我國粉煤灰消納問題的解決對策
——以內(nèi)蒙古自治區(qū)為例

劉樹森，云治厚，其其格，白云松，柴 靜

(1.錫林郭勒職業(yè)學(xué)院褐煤粉煤灰工程技術(shù)研究院，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000；2.中國人民政治協(xié)商會議內(nèi)蒙古自治區(qū)委員會，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

我國資源豐富，但種類之間卻缺乏均衡，“富煤貧油少氣”的資源稟賦使我國能源結(jié)構(gòu)長期倚重于煤炭[1-3]，截至2018年，我國能源結(jié)構(gòu)中煤炭占比近60%，且預(yù)計到2025年仍將占據(jù)能源結(jié)構(gòu)中近50%的比例[4](圖1)。以煤為主的能源結(jié)構(gòu)決定了煤電在我國電力結(jié)構(gòu)中較高的占比，國家統(tǒng)計局2020年數(shù)據(jù)顯示，2019年我國火電裝機容量119 055萬kW，約占全國電力總裝機容量的60%[5]。作為煤炭燃燒產(chǎn)物的粉煤灰也隨之大量產(chǎn)生，我國粉煤灰產(chǎn)量在2014年左右達到5億余噸的峰值，利用率70%左右，每年凈增加1億多噸[5]。內(nèi)蒙古自治區(qū)是國家重要的煤電能源基地，據(jù)自治區(qū)住建廳統(tǒng)計，2018年全區(qū)粉煤灰產(chǎn)量近7 000萬t，但綜合利用率僅30%左右，給脆弱的草原生態(tài)帶來了巨大的壓力。因此，明晰當(dāng)?shù)胤勖夯蚁{問題及其產(chǎn)生的原因，形成符合地區(qū)資源環(huán)境特點的合理解決對策，促進粉煤灰綜合利用水平的提升，將可以在解決固廢污染的同時，豐富產(chǎn)品總類，兼具社會效益與經(jīng)濟效益。

1 研究基礎(chǔ)

1.1 研究背景和研究方法

內(nèi)蒙古自治區(qū)政協(xié)聚焦自治區(qū)粉煤灰的產(chǎn)生與利用，將“提高粉煤灰綜合利用水平，加大粉煤灰污染防治力度”列入了《(內(nèi)蒙古)自治區(qū)2019年度政協(xié)協(xié)商計劃》和內(nèi)蒙古自治區(qū)政協(xié)主席會議安排，組織專題調(diào)研組對粉煤灰相關(guān)管理部門和粉煤灰生產(chǎn)的代表性盟市進行調(diào)研。調(diào)研組通過座談交流和實地察看的方式對錫林郭勒盟、呼倫貝爾市、鄂爾多斯市的粉煤灰產(chǎn)量、類型、綜合利用方式、比例以及現(xiàn)存粉煤灰相關(guān)問題進行了考察，通過座談、函調(diào)等方式對包括自治區(qū)住建廳、能源局、環(huán)保廳等相關(guān)部門在粉煤灰消納領(lǐng)域的政策、所掌握數(shù)據(jù)及后續(xù)工作方向進行了了解。本文以內(nèi)蒙古自治區(qū)政協(xié)調(diào)研組所獲得的數(shù)據(jù)與信息為基礎(chǔ)，結(jié)合文獻，系統(tǒng)深入地分析內(nèi)蒙古自治區(qū)所面臨的粉煤灰消納問題，并針對性地提出解決對策。

1.2 內(nèi)蒙古自治區(qū)粉煤灰分布現(xiàn)狀

由于我國煤炭資源分布相對集中，內(nèi)蒙古、山西、陜西三省/自治區(qū)的煤炭保有量占全國的60%左右[7]，也因此以上省區(qū)的火電廠較多，集中產(chǎn)生的大量粉煤灰的消納問題較為突出。相比沿海和東部地區(qū)，煤炭主產(chǎn)區(qū)多存在經(jīng)濟發(fā)展滯后、遠離市場的情況，這更加劇了粉煤灰的產(chǎn)消失衡。

