推進煤矸石綜合利用促進資源環(huán)境的持續(xù)發(fā)展

劉昌運

（畢節(jié)市生態(tài)環(huán)境突發(fā)事件應急中心，貴州畢節(jié) 551700）

0 引言

煤矸石綜合利用可解決其占用土地、污染環(huán)境問題，并且實現(xiàn)資源的再次利用，獲取資源與環(huán)境效益的雙向提升。但由于煤矸石綜合利用需要投入的資金多，且利潤不夠理想，并缺少成熟的技術，致使煤矸石資源化利用進程受阻，對其堆存周邊環(huán)境產(chǎn)生不良的影響。因此，基于資源環(huán)境持續(xù)發(fā)展的需要，深入分析煤矸石綜合利用途徑與技術，對于煤矸石資源化及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展有著重要的推進作用。

1 煤矸石帶來的危害

1.1 侵占土地，揚塵污染

煤矸石是煤炭生產(chǎn)過程中形成的大宗工業(yè)固體廢棄物，據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國現(xiàn)有規(guī)模化煤矸石山超過2600 座，累積堆存60 億～70 億噸，是積存量最大的固體廢棄物之一，且每年還在以3 億噸以上的數(shù)量增加。這些存積的煤矸石被堆積在林業(yè)用地或是農(nóng)業(yè)用地上，占用了大量的土地資源，并且煤矸石中的微量重金屬元素還會對土壤及地下水造成污染。煤矸石是含碳量較低的黑灰色巖石，在運輸、處理、堆放過程中會產(chǎn)生大量的揚灰，對周邊環(huán)境造成粉塵污染[1]。比如，煤矸石運輸車輛途徑農(nóng)田、居民區(qū)等，沿途產(chǎn)生揚塵污染空氣，或者是在長時間的堆放過程中，日曬雨淋使煤矸石表面風化粉碎，在風的作用下形成揚塵，污染煤礦區(qū)的空氣環(huán)境甚至是大氣環(huán)境。

1.2 安全風險高，污染大氣環(huán)境

雖然煤矸石為固體廢棄物，但是它也含有一些自燃物質(zhì)，如硫、碳、殘煤、碳質(zhì)泥巖等，在長期堆存的過程中，煤矸石內(nèi)部溫度逐漸增加，一旦達到煤矸石的燃點會導致自燃現(xiàn)象的發(fā)生。煤矸石堆積過高，受到降雨的影響，致使煤矸石吸水崩解，如果未設置擋土墻則會有滑坡隱患。從煤矸石的成分來看，有氧化鋁、二氧化硅、氧化鐵、氧化鈣、三氧化硫、微量稀有元素等，在煤矸石發(fā)生自燃后，排放出一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等有害氣體，對煤矸石山周邊的空氣環(huán)境及礦區(qū)居民產(chǎn)生危害，甚至會污染大氣環(huán)境。

1.3 土壤及水體污染

煤矸石堆積場地在建設階段進行了防滲處理，如果煤矸石場地的使用時間超過了防滲設計的使用壽命，防滲能力下降，煤矸石在雨水的作用下吸水分解，使有害的化學物質(zhì)滲入地下，導致土壤及地下水遭到污染，或者是在風的作用下，煤矸石粉塵隨風四散，飄落在周邊的土壤上，或者是落入周邊水體，造成大面積的土壤及水體污染。煤矸石的物理結(jié)構(gòu)較差，吸水易分解，保水保肥性不夠，有機質(zhì)含量不足，不適用于農(nóng)業(yè)種植，并含有一定量的重金屬，主要有鉛、錫、汞、砷、鉻等，不利于植物根系吸收及成長，存在極端pH 值，當pH 值接近2 時酸性過大，促進重金屬溶出，加重了煤矸石對土壤及水體的污染。

2 推進煤矸石綜合利用促進資源環(huán)境持續(xù)發(fā)展的思路

2.1 以再生利用為目標，采取無害化堆存措施

煤矸石是煤炭生產(chǎn)的伴生物，實質(zhì)是碳質(zhì)、泥質(zhì)和砂質(zhì)頁巖的混合物，由于產(chǎn)量過大一般采用的是露天堆放、規(guī)模化處置。煤矸石的年產(chǎn)量大，而綜合利用卻不足，致使煤矸石積存越來越多，形成較大的污染及安全風險。基于此，以綜合利用為導向，以轉(zhuǎn)存為手段，對煤矸石采取無害化堆存，在消化每年新增量的基礎上，消化一定的積存量，實現(xiàn)規(guī)模化的處置，推動資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。在堆場設計建設階段，做好場地出入料口、運輸?shù)缆返仍偕门涮自O施的設計和建設，為煤矸石的綜合利用做好準備。

