煤矸石综合利用现状分析及展望

武威市型形煤化有限责任公司 甘肃 凉州 733000

煤矸石是一种在煤矿中开采和加工的固体废物材料,比煤炭具有更少的碳含量并且比煤炭更为坚硬,属于黑灰岩类中的一种。在洗煤过程中,煤矸石是由矸石和洗矸石等物质组成,它们都是从顶板、夹层和底板中挑出的。煤矸石排放量占原煤总量的10%－25%,是矿区主要的污染源之一。这些问题对生态环境有显著影响,其中包括污染大气和水体以及释放大量有毒气体和粉尘,对人们的生活环境和整个自然的生态环境有较大影响,最终造成严重的社会问题。煤矸石并非废物,而是可利用资源。煤矸石在发电、建材生产、修路施工及高附加值产品生产中有很高的应用价值。综述了国内外煤矸石的结构、危害、治理方法和开发利用等方面的研究现状,为煤矸石的有效治理、深度开发和合理利用提供参考。

1 煤矸石的危害

煤矸石中含有大量的金属以及非金属元素。煤矸石的使用不仅造成资源浪费,而且对整个生态环境以及生产安全造成严重的破坏,其表现主要为严重浪费土地资源进而影响生态系统、造成土壤和空气污染。另外,当煤矸石燃烧时会释放大量气体,其中部分有毒有害成分会污染空气。煤矸石的自然倾角一般为38－40°,当沉积物和坡度过大时,由于受人工开挖、爆破、雨水淋溶、地震等影响,不断会有地质灾害发生,如滑坡、泥石流、崩塌等。不仅如此,煤矸石沉积物也会对周围居民的生活环境构成一定破坏。

2 煤矸石综合利用现状

2．1 煤矸石发电 我国在“七五”、“八五”期间先后对平阳光木站安原煤电厂、萍乡矿务局建立安源煤矸石发电站、徐州矿务局建立坨城坑口煤矸石发电站进行建设。建设前期电厂普遍采用沸腾炉燃烧,由于沸腾炉具有燃烧效率低、动力资源消耗率高、远距离材料用量大以及沸腾炉磨损严重的问题,极大地限制了大型煤矸石电厂的建设,导致煮制大容量沸腾炉难以发展。但是流化床锅炉技术的出现,使国内开始主要针对流化床发电技术进行研发。我国从1989年开始研究煤矸石电厂CFB锅炉的工程设计和应用。由于CFB锅炉对低热值燃料具有良好的适应性,我国相继在陕西蒲白矿务局矸石发电厂、白水矿务局矸石发电厂、石炭井矿务局矸石电厂等地成功研制出CFB锅炉。

2．2 煤矸石复垦绿化 对处理不良或处理价值不大的,可考虑煤矸石填埋塌陷区或埋设填埋场。但如果用煤矸石进行充填造田,首先要注意防止土壤侵蚀。如果用煤矸石进行充填,应先移走熟化表土,然后铺上岩石和天然矸石,使之达到一定厚度,将熟化土压平覆盖。这种地块逐年扩大,可以形成大面积的平地和梯田,同时还可以改造好土壤,形成优质的农田。复垦后,可对当地煤矸石中的物理结构、化学成分及其中的有毒有害物质进行检测,再依据检测结果进行绿化种植。首先应主要考虑草本植物,其次是乔木树种,一如既往地选择抗旱、耐盐、耐旱的树种。将地表已风化的煤矸石进行复垦后,可直接造林,也可作为耕地进行复垦。

2．3 回填矿井采空区或作为路基材料 利用煤矸石作为矿井采空区回填充填材料不仅可以使被破坏的土地正常化,而且可以通过减少煤矸石的占地面积来减少环境影响,进而降低煤矸石对环境造成的污染。目前,水力充填是国内回填矿井采空区普遍采用的方法之一。当砂岩和石灰岩为煤矸石主要成分时,需要加入适量粉煤灰、粘土或水泥等胶粘剂,以此增加填料的粘着性和惰性。而当泥岩和炭质泥岩为煤矸石的主要成分时,需要增加填料结构或惰性,具体操作可加入适量的砂石。采矿或采煤过程产生的废水可以用水力填充,同时废水可以回收利用。

煤矸石是一种优良的路基材料,它与其他材料相结合,可在公路、铁路等路基施工中使用,既能解决煤矸石在施工过程中产生的污染问题,同时又可以对其在环境中所产生的破坏问题加以处理,于此同时降低成本、缩短工期以及提高路基工程质量,对经济、环境以及生态系统具有一定的效益。

2．4 煤矸石高附加值利用 “十二五”期间,国家将“以高附加值煤矸石规模化利用为目标,促进煤矸石的综合利用”作为重要内容,高附加值煤矸石作为其重要补充,已正式列入国家发展规划。高增值利用是企业提高产品附加值,增加资源利用率的重要途径。实际上,在这方面,我国已开始了工业化的探索。以煤矸石高附加值开发利用已成为煤矸石综合利用的一条重要途径,目前已形成近百万吨煤矸石再生生产能力。

3 煤矸石综合利用展望

目前国内常见的煤矸石利用方法有矸石山人工植被、开采塌陷区充填、煤矸石发电、井下充填、煤矸石成分提纯、煤矸石制砖及水泥等建筑材料。我国对于煤矸石的开发利用仍处于探索阶段,技术尚未成熟。根据以上情况,可优先发展用矸石量大的煤矸石建材产业。煤矸石建材主要以煤矸石砖、煤矸石骨料混凝土、煤矸石水泥、煤矸石微晶玻璃等为主。其中煤矸石砖分为实心砖、空心砖等,煤矸石空心砖由于具有自重较轻、堆砌方便、造价低廉、节能降耗等优点在煤矸石建材产品中较为突出。煤矸石制砖企业可引进相应的先进技术,逐渐淘汰技术落后 污染较大的传统实心砖,转为生产煤矸石空心砖,以便在减少黏土使用的同时,降低产品能耗。

未来煤矸石综合利用市场在国家政策的支持与约束下将有广阔的发展。随着农业、化工等行业对煤矸石成分的要求越来越高,煤矸石在农业、化工领域的应用越来越少。在今后几年的发展中,煤矸石以能源、建材领域的综合利用为主导,朝着建设“煤－焦－电－建材”、“煤－电－化－建材”的循环经济园区发展。

最后,我们应顺应国家新的发展理念,在最大的工业固废领域发力,通过整合国内外技术力量,集中解决煤矸石等煤基固废长期污染环境问题。特别是对这些固废在绿色建材、绿色建筑和功能材料等领域开发利用的最新进展,以及新能源在这些应用领域的开发、应用和技术突破等相关议题,进行深入的研究,力图寻求新的发展思路、新的技术成果推广与新的技术路线!

4 总结

我国煤矸石综合利用虽然取得了一定的成果,但与国际综合水平还是具有一定的差距。为了创造一个资源节约型、绿色环境型社会,进而实现可持续发展,以下几个方面一定要做好。首先,应加强对各地煤矸石的成分、结构、性质等基本研究,从而提高综合利用的效率和科技含量,进而提升煤矸石的经济附加值和综合利用率。另外,企业应通过加强政府的支持来获得优惠待遇,并通过颁布优惠政策扶持企业。煤矸石综合利用的高附加值将成为今后的发展方向,我国在煤矸石综合利用方面已迈出工业化的步伐。