煤矸石綜合利用現狀分析及展望

武威市型形煤化有限責任公司 甘肅 涼州 733000

煤矸石是一種在煤礦中開采和加工的固體廢物材料,比煤炭具有更少的碳含量并且比煤炭更為堅硬,屬于黑灰巖類中的一種。在洗煤過程中,煤矸石是由矸石和洗矸石等物質組成,它們都是從頂板、夾層和底板中挑出的。煤矸石排放量占原煤總量的10%－25%,是礦區主要的污染源之一。這些問題對生態環境有顯著影響,其中包括污染大氣和水體以及釋放大量有毒氣體和粉塵,對人們的生活環境和整個自然的生態環境有較大影響,最終造成嚴重的社會問題。煤矸石并非廢物,而是可利用資源。煤矸石在發電、建材生產、修路施工及高附加值產品生產中有很高的應用價值。綜述了國內外煤矸石的結構、危害、治理方法和開發利用等方面的研究現狀,為煤矸石的有效治理、深度開發和合理利用提供參考。

1 煤矸石的危害

煤矸石中含有大量的金屬以及非金屬元素。煤矸石的使用不僅造成資源浪費,而且對整個生態環境以及生產安全造成嚴重的破壞,其表現主要為嚴重浪費土地資源進而影響生態系統、造成土壤和空氣污染。另外,當煤矸石燃燒時會釋放大量氣體,其中部分有毒有害成分會污染空氣。煤矸石的自然傾角一般為38－40°,當沉積物和坡度過大時,由于受人工開挖、爆破、雨水淋溶、地震等影響,不斷會有地質災害發生,如滑坡、泥石流、崩塌等。不僅如此,煤矸石沉積物也會對周圍居民的生活環境構成一定破壞。

2 煤矸石綜合利用現狀

2．1 煤矸石發電 我國在“七五”、“八五”期間先后對平陽光木站安原煤電廠、萍鄉礦務局建立安源煤矸石發電站、徐州礦務局建立坨城坑口煤矸石發電站進行建設。建設前期電廠普遍采用沸騰爐燃燒,由于沸騰爐具有燃燒效率低、動力資源消耗率高、遠距離材料用量大以及沸騰爐磨損嚴重的問題,極大地限制了大型煤矸石電廠的建設,導致煮制大容量沸騰爐難以發展。但是流化床鍋爐技術的出現,使國內開始主要針對流化床發電技術進行研發。我國從1989年開始研究煤矸石電廠CFB鍋爐的工程設計和應用。由于CFB鍋爐對低熱值燃料具有良好的適應性,我國相繼在陜西蒲白礦務局矸石發電廠、白水礦務局矸石發電廠、石炭井礦務局矸石電廠等地成功研制出CFB鍋爐。

2．2 煤矸石復墾綠化 對處理不良或處理價值不大的,可考慮煤矸石填埋塌陷區或埋設填埋場。但如果用煤矸石進行充填造田,首先要注意防止土壤侵蝕。如果用煤矸石進行充填,應先移走熟化表土,然后鋪上巖石和天然矸石,使之達到一定厚度,將熟化土壓平覆蓋。這種地塊逐年擴大,可以形成大面積的平地和梯田,同時還可以改造好土壤,形成優質的農田。復墾后,可對當地煤矸石中的物理結構、化學成分及其中的有毒有害物質進行檢測,再依據檢測結果進行綠化種植。首先應主要考慮草本植物,其次是喬木樹種,一如既往地選擇抗旱、耐鹽、耐旱的樹種。將地表已風化的煤矸石進行復墾后,可直接造林,也可作為耕地進行復墾。

2．3 回填礦井采空區或作為路基材料 利用煤矸石作為礦井采空區回填充填材料不僅可以使被破壞的土地正常化,而且可以通過減少煤矸石的占地面積來減少環境影響,進而降低煤矸石對環境造成的污染。目前,水力充填是國內回填礦井采空區普遍采用的方法之一。當砂巖和石灰巖為煤矸石主要成分時,需要加入適量粉煤灰、粘土或水泥等膠粘劑,以此增加填料的粘著性和惰性。而當泥巖和炭質泥巖為煤矸石的主要成分時,需要增加填料結構或惰性,具體操作可加入適量的砂石。采礦或采煤過程產生的廢水可以用水力填充,同時廢水可以回收利用。

煤矸石是一種優良的路基材料,它與其他材料相結合,可在公路、鐵路等路基施工中使用,既能解決煤矸石在施工過程中產生的污染問題,同時又可以對其在環境中所產生的破壞問題加以處理,于此同時降低成本、縮短工期以及提高路基工程質量,對經濟、環境以及生態系統具有一定的效益。

2．4 煤矸石高附加值利用 “十二五”期間,國家將“以高附加值煤矸石規模化利用為目標,促進煤矸石的綜合利用”作為重要內容,高附加值煤矸石作為其重要補充,已正式列入國家發展規劃。高增值利用是企業提高產品附加值,增加資源利用率的重要途徑。實際上,在這方面,我國已開始了工業化的探索。以煤矸石高附加值開發利用已成為煤矸石綜合利用的一條重要途徑,目前已形成近百萬噸煤矸石再生生產能力。

3 煤矸石綜合利用展望

目前國內常見的煤矸石利用方法有矸石山人工植被、開采塌陷區充填、煤矸石發電、井下充填、煤矸石成分提純、煤矸石制磚及水泥等建筑材料。我國對于煤矸石的開發利用仍處于探索階段,技術尚未成熟。根據以上情況,可優先發展用矸石量大的煤矸石建材產業。煤矸石建材主要以煤矸石磚、煤矸石骨料混凝土、煤矸石水泥、煤矸石微晶玻璃等為主。其中煤矸石磚分為實心磚、空心磚等,煤矸石空心磚由于具有自重較輕、堆砌方便、造價低廉、節能降耗等優點在煤矸石建材產品中較為突出。煤矸石制磚企業可引進相應的先進技術,逐漸淘汰技術落后 污染較大的傳統實心磚,轉為生產煤矸石空心磚,以便在減少黏土使用的同時,降低產品能耗。

未來煤矸石綜合利用市場在國家政策的支持與約束下將有廣闊的發展。隨著農業、化工等行業對煤矸石成分的要求越來越高,煤矸石在農業、化工領域的應用越來越少。在今后幾年的發展中,煤矸石以能源、建材領域的綜合利用為主導,朝著建設“煤－焦－電－建材”、“煤－電－化－建材”的循環經濟園區發展。

最后,我們應順應國家新的發展理念,在最大的工業固廢領域發力,通過整合國內外技術力量,集中解決煤矸石等煤基固廢長期污染環境問題。特別是對這些固廢在綠色建材、綠色建筑和功能材料等領域開發利用的最新進展,以及新能源在這些應用領域的開發、應用和技術突破等相關議題,進行深入的研究,力圖尋求新的發展思路、新的技術成果推廣與新的技術路線!

4 總結

我國煤矸石綜合利用雖然取得了一定的成果,但與國際綜合水平還是具有一定的差距。為了創造一個資源節約型、綠色環境型社會,進而實現可持續發展,以下幾個方面一定要做好。首先,應加強對各地煤矸石的成分、結構、性質等基本研究,從而提高綜合利用的效率和科技含量,進而提升煤矸石的經濟附加值和綜合利用率。另外,企業應通過加強政府的支持來獲得優惠待遇,并通過頒布優惠政策扶持企業。煤矸石綜合利用的高附加值將成為今后的發展方向,我國在煤矸石綜合利用方面已邁出工業化的步伐。