关于山西省煤矸石综合利用存在的问题及发展建议.docx

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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开展建议

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，制订了开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方法等地方性法规，同时加大投入，引导企业通过开展循环经济，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工程上，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，根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〔降低粘土砖本钱甚低〕，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本钱，2021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，且本钱高，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、化装品、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、煤炭产业再开展、延伸煤炭产业链、开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开展方向，支持扶持真正煤矸石利用的工程，引导标准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，并使洗涤剂本钱降低。

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、化装品等〕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，假设形成年产10万吨生产能力，那么消耗煤矸石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工程，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开展。

〔该工程已得到省煤炭可持续开展基金400万元的支持，但显得明显缺乏。

〕

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正确助剂是4A沸石，翻开禁磷壁垒的措施应是实际产量到达总需求量的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             ％

序号

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

可燃物

1

59.5

22.4

3.22

0.46

0.76

0.12

10.49

2

57.24

25.14

1.86

0.96

0.53

1.78

12.75

3

52.47

15.28

5.94

7.07

3.51

1.99

13.27

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、枯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、瓦的生产工艺根本相同，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，经济效益十清楚显。

〔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，再参加适量磨细的生石灰、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开展。

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

成分

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

Na2O3及K2O

烧失量

百分含量/%

40～60

17～35

2～15

1～10

0.5～2

0.1～2

0.5～4

1～26

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含量的上下，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，比外表积增大，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，参加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，并以粉煤灰取代局部水泥，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）。

〔2〕粉煤灰作土建原材料和作填充土。

粉煤灰能代替砂石、粘土用于高等级公路路基和修筑堤坝。

其用作路坝基层材料时，掺和量高、吃灰量大，且能提高基层的板体性和水稳定性。

目前我国公路、尤其是高速公路常采