我国北方煤矸石现状及综合利用初探

【摘 要】煤矸石是限制煤炭企业发展的因素之一，本文根据北方煤矸石特点，对其污染现状进行简要分析，从无害化处理和资源化利用等方法有针对性的提出了具体的利用途径，综合利用途径对于北方煤炭企业的可持续发展具有积极意义。

【关键词】煤矸石；污染；资源化；利用

0 前言

2013年，煤炭产量在37亿吨左右，是我国最为重要的能源之一。在煤炭开采及下游加工过程中，产生出大量的煤矸石。目前，我国煤矸石堆放量超过40亿吨，在所有的工业废弃物中，煤矸石所占比例最大。由于受主客观因素的限制，在过去的煤炭开采过程中，煤矸石往往作为废弃物随意丢弃，占地约25万多公顷[1]。

因此，彻底解决煤炭开采产生的煤矸石和历史遗留的矸石山等问题，实现煤矸石的无害化处理及资源化利用，可有效保障矿区的土壤、大气、地下水、地表水等环境要素的质量安全，并改善矿区生态环境，以保证现代煤炭企业的可持续发展。

1 煤矸石的主要特征

从化学成分上看，煤矸石主要是由无机质组成，同时包括少量的有机质。无机质主要包括Si、O、Al、Fe、Ca、Mg、K、Na、P、Ti、重金属和稀土元素等，SiO2和Al2O3所占的比例最大，SiO2一般在40-60%，Al2O3在15-30%[2]。

2 煤矸石存在的主要问题

到目前为止，我国北方的煤矸石主要以露天堆放的方法为主要处置方式，已带来的环境问题，主要体现在[2]：

（1）污染水体。煤矸石及其风化物无粘结性，颗粒物通过淋溶作用进入地下水、地表径流进入地表水，煤矸石所含有的重金属和其他有毒物质可导致水体污染。

（2）污染大气。煤矸石风化以及滚落挤压的破碎作用会导致大量形成细小颗粒物，甚至包括PM2.5，在风天形成扬尘而污染大气。北方的煤矸石山多存在自燃现象，弥散出大量的SO2、CO、NOx、H2S等有害气体。

（3）污染土壤。淋溶作用、地表径流和大气携带煤矸石次生细小颗粒物扩散到周围土壤，使土壤的物理结构变劣、肥力下降、重金属含量增加。

（4）破坏自然景观。相对于土壤而言，煤矸石的风化程度低，植物难于生长；且矸石山地温高。因此，木本植物无法在矸石山生长，近乎“秃山”。矸石山往往是矿区的“标志性建筑”。

3 资源化利用途径

（1）填充采空区和塌陷区。通过“挖深垫浅”等方式，利用煤歼石作为充填材料，进行采空区和塌陷区的回填，是煤矸石大宗利用最为直接的方式。

（2）作路基路面材料。煤矸石与熟石灰按一定比例混合形成的灰矸材料，具有耐压、耐水、施工简单、成本低等特点，尤其在抗冻防裂性能上，是北方最具有广泛的推广价值的路基材料之一。在修建的鹤岗至伊春高速公路时，就采用了鹤岗煤矿煤矸石作为路基填料[3]。

（3）煤矸石发电。选用热值高于1500kcal/kg的矸石作为火力发电原料，是煤矸石综合利用的重要途径。在煤炭企业上规模的非煤产业项目中，煤矸石发电项目占有绝对比重。目前，全国煤矸石电厂装机容量已达500万千瓦以上，年消耗矸石量约5000多万吨。从全国来看，煤矸石发电经过多年发展，尽管装机规模很小，但在燃烧技术、环保技术等方面已经取得了长足的进步，已趋于成熟，值得北方煤矿借鉴，但从燃烧技术层面，要采用新型的超临界循环流化床燃烧技术，以提高热效率、降低污染。

（4）农业应用。煤矸石的农业应用主要体现在有机肥源、肥料和农药载体和改良土壤等方面。在通透性较差的盐碱地适量施入煤矸石，可促进农作物生长，提高产量。

（5）煤矸石制砖。由于北方建筑对节能要求较高，近年来对空心保温砖的需求量大增，很多建筑材料公司利用人工煅烧或自燃煤矸石作为骨料，以水泥作为胶凝材料，添加其他辅助料加工空心保温砖，市场前景较好。

（6）生产水泥。为调整经济结构，国家加大对第一产业的投资，对水泥等建筑材料需求量剧增，而受水土保持和环境影响评价等制度的限制，水泥原料开采受到制约。我国北方有相当部分煤矸石的硅铝的含量较高，化学成分与粘土极为相似，可以代替水泥生产过程中的粘土配料。根据煤矸石成分的不同，不仅可以用于生产水泥熟料、少熟料水泥、普通硅酸盐水泥和白水泥，而且还用于生产快硬水泥、喷射水泥等专用水泥。

（7）生产陶粒。符合膨胀要求的煤矸石，经过破碎预热高温烧胀冷却分级制成煤矸石陶粒，已在七台河煤矿进行生产。陶粒可降低建筑物自重，也可用于无土栽培和过滤。

（8）加工陶瓷产品。利用煤矸石成分与粘土相近的特点，可以利用煤矸石加工日用陶瓷、釉面砖。北焙陶瓷厂利用嘉陵煤矿的煤研石生产高档马赛克，在北方尚未出现；江西新华煤矿煤矸石中Fe2O3含量高，呈现红色，可生产不上釉的红地砖，其生坯强度增大。

（9）生产新型材料。利用某些煤矸石的特殊性质，生产中碳化硅（导热率高、耐磨性强、耐腐蚀性的耐高温材料）、A4分子筛（人工沸石，其他方法生产成本高）、增白和超细高岭土、白炭黑，等。

（10）化工产品生产。主要利用煤矸石中的Si、Al含量搞得特点，生产硅铝化工品。如氧化铝、硫酸铝、氯化铝、铁铝合金等。

硫酸铝在造纸、水处理中作沉淀剂或絮凝剂，还可作泡沫灭火器的内留剂，制造明矾、铝白的原料，石油脱色、脱臭剂等，应用十分广泛。一些学者利用辽阳某改成生产的硫酸铝进行吉林省西部盐碱良，可显著改善盐碱土的通透性、并减低pH值。

【参考文献】

[1]冯蕊.煤矸石综合利用发展方向研究[J].环境与可持续发展，2013（5）：122-125.

[2]王国平.辽宁阜新煤矸石资源化研究[D].成都理工大学，2005.

[3]李宗耀.寒冷地区综合利用煤矸石筑路技术研究[D].长安大学，2008.