关于山西省煤矸石综合利用存在的问题及发展建议

关于山西省煤矸石综合利用存在的问题及发展建议煤矸石是煤炭开采及利用过程中产生的一种固体废弃物。

据统计，山西省目前煤矸石积存量已达10亿吨以上，占全国累计存量的1/3，全省大小煤矸石山堆积近万座，占地约25万亩，且每年还在以10%左右的速度递增。

由此带来一系列环境问题：煤矸石山溢流水使地下水呈现高矿化度、高硬度，导致土壤盐碱化，使农作物减产甚至绝收；煤矸石随意堆放还造成河道堵塞、土地沙化和大面积水土流失；煤矸石自燃产生的一氧化碳、二氧化硫等有毒有害气体，已经成为山西大气污染的主要元凶。

为了科学利用煤矸石，减少环境污染，山西省近年来先后出台了节约能源条例，制订了发展循环经济实施方案，并制定实施了资源综合利用产品认定管理办法等地方性法规，同时加大投入，引导企业通过发展循环经济，延伸产业链，调动了企业综合利用资源的积极性。

但在山西省扶持的煤矸石利用项目上，存在一系列问题，有的已遭到老百姓的质疑，有的没有效益，有的又造成二次污染。

1、利用煤矸石发电（较成熟），但煤矸石的价值利用率极低，基本上是煤矸石变成粉煤灰，又造成二次污染。

2、利用煤矸石制砖（较成熟），一种使用粘土（70％）与煤矸石（30％）粉碎后混合烧制，此法的弊端在于使用大量粘土（降低粘土砖成本甚低），破坏土地资源。

另一种是煤矸石经电厂或锅炉燃烧后的炉渣，经磨细加压制成免烧蒸养砖，附加值较低。

3、利用煤矸石做复合肥，像长效、缓释复合肥，只是利用煤矸石做填充料降低复合肥的成本，2008年下半年这样的企业全部倒闭。

4、所谓利用煤矸石生产高档煅烧高岭土，实属忻州、浑源一带高岭岩（煤矿顶板和底板单采矿，达不到高岭土的要求，且成本高，市场受限），该行业全省建起有百家企业，现在仅有两三家生产，而且仅仅生产低档涂料（白度、力度尚不去，达不到高岭土的要求）。

从上述状况，可以看出这些都没能在煤矸石综合利用上有所突破，也谈不上某些媒体报道的那样变“祸源”为新型资源。

值得关注的是，山西省已经研究出“利用煤矸石生产代磷助剂LN-4A沸石”技术（包括：a.利用煤矸石为原料制备纳米级4A沸石的方法；b.利用剪切高碰撞技术制备高活性纳米级4A沸石的方法；c.利用粉煤灰为原料制备纳米级4A沸石的方法），已于2007年12月通过山西省科技厅组织的科技成果鉴定。

该技术不仅能100%消化煤矸石，有效减少煤矸石对环境的污染及对土地的占用，而且其产品可以应用于建材高档涂料、化妆品、橡胶、塑料、石化、生化等行业，代替磷酸盐减少对水资源的污染。

是真正的变“祸源”为新型资源。

在此建议如下：1、煤矸石综合利用是一项关系到山西省环境保护、煤炭产业再发展、延伸煤炭产业链、发展山西省循环经济和经济转型的大事业，省有关行业职能部门应科学准确把握该行业的发展方向，支持扶持真正煤矸石利用的项目，引导规范该行业纳入正确轨道，使之成为山西的一大产业。

2、支持利用煤矸石生产LN-4A沸石技术的应用意义重大。

这一双环保技术，不仅可以消耗大量的煤矸石，而且其产品能彻底代替洗涤行业的磷助剂，并使洗涤剂成本降低。

目前，该技术已得到国家和行业的认可，产品一直于供不应求的状态，而且附加值高。

是真正延伸了煤炭产业链。

所以该技术的推广与应用非同一般。

3、煤矸石生产LN-4A沸石技术，利用煤矸石制备的代磷助剂及相关产品附加值高，经济效益十分可观。

其系列产品（如用在香蕉、化妆品等）市场价值价均在6000—15000万元/吨之间，可使煤矸石附加值超出煤炭价值数倍。

就生产代磷助剂而言，若形成年产10万吨生产能力，则消耗煤矸石13万吨，产值可达25500万元，利润6390万元，税金5480万元，可安排就业人员676人，社会运输量达18万吨‘4、应扶持该技术尽早实现产业化。