內(nèi)蒙古自治區(qū)是全國主要的煤電基地之一，根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)工業(yè)和信息化廳2019年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2018年底，全區(qū)火電裝機8 219 萬kW，居全國第三，2018年外送電量1 806 億kW·h，全國第一[8]。隨著大量煤炭的使用，每年產(chǎn)生的粉煤灰已近7 000萬t(數(shù)據(jù)來自內(nèi)蒙古自治區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳的統(tǒng)計結(jié)果)，隨著燃煤電廠的繼續(xù)投建，該數(shù)字還在繼續(xù)擴大(表1)。

表1 2008—2018年全區(qū)粉煤灰產(chǎn)量*

**：預(yù)測值。

1.3 內(nèi)蒙古自治區(qū)粉煤灰的主要類型

內(nèi)蒙古自治區(qū)粉煤灰的差異主要體現(xiàn)在Al2O3含量上。以Al2O3含量為標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)蒙古自治區(qū)粉煤灰可分為兩類，以錫林郭勒盟和呼倫貝爾市兩地區(qū)為代表的低鋁粉煤灰(Al2O3含量30%以下)和以鄂爾多斯地區(qū)為代表的高鋁粉煤灰(Al2O3含量30%以上)。其中高鋁粉煤灰鋁含量最高可達51%，屬于優(yōu)質(zhì)的提鋁原料(表2)。

表2 三盟市粉煤灰中Al2O3含量*

*：數(shù)據(jù)來源于各盟市政府提供的對2018年粉煤灰的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

表2中數(shù)據(jù)顯示，相比錫林郭勒和呼倫貝爾，鄂爾多斯地區(qū)的粉煤灰中氧化鋁含量較高，40%的含量使其具備了提鋁的條件。據(jù)估算，當(dāng)?shù)馗咪X煤全部轉(zhuǎn)化為粉煤灰后預(yù)計將產(chǎn)生粉煤灰150億t[9]，有望成為重要的鋁資源，補充我國鋁礦的不足。而另外兩個地區(qū)的粉煤灰中氧化鋁含量偏低，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，經(jīng)濟性較差，不能滿足規(guī)?；徜X的要求。

除鋁含量差異外，內(nèi)蒙地區(qū)粉煤灰多富含微量有價元素，如鄂爾多斯地區(qū)粉煤灰中含鎵[10]，錫林郭勒地區(qū)粉煤灰中含鍺[11]，這些元素都有重要的應(yīng)用價值，直接影響到粉煤灰的利用和消納方式。

1.4 粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀

調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2018年區(qū)內(nèi)所產(chǎn)生的粉煤灰中有2 000余萬t實現(xiàn)了綜合利用，利用率僅為30%，主要用于生產(chǎn)水泥、建筑用磚和山體修復(fù)等方面，其余基本通過回填的方式實現(xiàn)了無害化處理。以2018年鄂爾多斯、呼倫貝爾和錫林郭勒三盟市的粉煤灰生產(chǎn)與消納數(shù)據(jù)為例可以看出內(nèi)蒙古自治區(qū)整體粉煤灰利用的現(xiàn)狀(表3)。

表3 三盟市2018年粉煤灰產(chǎn)量、利用途徑與利用率

**：數(shù)據(jù)來自于文獻[12]。

可以看出，現(xiàn)有的利用途徑已經(jīng)實現(xiàn)了部分粉煤灰的綜合利用，但仍有大量粉煤灰需要消納。以利用率較高的錫林郭勒盟為例，粉煤灰綜合利用率42.7%，主要利用方式包括生產(chǎn)水泥、蒸壓磚、蒸汽砌塊和進行山體修復(fù)等。經(jīng)調(diào)查，2018年錫盟近30%的粉煤灰是通過外運至赤峰、北京周邊等地進行消納的。從三個盟市的數(shù)據(jù)上分析，都普遍存在當(dāng)?shù)乩靡?guī)模和下游消費市場規(guī)模有限，要解決粉煤灰問題，可重點考慮在外運消納上做文章。