2.2 加強制度保障，理清綜合利用思路

（1）要做好全面的摸底排查，確定煤矸石生產(chǎn)的實際情況，并建立生產(chǎn)檔案，作為綜合利用的依據(jù)；（2）控制污染，在煤矸石運輸、處理、堆放等環(huán)節(jié)，采取嚴格的污染控制措施，提高污染控制標準，同時建立并實施監(jiān)管制度，全面監(jiān)管煤矸石的各個運作環(huán)節(jié)，督促企業(yè)加強煤矸石污染源頭的治理，盡可能降低煤矸石的污染程度；（3）積極引進技術項目，專門建立預處理中心，與綜合利用相分離，并根據(jù)綜合利用的需求，完成煤矸石的分類、加工、處理，為綜合利用提供標準化的煤矸石原材料；（4）打造煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)園區(qū)，培養(yǎng)煤矸石利用骨干企業(yè)，促進煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，同時，引進先進的煤矸石利用技術，提升產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力、技術研發(fā)能力，達到增鏈、強鏈、補鏈的目的，最終創(chuàng)建國家級的煤矸石綜合利用創(chuàng)新示范基地，全力助推資源環(huán)境的持續(xù)發(fā)展。

2.3 以目標為導向，促進資源環(huán)境效益提升

（1）確立煤矸石堆存與處置目標，制定每年消納煤矸石目標與計劃，以綜合利用為消納手段，盡可能減少現(xiàn)有堆存量，在未來無需建設新的堆場；（2）設置綜合利用目標，煤矸石治理與利用共同發(fā)力，以發(fā)展煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)為目標導向，積極引進適用性技術，并完善配套設施，打造出國家級的煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)示范基地，促進煤矸石資源的最大化利用及可持續(xù)發(fā)展；（3）設定資源環(huán)境目標，結(jié)合資源環(huán)境持續(xù)發(fā)展的需要，因地制宜設定資源環(huán)境目標。主要包括煤矸石年處理量、污染物排放總量目標，以國家下達的指標為基準，環(huán)境質(zhì)量為目標，增加城市空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)，降低城市PM2.5 濃度。

3 引進煤矸石綜合利用技術促進資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展

3.1 專門創(chuàng)建預處理中心

煤矸石是在煤炭生產(chǎn)掘進、開采、洗煤過程中產(chǎn)生，有掘進矸石、洗矸石以及采掘過程中伴生的矸石等，煤矸石的來源不同，成分存在著較大的差異。在煤矸石綜合利用之前，應對其進行集中分類處理，分離煤、煤矸石、砂質(zhì)頁巖、泥土等，生產(chǎn)出可直接綜合利用的煤矸石原材料，減少煤矸石綜合利用企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)及生產(chǎn)成本。采用煤矸石預處理模式，將煤炭企業(yè)的煤矸石堆場作為轉(zhuǎn)場，避免新舊煤矸石混堆、亂運、亂排等問題。預處理中心煤矸石集中分類處理流程如圖1 所示。

3.2 規(guī)模化綜合利用

（1）循環(huán)流化床鍋爐技術。在煤矸石鍋爐運行過程中，整合運用混合流速循環(huán)流化床與多元內(nèi)循環(huán)流化床，可提高煤矸石鍋爐的效率，比如熱值為800kcal/kg 的煤矸石鍋爐，運用該技術后熱值可提升1 倍，鍋爐效率提高超過75%，增加煤矸石資源的利用效率。（2）生產(chǎn)無機纖維保溫材料技術。使用專門的設備并添加復配成分，經(jīng)過脫水→黏合成型→熔爐燃燒→離心處理→高壓吹拉等一系列的加工處理后，生產(chǎn)出無機纖維。該無機纖維可作為保溫產(chǎn)品制作的原材料，能生產(chǎn)出多種纖維板、纖維繩、纖維氈等，煤矸石利用率超過了80%。（3）制陶瓷滲水磚技術。該技術以煤矸石為原材料制作陶瓷滲水磚，其他主要原材料有濕排粉煤灰、陶瓷廢料，造孔劑是無機礦物原料，黏結(jié)劑是廢玻璃粉等，通過壓制的方法制作出胚體，使用隧道窯高溫燒制生產(chǎn)出生態(tài)陶瓷透水磚，通常一級或二級透水磚的燒制溫度在1500℃～1560℃，三級透水磚為1390℃～1400℃。此外，還可將煤矸石直接進行粉碎，采用復配加工方式壓制為發(fā)泡磚或者是生產(chǎn)出透水磚[2]。（4）復合保溫砌塊技術。以煤矸石和頁巖為原材料，使用EPS 顆粒發(fā)泡工藝，經(jīng)過粉碎、攪拌、硬塑成型加工處理后，制作出復合自保溫砌塊。該保溫砌塊的技術參數(shù)如下：抗風化性能＞0.80，抗壓強度＞5.5MPa，干密度≤850kg/m3，吸水率≤18%。（5）生產(chǎn)水泥技術。煤矸石可以替代水泥生產(chǎn)原材料中的黏土，或者是摻入燃煤中，節(jié)約水泥生產(chǎn)中的燃煤量。在生產(chǎn)水泥過程中，使用煤矸石、石灰石、無煙煤，并添加適量的石膏和螢石，然后燒至部分熔斷，使混合的生料轉(zhuǎn)變?yōu)楣杷崴嗍炝蟍3]。（6）煤矸石混凝土輕質(zhì)裝配房屋技術。在裝配式房屋構(gòu)件生產(chǎn)過程中，使用煤矸石混凝土制作房屋的墻體、梁柱等，實現(xiàn)裝配式房屋的標準化設計及模塊化生產(chǎn)。房屋原材料為煤矸石再利用，以新型的C15 煤矸石陶粒夾芯墻體為例，長寬為3000mm×600mm，重量僅有72kg/m2，質(zhì)量輕、隔聲保溫性好，且安裝速度快，具有低碳環(huán)保、循環(huán)利用、成本低等優(yōu)勢。