在中央和地方大力投资潜力产品，扩大内需的形势下，应关注这一拥有山西省自主知识产权的项目，以此带动山西省一批煤矸石利用的环保型科技企业，实现省煤炭的可持续发展。

（该项目已得到省煤炭可持续发展基金400万元的支持，但显得明显不足。

）5、助推国家禁磷政策实施。

就国内市场看，无磷洗涤用品市场容量在400万吨左右，按洗涤剂中助剂含量25%--30%计算，需无磷助剂100万吨左右，市场对洗涤剂需求量每年在7%递增，无磷洗涤剂也按此比例增加。

我国目前年生产无磷洗衣粉仅20万吨。

目前已得到证明替代磷酸盐的最佳助剂是4A沸石，打开禁磷壁垒的措施应是实际产量达到总需求量的50%以上，国家才能禁磷。

山西应利用煤矸石资源和技术优势，制定相应战略规划，引领禁磷潮头，力推国家洗涤剂全面禁磷的早日到来。

1．煤矸石的综合利用煤矸石是煤矿开采过程中产生的废渣，由有机物（含碳物）和无机物（岩石物质）组成，其中的C、H、O是燃烧时能产生热量的元素。

煤矸石的矿物组成主要有高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝。

煤矸石中的金属组分含量偏低，一般不具回收价值。

表9-3列出了国内几种煤矸石的主要化学成分。

表9-3 煤矸石的主要化学成分％煤矸石的综合利用是尽量将其资源化，以减少环境污染。

含碳量较高的煤矸石可作燃料；含碳量较低的和自燃后的煤矸石可生产砖瓦、水泥和轻骨料；含碳量很少的煤矸石可用于填坑造地、回填露天矿和用作路基材料。

一些煤矸石粉还可用来改良土壤或作肥料。

（1）用煤矸石作燃料。

由于煤矸石含有一定数量的固定炭和挥发分，其发热量一般为1000～3000kcal/kg（lcal=4.1868J），因此当可燃组分较高时，煤矸石可用来代替燃料。

如铸造时，可用焦炭和煤矸石的混合物作燃料来化铁；可用煤矸石代替煤炭烧石灰，亦可用作生活炉灶燃料等。

四川永荣矿务局发电厂用煤矸石掺入发电，五年间利用煤矸石22.4×104t，相当于节约原煤17×104t。

近10年来，煤矸石被用于代替燃料的比例相当大，一些矿山的矸石山甚至消失。

（2）用煤矸石生产砖、瓦。

煤矸石经过配料、粉碎、成型、干燥和焙烧等工序可制成砖和瓦。

除煤矸石必须破碎外，其它工艺与普通粘土砖、瓦的生产工艺基本相同，但由于可利用煤矸石自身的发热量，这种砖瓦可比一般砖瓦节约用煤量50%～60%。

黑龙江鹤岗等八个企业用煤矸石生产矸石砖、空心砖、矸石水泥瓦、陶粒、水泥等产品，使煤矸石的处理利用率达87%以上，经济效益十分明显。

（3）用煤矸石生产水泥。

煤矸石中二氧化硅、氧化铝及氧化铁的总含量一般在80%以上，它是一种天然粘土质原料，可代替粘土配料烧制普通硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、煤矸石炉渣水泥等。

（4）用煤矸石生产预制构件。

利用煤矸石中所含的可燃物，经800℃煅烧后成为熟煤矸石，再加入适量磨细的生石灰、石膏，经轮辗、蒸气养护可生产矿井支架、水沟盖板等水泥预制构件，其强度可达200～40Okg/cm2。