從利用方法上看，內(nèi)蒙古自治區(qū)粉煤灰利用的主要途徑是生產(chǎn)水泥、建筑用磚和山體修復(fù)，在調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)均存在一定問題，主要體現(xiàn)在：

(1)水泥生產(chǎn)中添加粉煤灰可以降低成本，但添加粉煤灰后會影響其強度[13，14]，而低強度水泥的市場需求較少，同時水泥的運距較短，因此水泥行業(yè)可以消納的粉煤灰總量有限。

(2)建筑用磚一直是粉煤灰消納的主要途徑，蒸壓磚[15]、蒸汽砌塊[16]、燒結(jié)磚等[17]都是主要的建筑用磚，但這些磚都具有附加值低、運距短的缺點，只適合就地消化，而內(nèi)蒙古自治區(qū)當(dāng)?shù)厥袌鲂?，?yán)重限制了該方向的粉煤灰消納量。

(3)相比以上兩個利用方向，山體修復(fù)的粉煤灰消納量更大，但部分地區(qū)并未將其統(tǒng)計入綜合利用的范疇。因為山體修復(fù)、礦坑/礦井回填等在傳統(tǒng)概念上是填埋而非利用，且該過程對粉煤灰的處理較為簡單，技術(shù)含量較低。而且，目前缺乏針對粉煤灰山體修復(fù)或礦坑/礦井回填的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這也從客觀上增加了該方向的統(tǒng)計和監(jiān)管難度。而從需求上看，多數(shù)煤炭開采區(qū)都有需要回填的礦坑礦井，如果能將山體修復(fù)或礦坑/礦井回填的需求與粉煤灰消納的需求相結(jié)合，將可以同時解決兩個由煤炭開采利用產(chǎn)生的問題，社會效益較大。

1.5 內(nèi)蒙古有關(guān)粉煤灰綜合利用現(xiàn)行政策分析

內(nèi)蒙古自治區(qū)政府以及相關(guān)盟市已將粉煤灰綜合利用列入了重點工作中，多地出臺了相關(guān)的政策或指導(dǎo)意見。2017年印發(fā)的《內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)環(huán)境保護“十三五”規(guī)劃》(內(nèi)政辦發(fā)〔2017〕95號)中明確提出要鼓勵固體廢物綜合利用和處置的優(yōu)惠政策，拓寬廢物綜合利用市場，并指出要促進粉煤灰在提鋁和筑路方向的應(yīng)用。2018年出臺的《內(nèi)蒙古自治區(qū)促進新型墻體材料發(fā)展辦法》(內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府令第233號)，明確提出限制粘土磚的使用，為粉煤灰制品提供市場。2019年3月，自治區(qū)工信廳印發(fā)的《全區(qū)工業(yè)和信息化2019年工作要點》(內(nèi)經(jīng)信字〔2019〕138號)中，對推進以粉煤灰為主的大宗工業(yè)固廢的綜合利用提出了指導(dǎo)性意見。盟市中，錫林郭勒盟2018年出臺了《粉煤灰綜合利用管理暫行辦法》(錫署發(fā)〔2018〕167號)，對粉煤灰的綜合利用給出了相對具體的指導(dǎo)意見；鄂爾多斯市直接投入經(jīng)費為當(dāng)?shù)仉姀S與煤化工企業(yè)建設(shè)規(guī)范化堆場，化解粉煤灰堆放問題。以上政策措施體現(xiàn)了自治區(qū)政府和相關(guān)盟市對于粉煤灰消納問題的重視，但意見主要針對已有技術(shù)的方向指導(dǎo)，且多停留在宏觀層面，缺乏直接支持鼓勵企業(yè)將實用技術(shù)落地的具體政策；缺乏在科研層面對于新技術(shù)、新方向的支持與引導(dǎo)，不利于企業(yè)的投資和項目研發(fā)。

