煤矸石資源的負價值轉化分析

曲道春

煤矸石是伴隨煤礦生產過程中的固體廢棄物，來源主要包括：挖掘巖石巷道和從洗煤廠排出的矸石。隨著采煤現代化技術的迅速進步，再加上煤炭地質條件的惡化，煤礦開采排出的矸石越來越多，已經堆積成山，占據了我國大量土地資源。同時，煤矸石中含有硫化物等有害物質元素，會經過散發污染大氣和水源，對環境造成較為嚴重的污染。

1 煤矸石的危害

1.1 對土壤和水系統的危害

煤矸石除了含有大量的碳、鋁、鐵、硅等元素外，還含有一些痕量的重金屬元素。如果對煤矸石不采取任何措施，經過長期風化和雨水浸泡，有些可能會轉移到水系統，污染水和土壤，有的可能會隨自燃揮發污染空氣。對山西一煤礦的煤矸石中含有的部分重金屬進行數據分析，詳見表1。

表1 煤矸石浸出液的試驗結果 單位：mg/l

從數據可看出，矸石淋溶水中6 項重金屬含量濃度很小，全部低于《危險廢物鑒別標準-浸出毒性鑒別》規定的限值，即為一般工業固體廢物。該煤矸石可以按照《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》要求進行處理。

1.2 對大氣的危害

煤矸石對大氣能產生危害，主要包括兩個方面：一方面是在運輸和堆放煤矸石的過程中，容易產生揚塵，進而污染空氣。另一方面是當煤矸石發生自燃時，會排放出有害的氣體，污染空氣。自燃的主要原因是，煤矸石含有煤渣、植被殘留和碳質泥巖等多種可燃物質，其中碳和硫是引起煤矸石自燃的根本。堆積在露天的煤矸石，內部熱量會逐漸累積，當溫度達到了煤矸石的起火點時，便會發生自燃現象，釋放出CO、CO2、SO2、H2S 和氮氧化物等有害氣體，其中以二氧化硫為主。這些有害有毒氣體不僅會造成空氣污染，也會對人類的身體健康有很大危害，容易導致植物生長遲緩、農作物大量減產或者死亡，嚴重破壞了生態環境。

1.3 占用大面積的土地資源

在煤炭開采過程中，受技術和采礦規模等因素的影響，據統計，煤礦每生產1億噸的煤將伴隨近1400萬噸煤矸石；在隨后的洗煤和選煤工藝中，每洗1億噸動力煤，會產生出1 500 萬噸左右的煤矸石，每洗1 億噸的煉焦煤，會產生出2 000萬噸左右的煤矸石，未經利用的煤矸石便會堆放在一起，形成煤矸石山。目前，我國有將近1 600 多座較大規模的矸石山，占用了大約150 km2的土地面積，并且堆積煤矸石數量的速度每年高達（1.5-2.0）億噸[1]。土壤是比較難再生的自然資源，需要經過300～500 年的時間才能形成1 cm 厚的土壤[2],在世界上，我國還是一個耕地資源比較缺乏的國家，因此大量煤矸石的產生，嚴重影響了社會經濟的可持續發展。同時，由于煤矸石是灰黑色的，在風的長期侵蝕作用下，粉末會飄散到周圍，使周邊的土地和植被覆蓋上灰塵，嚴重影響了生態景觀。

2 煤矸石的轉化利用

2.1 在墻體材料中的應用

我國建筑行業發展迅速，對墻體材料的需求量和質量要求也逐步提高，將煤矸石轉化為墻體材料也隨之成為材料研究的熱點。目前，市場上已研發出多種利用煤矸石制成的墻體材料，如：空心磚、微孔吸音磚等，這些材料不僅在性能優于傳統的粘土磚，而且在不同程度上具有綠色環保性能。利用煤矸石制成墻體材料，實現了制磚不需要用粘土，同時也解決了粘土磚的放射性污染問題。現在煤矸石的利用朝著多種類、多性能、高要求的方向良好發展。

2.2 在建設道路工程中的應用

煤矸石在道路建設中的應用也越來越多，主要有兩個方面：一是煤矸石可以作為路基填充材料，用于道路工程基層建設；二是煅燒煤矸石，制成煤矸石固體土料，用于路基施工[3]。在道路工程應用中，煤矸石具有消耗大，無需進行特殊技術處理的優勢，是一條充分利用固體廢棄物以減少環境污染的重要途徑。當前，煤矸石已經在我國部分道路工程中成功運用，技術較為成熟，但其在固土材料的應用仍然停留在實驗室研究的層面，還未應用于實際的道路工程中。考慮到該項技術的經濟效益，我國科研機構應該加大力度，積極推廣成果。

2.3 在農業方面的應用

首先，由于煤矸石中含有粉砂巖、碳質頁巖和微量元素，研磨和粉碎后的煤矸石與過磷酸鈣相混合，按照相應的比重加入水和活化劑，進行堆漚,可以制成新型的農用肥料；其次，煤矸石是攜帶固氮微生物和解鉀、解磷微生物較為理想的載體和基質,含有大量的有機物質,因此煤矸石也可以用作微生物肥料；同時，煤矸石和廉價的磷礦粉也作為原料基質,以固氮磷肥、鉀肥和細菌肥為主，制造煤矸石生物肥料；第三，利用煤矸石的酸堿性質，以及它所含的營養元素，再適當加一些有機肥料，與土體混合后，能起到增加土壤透氣性以及疏松度的作用；它還可以增加土壤中的含水率,從而能夠促進土壤中各種細菌的代謝、豐富土壤腐植質,使土壤肥化,促進植被生長。

2.4 煤矸石發電

對于碳含量高的煤矸石，即≥20%（當熱值大于5 000 KJ/Kg 時），煤矸石可以用于發電；也可以將煤或煤泥混合到煤矸石中用于發電，通過發電產生的廢物也可以用作建筑材料。利用煤矸石發電不僅可以解決大量煤矸石堆積造成的環境問題，而且可以緩解我國能源短缺的問題，生產過程中產生的有害氣體和廢物得到有效回收。大氣污染物的排放也可以得到有效控制，從而最大限度地利用資源，將“廢物”變成“寶藏”。

3 結語

煤矸石的負價值轉化工作是一項意義深遠又十分艱巨的工作，應多途徑綜合開發、齊頭并進研究煤矸石的高附加值產品，力爭實現煤矸石“零排放”，從源頭上解決煤矸石堆積帶來的環境影響和社會問題。