我国煤矸石的综合利用技术现状

曹金钟　田晓贺　李玉麟

(1.国投大同能源有限责任公司塔山煤矿；2.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院)



我国煤矸石的综合利用技术现状

曹金钟1田晓贺2李玉麟2

(1.国投大同能源有限责任公司塔山煤矿；2.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院)

摘要煤矸石是我国的煤炭工业的固体废弃物，占据了煤系固废物的很大一部分，是在成煤过程中和煤炭伴生含热量较低的黑色岩石。然而大量产出的低热量的煤矸石不仅占据着地面土地，而且还会造成环境污染，大气污染，特定情况下会引起矸石山自燃。因此，煤矸石的处理和综合利用对我国煤炭工业的生存和发展都具有十分重要的社会效益和环境效益。

关键词煤矸石煤系固废物综合利用环境保护

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费大国，煤炭产量达到了38.7亿t，每年有约13亿t的煤矸石产生。煤炭工业的矸石不仅占用土地，而且释放有毒有害气体，污染农田、水源、地下河流。但是，煤矸石作为低热量能源和建材、工业原料开发利用，具有环境和经济的双重意义。

1　煤矸石的来源和组成

1.1煤矸石的来源

煤矸石的主要来源大致可以分为以下3种情况[1]：①井筒开掘、巷道掘进和露天剥离产生的矸石;②煤巷掘进和采煤过程中煤层中的夹矸或底板上的岩石;③在洗煤过程中产出的矸石。生产情况如表1所示。

表1　煤矸石的来源和生产情况 %

煤矸石的组成成分是评价矸石的特性以及决定其用途，指导生产的重要指标。通常所指的成分是在矸石煅烧后的化学组成成分[1]，一般为无机化合物，如表2所示。

表2　煤矸石的组成和矸石类型

2　我国煤矸石井上利用途径

将煤系固体废弃物作为原材料的资源开发利用,是20世纪70年代以来发展迅速、最有效的处理和利用方法，也可以视作为一种最终处置。由于冶炼渣、粉煤灰、炉渣和煤矸石等的化学成分及其他技术性质类似于多种天然资源，故可在建筑材料、冶金原料、农用和回收能源方面找到广阔的利用途径，对煤矿的可持续发展有重要意义。利用的基本原则为：最小化、资源化、无害化。

2.1回收有用矿物

在煤矿巷道开掘或者采煤过程中，会有一定量的煤炭混合在矸石当中，有些富含高铝矸石，有些是石灰岩矸石，黄铁矿也经常出现在洗矸当中，这些矸石可以通过一定的办法加工处理后作为工业生产的宝贵资源，但要进行经济技术比较分析[1]。

(1)回收能源和煤矸石发电。从含有可燃煤矸石、粉煤灰和炉渣中回收有用的能源，也是处理和利用固体废物的一种方法。煤矸石的热值为800～8 000 kJ/kg，在粉煤灰和炉渣中也常含有10%以上的未燃尽炭，可直接回收炭或者用以和黏土混合烧制砖瓦，即可节省黏土又能节省能源。某些有机废物可通过一定的配料制取沼气回收能源[2]。

按照我国实行的《煤矸石综合利用管理办法》，含煤矸石的燃料发热量小于12.5 MJ/kg时作为煤矸石利用，大于7.5 MJ/kg的煤矸石直接做循环流化床燃料。如果矸石的发热量小于7.5 MJ/kg，可以在其中掺加煤泥用于煤矸石发电厂[3]，其灰渣可以用于制作建筑材料，在煤矸石的燃烧发电过程中，要注意煤矸石的固硫脱硫，以免引起大气污染[4]。

(2)回收黄铁矿。化学工业和化肥工业都会用到黄铁矿石，黄铁矿石是重要的原料。在我国现已探明大部分的煤矿中，煤系黄铁矿约16.4亿t[1]，占全国黄铁矿保有储量的一半以上。通过洗选矸石后，富含的煤矸石黄铁矿大多在洗矸中以块状、脉状、结核状的形态出现。回收的工艺流程原则上是从粗到细，破解后回收，常采用跳汰—摇床联合工艺回收。

2.2提取化工产品

我国大部分煤矿地质构造条件比较复杂，很多矿床为复合型伴生矿[4]。矸石中常含有大量的有益矿物，如氧化硅、氧化铝等，可用煤矸石制备铝盐，其主要产品为聚合氯化铝，硫酸铝，氢氧化铝，氧化铝。产品作无机凝聚剂、饮用水净化剂、工业废水处理等。工艺过程先破碎，焙烧、磨粉后进行酸浸反应，生成产物氧化铝、硫酸铝，再过滤分离，浓缩结晶后得到产品，这些产品在对水的处理上有广泛的市场前景[5]。

2009年以来，烟草行业逐步在全系统推广福建省烟草公司审计委派制的经验和做法，在全系统实行内部审计委派制，即由省级公司向地市级公司派驻审计人员，建立“双重领导，垂直管理、监督驻地、参审异地”的内部审计运行体系。委派制实施以来，内部审计工作成效显著，审计监督的整体性和宏观性作用得到有效发挥，为全系统规范健康发展提供了有力保障。但从运行情况来看，也存在着不少的问题，期待通过深化改革，进一步激活活力，发挥内部审计的作用。