2 內(nèi)蒙古粉煤灰綜合利用的主要問題

2.1 利用途徑少，綜合利用率低

內(nèi)蒙古自治區(qū)煤炭資源豐富，是國家重要的能源與火電基地，粉煤灰產(chǎn)量大，待消納量大；地域面積大、人口總量小，當(dāng)?shù)氐氖袌鲆?guī)模有限；地處國家北疆，交通運輸條件有限，且粉煤灰的運輸需要專業(yè)運輸方式，使得粉煤灰外運成本高且不便利。同時，內(nèi)蒙古大草原也是我國北方重要的生態(tài)屏障，而草原生態(tài)相對脆弱[18]，對粉煤灰的堆存、回填等要求較高。這些特點與現(xiàn)狀是導(dǎo)致目前內(nèi)蒙古自治區(qū)大量粉煤灰難以消納的根本原因，也凸顯了內(nèi)蒙古自治區(qū)解決粉煤灰問題的緊迫性。

所列舉內(nèi)蒙古自治區(qū)及三個代表性盟市的數(shù)據(jù)表明，目前內(nèi)蒙古自治區(qū)粉煤灰利用比例接近30%，低于全國70%的平均水平，其余多通過回填進行消納，利用率偏低。而利用方式中以建筑用磚/墻體材料和水泥生產(chǎn)以及山體修復(fù)為主，三者消耗的粉煤灰占粉煤灰總利用量的90%以上，利用途徑少。雖然各盟市相關(guān)企業(yè)也在針對不同性質(zhì)的粉煤灰嘗試多種利用方式進行消納，但目前還無其他可規(guī)?；瘧?yīng)用的技術(shù)產(chǎn)生。

2.2 回填比例高卻缺乏科學(xué)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

作為我國主要煤炭產(chǎn)區(qū)，煤炭開采中所產(chǎn)生的采空區(qū)也有回填和修復(fù)的實際需要。調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，內(nèi)蒙古自治區(qū)通過回填消納的粉煤灰占總產(chǎn)量的70%，是目前粉煤灰消納的主導(dǎo)方式。雖然各地方政府以及煤電、煤化工企業(yè)均十分重視回填過程，但卻缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)研顯示，部分地區(qū)要求企業(yè)按照礦坑回填標(biāo)準(zhǔn)進行操作；有些地區(qū)要求企業(yè)按照垃圾填埋的標(biāo)準(zhǔn)進行操作；還有些地區(qū)管理部門無明確標(biāo)準(zhǔn)，要求企業(yè)根據(jù)環(huán)保要求設(shè)計廠內(nèi)的回填操作規(guī)范。由于國家和自治區(qū)層面并無粉煤灰回填的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范，容易衍生出新的環(huán)境問題，既不利于該消納方式的推廣，也不利于相關(guān)管理部門的監(jiān)管，更直接影響到了相關(guān)優(yōu)惠扶持政策的落實。

2.3 粉煤灰的資源屬性開發(fā)度低

粉煤灰除主要成分SiO2、Al2O3外還含有Fe、Ca、Ni、Mg等金屬氧化物[19]和多種重金屬[20]，這使粉煤灰可能帶來粉塵和重金屬污染的同時，也擁有了豐富的應(yīng)用潛能[19]。目前已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)模化利用的方式主要集中在墻材、建材領(lǐng)域，對粉煤灰的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)要求較低。僅錫林郭勒地區(qū)部分含鍺褐煤粉煤灰實現(xiàn)了小規(guī)模的商業(yè)級提鍺應(yīng)用，鄂爾多斯地區(qū)粉煤灰中鋁和鎵的提取仍然處于示范階段。同時，以SiO2和Al2O3為主要成分的粉煤灰，具有成為優(yōu)質(zhì)吸附劑、催化劑和多種功能材料的潛能[21-24]，但目前這些潛在應(yīng)用方向得到的關(guān)注遠小于墻材和建材技術(shù)，多處于實驗室研究階段。