3.3 高值化綜合利用

泡沫玻璃生產(chǎn)技術，使用球機粉碎煤矸石、碎玻璃等原材料，并添加適量的礦物料和化學藥品，然后將混合料放入耐熱鋼模具中，在發(fā)泡窯爐中高溫熔化、發(fā)泡、退火，生產(chǎn)出帶有無數(shù)微小氣泡的泡沫玻璃。該玻璃的基礎材質(zhì)是玻璃，氣泡密閉，無毛細表現(xiàn)，具有良好的保冷、絕熱、透濕、隔音、染色等性能，是裝飾行業(yè)應用較為廣泛的玻璃材料[4-5]。制備納米陶瓷微珠，將煤矸石使用球磨機研磨成粉后，加入水、分散劑再次進行研磨，然后與發(fā)泡劑混合并進行充分攪拌，經(jīng)過離心→霧化→干燥→燒結(jié)成形處理后，制作出直徑在0.5μm ～300μm 的新型工業(yè)基礎材料陶瓷空心微珠。

3.4 治理與生態(tài)修復技術

（1）煤矸石膏體充填。煤炭開采后形成地下采空區(qū)，回填采空區(qū)以保護煤炭生產(chǎn)的安全，并防止采空區(qū)塌陷問題，以煤矸石為主體原材料，加入普通硅酸鹽水泥以及改良劑和減水劑后，通過加水強力攪拌后形成濃度70%～80%的煤矸石膏體，借助管道運輸將其充填在采空區(qū)，利用水泥的膠凝特性，在采空區(qū)形成一個整體的加固結(jié)構(gòu)[6]。（2）煤矸石填充。在煤礦井下直接收集煤矸石，集中破碎后與添加劑進行混合，使用輸送泵將混合料回填至采空區(qū)，無需將煤矸石運輸至地面，在礦井內(nèi)部直接消化，資源利用效益與環(huán)境保護效益良好。（3）土壤改良。煤矸石中含有多種植物生長所需的微量元素和營養(yǎng)物質(zhì)，使用煤矸石土壤改良技術激發(fā)其微量元素銅、錳、鉬、硼、鍺、硒等的活性，用于改良土壤的營養(yǎng)水平。使用雙螺旋設備強力攪拌煤矸石物料，然后噴淋帶有一定酸度的調(diào)節(jié)液，物料顆粒在碰撞時完成其物化性能的激活[7]。（4）生產(chǎn)肥料。煤矸石中的碳質(zhì)頁巖有機質(zhì)含量較高，有機質(zhì)中含有鋅、銅、錳等，所以可使用煤矸石生產(chǎn)有機復合肥，將煤矸石和低品位磷礦按照一定的比例混合后，在粉碎的混合物中添加嗜麥芽窄食單胞菌菌液，通過攪拌、溫度控制，可生產(chǎn)出微生物礦物肥料。

4 結(jié)語

煤矸石綜合利用涉及的領域廣且技術多樣，在推進煤矸石綜合利用的過程中，應立足于煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，打造循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈條，實現(xiàn)煤矸石生產(chǎn)、預處理、綜合利用的一體化運作，消除中間環(huán)節(jié)，做好技術創(chuàng)新及研發(fā)，為煤矸石的綜合利用奠定基礎。同時，注意技術實踐運用中的經(jīng)驗總結(jié)，加大煤礦產(chǎn)區(qū)的環(huán)境治理，運用煤矸石充填、填充加固采空區(qū)，生產(chǎn)出有機肥料改善礦區(qū)土壤，積極促進煤礦產(chǎn)區(qū)綠色發(fā)展，為資源環(huán)境持續(xù)發(fā)展增添助力，還礦區(qū)一片綠水青山。