西曲礦煤矸石資源化綜合利用實踐研究

楊利芬

（太原市明仕達煤炭設計有限公司，山西 太原 030000）

西山煤電集團西曲礦在煤炭開采和洗選產生煤矸石約200×104t，有5 座煤矸石堆場，占用土地超過25hm2。大量煤矸石的存在污染大氣環境，影響人體健康和城鄉景觀環境。針對這一情況，對西曲礦煤矸石資源化進行綜合利用，在變廢為寶、節省能源和土地基礎上，又為綠色礦山創建和生態文明建設做出積極貢獻。

1 項目概況

太原市明仕達煤炭設計有限公司是一家致力于煤礦等非金屬礦產資源開發與綜合利用研究的公司。2016 年西山煤電集團西曲礦委托太原市明仕達煤炭設計有限公司開展煤矸石生產無機礦物纖維項目的技術總包服務，開發煤矸石熔化制備無機礦物纖維的技術，并成功生產出無機礦物纖維和副產品鎳鐵合金，同時實現煤矸石綜合利用的工業化生產。項目設計及實踐應用效果理想，為企業創造了較好的經濟效益和社會效益。

2 西曲礦煤矸石資源化綜合利用現狀及問題

2.1 煤矸石資源化綜合利用的現狀

西曲礦一直致力于煤矸石資源化綜合利用，為實現煤礦資源開采的可持續發展，西曲礦對于煤矸石的綜合利用措施主要有：

（1）煤矸石用于制磚。基于西曲礦煤矸石化學成分穩定，不含放射性元素，將煤矸石代替粘土用于制磚原料。西曲礦有2 條全煤矸石磚生產線，每年可消費煤矸石20×104t，節約煤矸石堆存用地2hm2。

（2）煤矸石用于工程填筑材料。將西曲礦的煤矸石用于基礎設施修復，恢復因煤層開采導致的公路、鐵路、堤壩、溝壑等基礎設施沉降、損毀的問題。另外利用煤矸石回填采煤沉陷區復墾土地，建設生態家園，形成集生態農業、生態養殖、生態觀光休閑旅游為一體的綜合產業園區。當前該礦用于工程填筑材料的煤矸石消費量約50×104t，占該礦煤矸石當年綜合利用量的10%。

（3）利用煤矸石生產制備氧化鋁。但是基于處理工藝復雜和成本因素，該項目利用率較低，無法實現對煤矸石的完全利用。

2.2 煤矸石資源化綜合利用存在的問題分析

2.2.1 產品單一及附加值不高

西曲礦煤矸石的資源化綜合利用，主要將其作為制磚初級原料和土建工程填筑材料，未發揮煤矸石獨特資源優勢，產品附加值低。利用煤矸石制作肥料、提煉氧化鋁、生產高強度陶粒的研發處于起步階段。

2.2.2 產業集成度低并造成二次污染

西曲礦煤矸石加工利用，外銷的煤矸石基本以原煤矸石銷售為主，煤矸石綜合利用企業仍需粉碎加工，造成二次大氣環境污染，沒有有效地降低煤矸石的環境污染問題。

2.2.3 煤矸石新產品研發舉步維艱

西曲礦煤矸石生產高強度陶粒的試驗研究已取得實質性突破。所得陶粒品質高，種類全，是混凝土制品的優質骨料。然而，其作為混凝土中輕質骨料的使用尚未取得國家相關產品生產資質認證，無法投入市場。

2.2.4 優惠政策落實難

西曲礦在煤矸石加工利用中，產品認證復雜，國家對煤矸石綜合利用優惠政策落實難；深度加工煤矸石產品的企業，缺乏優惠政策扶持；煤矸石綜合利用產業鏈上稅費設置不合理等。

從西曲礦煤矸石資源化綜合利用的現狀和存在的問題可知，該煤礦煤矸石資源化綜合利用的情況還不理想，煤矸石的處理能力有限，產業集成度低并造成二次污染，因此必須設計新的煤矸石資源化綜合利用方案。

3 西曲礦煤矸石資源化綜合利用方案設計

針對西曲礦煤矸石的實況，設計了如下的煤矸石資源化綜合利用方案：

將西曲礦自產煤矸石配入一定量的鎳紅土礦及造渣劑，然后先干燥并對煤矸石脫硫，脫硫煙氣用石灰干法脫硫并產生脫硫石膏；干燥好的原料熱裝入熱電爐中進行熔煉，產出高溫爐渣和鎳鐵合金；高溫爐渣采用特種專用高速離心設備直接制成超細無機纖維，一部分超細無機纖維經過技術處理成為粒狀棉，另一部分直接施膠進入巖棉保溫板生產線制成外墻保溫板；粒狀棉可以作為產品直接出售，也可以進入礦棉吸音板生產線制成吸音裝飾板；鎳鐵合金通過鑄錠機直接鑄成可以出售的合金錠產品；利用本項目原料干燥煙氣脫硫和煤矸石多孔燒結磚廠的脫硫石膏用標準化生產線產紙面石膏板。

項目投資的主要目的是在符合國家政策的前提下獲得最大經濟效益，工藝技術應緊緊圍繞這一原則而設計。本項目的工藝設計充分體現了這一特點，包括：礦熱電爐代替小高爐化渣熔煉、添加產生高附加值的造渣劑、充分利用煤矸石中的固定碳、采用先進成熟的纖維應用技術等。該項目利用煤矸石、鎳紅土礦和脫硫石膏為原料，應用無污染、無排廢的生產工藝，生產礦棉吸音板、巖棉保溫材料及紙面石膏板，符合國家關于節能減排的政策合節約型社會的要求，具有良好的社會效益和經濟效益。

4 煤矸石資源化綜合利用技術實踐及成效分析

西曲礦煤矸石資源化綜合利用技術方案項目計劃分兩期進行，一期項目年處理煤矸石、鎳紅土礦及造渣劑8萬至10萬t。新建1條礦棉吸音板生產線，年生產礦棉吸音板2.5 萬t；1 條巖棉墻體保溫材料生產線，年產巖棉墻體保溫材料3 萬t；1 條紙面石膏板生產線，年產紙面石膏板3000 萬m2；年產鎳鐵合金0.5 萬t，同時配套生產龍骨及建筑材料等輔助產品。

從財務分析可以看出，該煤矸石資源化綜合利用技術項目建成后，可以實現銷售收入100907 萬元/年（不含稅）、總額44845.24 萬元/年、上繳稅金23095.87 萬元/年，可以實現稅后收入為159748.5 萬元/年。稅后財務內部收益率39.32%，稅后投資回收期4.92 年（含建設期）。當前該項目已建成投產1.5 年，項目在實踐生產中能達到設計要求，完成生產經營任務。

5 總結

太原市明仕達煤炭設計有限公司以西山煤電集團西曲礦為對象，對其煤矸石綜合利用進行了實踐研究，為西曲礦設計了新型的煤矸石資源化綜合利用技術方案。當前該項目已完成建設進入到生產運營階段。從當前的生產實踐可知，項目運行效果理想，為企業創造了較好的經濟效益和社會效益。