎn)中碳化硅（導(dǎo)熱率高、耐磨性強、耐腐蝕性的耐高溫材料）、A4分子篩（人工沸石，其他方法生產(chǎn)成本高）、增白和超細(xì)高嶺土、白炭黑,等。

（10）化工產(chǎn)品生產(chǎn)。主要利用煤矸石中的Si、Al含量搞得特點，生產(chǎn)硅鋁化工品。如氧化鋁、硫酸鋁、氯化鋁、鐵鋁合金等。

硫酸鋁在造紙、水處理中作沉淀劑或絮凝劑，還可作泡沫滅火器的內(nèi)留劑，制造明礬、鋁白的原料，石油脫色、脫臭劑等，應(yīng)用十分廣泛。一些學(xué)者利用遼陽某改成生產(chǎn)的硫酸鋁進行吉林省西部鹽堿土改良，可顯著改善鹽堿土的通透性、并減低pH值。

［1］馮蕊.煤矸石綜合利用發(fā)展方向研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2013（5）：122-125.

［2］王國平.遼寧阜新煤矸石資源化研究[D].成都理工大學(xué)，2005.

［3］李宗耀.寒冷地區(qū)綜合利用煤矸石筑路技術(shù)研究[D].長安大學(xué)，2008.