这种水泥预制的灰浆参考配比为:熟煤矸石85%～90%，生石灰8%～10%，石膏1%～2%，外加水18%～20%。

（5）用煤矸石生产空心砌块。

煤矸石空心砌块是以煤矸石无熟料水泥作胶结料、自然煤矸石作粗细骨料、加水搅拌配制成半干硬性混凝土，经振动成型，再经蒸气养护而成的--种新型墙体材料。

其规格可根据各地建筑特点选用。

生产煤矸石空心砌块是处理利用煤矸石的一条重要途径，具有耗量大、经济、实用等优点，可以大量减少煤矸石的占地。

（6）用煤矸石生产轻骨料。

轻骨料是为了减少混凝土的比重而选用的一类多孔骨料，轻骨料应比一般卵石、碎石的密度小得多，有些轻骨料甚至可以浮在水上。

用煤矸石烧制轻骨料的原料最好是碳质页岩或洗煤厂排出的矸石，将其破碎成块或磨细后加水制成球，用烧结机或回转窑焙烧，使矸石球膨胀，冷却后即成轻骨料。

在产煤地区，煤矸石是对环境影响较大的一类固体废物。

随着市场经济的继续深入，对煤矸石的开发利用也在不断发展。

煤矸石除作以上用途外，自燃后的煤矸石可用作公路路基和堤坝材料；用煤矸石(含氧化铝较高的一种)还可生产耐火砖等。

2．粉煤灰的综合利用粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料。

它是燃煤电厂将煤磨细成100µm以下的煤粉，用预热空气喷入1300～1500℃的炉膛内，在其悬浮燃烧后形成的固体废物。

产生的高温烟气，经收尘装置捕集就得到粉煤灰(或叫飞灰)。

少数煤粉在燃烧时因互相碰撞而粘结成块，沉积于炉底成为底灰。

飞灰约占灰渣总量的80%～90%，底灰约占其总量的10%～20%。

粉煤灰收集包括烟气除尘和底灰除渣两个系统，粉煤灰的排输分干法和湿法两种方法。

干排是将收集到的飞灰直接输入灰仓。

湿排是通过管道和灰浆泵，利用高压水力把粉煤灰输送到贮灰场或江、河、湖、海。

湿排又分灰渣分排和混排。

目前我国大多数电厂采用湿排。

粉煤灰的化学组成与煤的矿物成分、煤粉细度和燃烧方式有关，其主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃炭，另含有少量K、P、S、Mg等化合物和As、Cu、Zn等微量元素。

表9-4为我国一般低钙粉煤灰的化学成分，其成分与粘土类似。

表9-4 我国一般低钙粉煤灰的化学成分粉煤灰的化学成分是评价粉煤灰质量优劣的重要技术参数。

根据粉煤灰中CaO含量的高低，将其分为高钙灰和低钙灰。

CaO含量在20%以上的叫高钙灰，其质量优于低钙灰。

另外，粉煤灰的烧失量可以反映锅炉燃烧状况，烧失量越高造成的能源浪费越大，粉煤灰质量越差。

煤粉经燃烧后颗粒变小，孔隙率提高，比表面积增大，活性程度和吸附能力增强，电阻值加大，耐磨强度变高，三维压缩系数和渗透系数变小。

粉煤灰有着良好的物理、化学性能和利用的价值，因而成为一种“二次资源”。

粉煤灰中的C、Fe、Al及稀有金属可以回收，CaO、SiO2等活性物质可广泛用作建材和工业原料，Si、P、K、S等组分可用于制作农业肥料与土壤改良剂，其良好的物化性能可用于环境保护及治理。

因此，粉煤灰资源化具有广阔的应用和开发前景。

（1）粉煤灰作建筑材料。

粉煤灰作建筑材料，是我国大量利用粉煤灰的途径之一，它包括配制粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土、粉煤灰烧结砖与蒸养砖、粉煤灰砌块、粉煤灰陶粒等。

粉煤灰水泥又叫粉煤灰硅酸盐水泥，它是由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，加入适量石膏磨细而成的水硬胶凝材料，能广泛用于一般民用、工业建筑工程、水工工程和地下工程。

粉煤灰混凝土是以硅酸盐水泥为胶结料，砂、石等为骨料，并以粉煤灰取代部分水泥，加水拌合而成。

建国以来，我国曾在刘家峡等大型水利大坝工程中采用了粉煤灰混凝土。

粉煤灰的成分与粘土相似，可以替代粘土生产粉煤灰烧结砖、粉煤灰蒸养砖、粉煤灰免烧免蒸砖、粉煤灰空心砖等。

粉煤灰硅酸盐砌块是以粉煤灰作原料，再掺入少量石灰、石膏及骨料，经蒸气养护而成的一种新型墙体材料，具轻质、高强、空心和大块等特点，与砖相比具有工效高、投资省等优点，但要求其中Al2O3、SiO2含量高，细度好，含炭量低等，具体要求见粉煤灰硅酸盐砌块建材标准(JC238-18)。