粉煤灰的消納，從量上而言更多倚重大宗消納技術(shù)，但其綜合利用水平的提升與其資源屬性的開發(fā)密不可分。在推進大宗利用技術(shù)落地的同時，也應(yīng)重視并切實推動高附加值技術(shù)的研發(fā)與轉(zhuǎn)化落地。否則粉煤灰所具有的資源屬性得不到有效開發(fā)，只會使大量潛在資源被浪費。

2.4 政策導(dǎo)向偏差導(dǎo)致重利用輕儲運

調(diào)研情況和各地出臺的粉煤灰治理政策顯示，各地對于粉煤灰的“利用”均較為重視，為粉煤灰“利用”企業(yè)提供了多種便利條件和優(yōu)惠政策，這體現(xiàn)了當(dāng)?shù)卣畬τ诮鉀Q粉煤灰問題的重視。但在重視就地使用的同時，卻忽視了粉煤灰的儲存和運輸技術(shù)。粉煤灰綜合利用的初衷是為了實現(xiàn)粉煤灰消納，解決當(dāng)?shù)毓虖U污染問題，在當(dāng)?shù)厥袌鲭y以高比例消化所產(chǎn)生的粉煤灰產(chǎn)品時，通過科學(xué)合理的儲存和多種渠道外運實現(xiàn)粉煤灰的消納，十分重要且必要。目前，內(nèi)蒙古自治區(qū)及各相關(guān)盟市均設(shè)有用于支持粉煤灰和相關(guān)固廢綜合利用技術(shù)開發(fā)的項目和經(jīng)費，但缺少對儲存和運輸技術(shù)的項目與經(jīng)費引導(dǎo)。以內(nèi)蒙古自治區(qū)現(xiàn)有的粉煤灰產(chǎn)量和市場規(guī)模，很難通過產(chǎn)品的豐富實現(xiàn)粉煤灰的就地利用。而儲存和運輸技術(shù)的不足，使得大量無法被“利用”的粉煤灰只能通過填埋進行無害化處理，這是粉煤灰綜合利用率低的重要原因之一。

2.5 科技人才缺乏

內(nèi)蒙古自治區(qū)教育與科技資源相對缺乏[25]，在基礎(chǔ)研究與應(yīng)用技術(shù)上均缺少高水平、高層次的研究成果。雖然許多技術(shù)可以通用，但粉煤灰的利用技術(shù)和消納方式卻因粉煤灰結(jié)構(gòu)性質(zhì)的差異和地區(qū)間資源環(huán)境的不同而難以統(tǒng)一。要解決內(nèi)蒙古自治區(qū)的粉煤灰問題，完全靠技術(shù)的直接引進是難以實現(xiàn)的。當(dāng)?shù)乜蒲袌F隊的自主開發(fā)和對引進技術(shù)的甄別與改造十分重要。粉煤灰處理過程中的原則/政策制定、科研方向確定、技術(shù)引進等都需要專業(yè)知識的支撐，而人才缺乏容易導(dǎo)致認識和決策上的偏頗。目前全區(qū)普遍存在的自有技術(shù)缺乏、回填中未考慮二次利用、重視附加值而輕視大宗化利用等問題，專業(yè)人才的缺乏可能是導(dǎo)致這些問題產(chǎn)生的重要原因。

3 內(nèi)蒙古自治區(qū)粉煤灰消納對策

3.1 重視粉煤灰的儲存技術(shù)和運輸方式的開發(fā)