2.3建材

早在上世纪80年代，我国就进行了矸石在建筑行业的相关研究，如生产轻骨瓷、制备水泥、生产砖瓦等，这些方法已成为煤矸石最大的利用途径[4]。轻骨料一般是为了减少混凝土的相对密度而产生的一种多孔骨料，比卵石或破碎的岩块要轻许多。目前我国生产煤矸石轻骨料尚处在初级阶段，主要是回转窑烧制煤矸石陶粒。工艺过程为：对矸石破碎，研磨成细粉，加水搅拌，造粒成球干燥焙烧冷却等。水泥工业是大量消耗燃料的工业，为了节约燃料，可以用一些含有可燃物质的煤矿废渣烧制水泥[1]。煤矸石的成分和黏土的化学成分大致相似，可以替代黏土作为生产水泥的原材料或者混合材料掺入增加水泥的产量[5]。生产砖块瓦块的工艺过程大多是先对矸石进行粗碎，粒度要小于50 mm，再进行二次破碎，此时的物料粒度应在2 mm以下，主要为1 mm以下，对物料进行强力搅拌，使之均匀混合，粒度平均分布，然后陈化，再进行二次加水搅拌，送入挤砖机，挤压成型干燥后焙烧即可[6]。

2.4制造农肥

煤矸石常含有一定量的促进植物生长的肥分和微量元素，并具有改良土壤酸碱度的作用。如煤矸石含有大约20%的有机质及硅、钙等矿物成分，可以加强植物的抗倒伏能力，起到硅钙肥的作用，且含有Zn、B、Mn、Mo、Cu等植物生长所必须的微量元素。煤矸石的酸碱性和矿物元素可将其用于改良土壤，增加土地的肥效和调节土地的酸碱性。在实施前要先查明土地的化学性质和缺少的元素，根据具体情况适量地加入处理过的矸石[7]。

3　煤矸石的井下处理

我国对矸石井下处理技术的可行性研究比较多，经济上的合理性研究比较少。当前我国正处于建设资源节约型，环境友好型社会，井下处理矸石对环境和经济的发展都有十分重要的意义[8]。

(1)矸石构筑巷帮。采区上下山煤层巷道附近布置前进式回采工作面，当工作面推进采煤一段距离后，再用他处的矸石砌筑巷道两帮，消化矸石构筑巷道帮，无需开掘开切眼，极大的方便了工作面设备的安装[9]。也可以在采空区掘进巷道或者恢复巷道时用井下的出矸砌筑巷帮，兼做巷道支护[8]。

(2)矸石作固体充填材料。我国煤炭资源开采过程中存在着大量的“三下”压煤问题，随着安全高效的固体充填采煤技术的发展，在井下煤矸分离已成为现代化矿井实现绿色开采、资源最大化开发利用的现实要求。矸石的井下处理利用量最大的就是矸石充填采矿法，可以使原生矸石不出井，减少开采引起的地面沉陷。充填方法主要为4种[8]：①自重充填，主要应用于采空区倾角大于42°的情况下，将矸石从掘进面运输卸载到采空区，使用的设备和系统比较简单，维护也比较方便，矸石利用率比较高；②机械充填，适用于工作面倾角较小或者近水平的情况下，借助输送机充填;③风力充填，在区段平巷或回采煤巷内安设一台风力充填机，沿工作面铺设充填管道便可进行风力充填，系统简单，灵活，适应性比较强，比较适合我国国情的井下矸石充填采矿法;④矸石处理后充填，将地面的矸石、井下矸石、粉煤灰加上水泥和一定比例的煤炭混合，煤、矸石、凝聚剂成条带状充填采空区或硐室，比例为水泥∶煤∶矸石=1∶2∶5，并且加入一定量的速凝剂[10]。与综掘巷道和沿空掘巷相比较，该方法经济效益好，节省了材料，降低了巷道及回采工作面的成本，在相同情况下单位时间内的产量增加，使回采费用降低[11]。

4　我国当前矸石利用中存在的问题

(1)矸石综合利用总体水平不高。我国煤矿企业矸石处理利用装备比较落后、规模小、发展力不足、竞争力低下。在大部分的矿井中，目前煤矸石综合利用技术装备达到国际上世纪90年代较先进水平的比例还不足20%，技术含量高的煤矸石综合利用技术还没有得到广泛应用，企业规模偏小，全国煤矸石制砖不足1 000万块标准砖，并且品种比较单一，不能适应市场的需求[12]。

(2)地区发展不平衡。在能源相对短缺的地区，煤矸石的综合利用发展比较快，比如在华东地区、西南地区，煤矸石综合利用率能够达到60%，高于全国平均水平的18%，在煤炭资源相对丰富的地区，煤矸石的综合利用发展比较缓慢。这主要是由于矿井只注重煤炭的产量和经济利润，在煤矸石的综合利用方面认识存在短板，把煤矸石的利用只当成煤矿的副业，不能以绿色循环资源最大化的思维去发展煤矿经济。

(3)缺乏资金渠道。尽管很多地区已经重视到煤矸石的综合利用带来的经济利润[8]，但是，企业在矸石的再利用时经常会出现资不抵债、利润比较少的局面，很多企业不太愿意做，导致资金缺乏。

5　结　论

我国的煤矸石产量随着煤炭经济的发展而日益增加，在倡导建设资源节约型、环境友好型社会的大前提下，要转变观念，将煤矸石当作矿业的另一个产品，大力发展矸石的综合利用技术，拓宽利用途径。先立足于已经发展起来的技术，在转变思维模式、产业结构的同时，政府要从我国的国情出发，从保护环境，发展绿色经济出发，制定和落实能够促进矸石的发展政策，确保资金到位，切实从企业发展的角度，在保障企业收益的情况下，更好地促使煤矸石的利用。

参考文献

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[12]左鹏飞．煤矸石的综合利用方法[J]．煤炭技术，2009，28(1)：186-189．

(收稿日期2016-05-04)

曹金钟(1969—)，男，矿长，高级工程师，037000 山西省大同市。