在全區(qū)普遍存在粉煤灰利用率低、現(xiàn)有大宗利用技術(shù)難以實現(xiàn)粉煤灰消納的前提下，為防止資源浪費和環(huán)境污染，自治區(qū)應(yīng)在政策上將粉煤灰的儲存列入綜合利用范疇進行引導(dǎo)與鼓勵；鼓勵有能力和基礎(chǔ)的企業(yè)進行儲存技術(shù)的開發(fā)與示范；將粉煤灰儲存技術(shù)列入自治區(qū)科技規(guī)劃指南或設(shè)立科研專項，進行科研支持和技術(shù)儲備。以此引導(dǎo)粉煤灰儲存技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，通過科學(xué)合理的技術(shù)手段將粉煤灰作為資源進行儲存，保留其二次利用的可能。同時，重視粉煤灰運輸方式的設(shè)計開發(fā)，從交通路網(wǎng)設(shè)計、運輸載體設(shè)計、粉煤灰預(yù)加工技術(shù)等方面入手，打破其遠距離運輸載體的限制，降低運輸成本，增加運距，為粉煤灰的外運消納提供技術(shù)支持。

3.2 規(guī)范回填作業(yè)

在各種綜合利用技術(shù)暫時難以徹底消納粉煤灰之前，應(yīng)在保證不污染環(huán)境的前提下，允許部分地區(qū)通過礦井/礦坑回填、山體修復(fù)等方式進行粉煤灰無害化處理，但應(yīng)配合明確清晰的政策和指導(dǎo)文件。盡快形成全區(qū)范圍內(nèi)可實施的粉煤灰回填標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的作業(yè)指導(dǎo)，使企業(yè)在回填中有據(jù)可依，監(jiān)管部門的監(jiān)督管理有據(jù)可依。

3.3 重視人才團隊培養(yǎng)與自有技術(shù)的培育

在內(nèi)蒙古自治區(qū)人才引進工作中重視對粉煤灰治理相關(guān)專業(yè)人才的引進與培養(yǎng)；在科技、教育、人力資源等領(lǐng)域給予粉煤灰專業(yè)經(jīng)費和立項傾斜或設(shè)立專項進行引導(dǎo)；鼓勵煤炭、電力等相關(guān)企業(yè)自主開展或與高校、研究院所合作進行粉煤灰應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)。對內(nèi)蒙古自治區(qū)而言，粉煤灰處理較為緊迫，但科研團隊需要時間才能成長，必須在引進人才和技術(shù)的同時重視當(dāng)?shù)乜蒲袌F隊的培育，提升當(dāng)?shù)卦诜勖夯依妙I(lǐng)域的科技創(chuàng)新能力，避免因粉煤灰組成或其他原料、環(huán)境差異而帶來的引進技術(shù)水土不服問題。為此，應(yīng)更加重視基礎(chǔ)研究?；A(chǔ)研究雖不能快速產(chǎn)生經(jīng)濟效益，但卻是科研能力與教育水平的基礎(chǔ)，也是應(yīng)用研究的根本，唯有長期支持基礎(chǔ)研究，在某些領(lǐng)域培育出自治區(qū)自有的高水平基礎(chǔ)研究團隊，才有可能更好地解決自治區(qū)特有的問題。

4 結(jié)論與展望

研究顯示，目前內(nèi)蒙古自治區(qū)粉煤灰利用途徑有限，整體利用比例低，回填量較大，卻缺乏統(tǒng)一的執(zhí)行與監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，粉煤灰所具有的資源屬性開發(fā)程度較低。導(dǎo)致這些問題的原因除地理位置與環(huán)境因素外，也與當(dāng)?shù)乜萍既瞬湃狈蛯Υ孢\輸技術(shù)的重視不足有關(guān)。綜合對內(nèi)蒙古地區(qū)現(xiàn)有粉煤灰分布與利用情況的分析，筆者認為，應(yīng)更加重視粉煤灰的儲存和運輸技術(shù)，提升異地消納能力；通過從政策和資金上對相關(guān)技術(shù)引進落地、自主研發(fā)進行鼓勵引導(dǎo)，加強當(dāng)?shù)刈杂腥瞬抨犖榻ㄔO(shè)等，從而更好地解決當(dāng)?shù)胤勖夯蚁{問題。