煤矸石现状及综合利用态势

发布时间:2023-06-25
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我国是煤炭资源开采大国,煤炭生产、加工过程中产生了大量的煤基固体废物,对矿区土地资源和生态环境造成了严重的破坏,已成为制约矿山生态修复的重大战略问题。煤矸石综合利用存在储量大、综合利用率低、空间分布不均衡等特征,煤矸石综合利用能力难以满足国家对生态环境保护的要求。


煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物,是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。


从煤炭开采来看,中国每年生产1亿t煤炭,排放矸石1400万t左右;从煤炭洗选加工来看,每洗选1亿t炼焦煤排放矸石量2000万t,每洗1亿t动力煤,排放矸石量1500万t。2005年,国内各类煤矿生产煤炭1045亿t,洗煤385亿t,排放矸石量19-20亿t。因而,全国国有煤矿现有矸石山1500余座,堆积量30亿t以上(占中国工业固体废物排放总量的40%以上)。


根据《2022-2027年中国煤矸石行业市场全景调研及投资价值评估研究报告》显示:煤矸石按主要矿物含量分为黏土岩类、砂石岩类、碳酸盐类、铝质岩类。按来源及最终状态,煤矸石可分为掘进矸石、选煤矸石和自然矸石三大类。煤矸石排放量根据煤层条件、开采条件和洗选工艺的不同有较大差异,一般掘进矸石占原煤产量的10%左右,选煤矸石占入选原煤量的12%~18%。


我国煤矸石区域分布不均衡,主要集中在经济不发达的中西部地区,煤矸石产业发展相对滞后。特别是山西、内蒙古、陕西、新疆和贵州等产煤大的省份,其煤矸石产生量占全国总产生量的78.74%,煤矸石已成为城市发展的“顽疾”。在资源短缺的东部地区,煤矸石产生量较少,但综合利用率高,技术发展快,煤矸石常被用来生产水泥、砖瓦等建筑材料,然而若将煤矸石运至东部地区,运输成本过高,经济价值较低。


我国早在上世纪中期就开始利用煤矸石,对其的综合利用从70年代中后期在逐渐开始。煤矸石的综合利用受如铝硅比值、碳硫含量等因素的影响,主要作为生产氧化铝、燃料、作为化工原料、陶瓷原料、制备建筑材料和工程填充等方面。


随着我国能源产业结构调整和转型升级,能源消费结构日趋低碳化。2021年我国的煤炭消费量占一次能源消费总量的比例已降至56.0%,但在未来一段时期内,煤炭仍是我国最主要的一次性能源。

煤矸石占我国煤炭生产总量的15%~20%,由于其热值低、利用难度大,常被露天堆放在矿区周围。据统计,2021年煤矸石产生量约为7.43×108t,同比增长5.84%。从煤炭的需求量和产量的预测来看,2025年我国煤矸石的年产生量将达到约8亿t。

煤矸石山不仅占用大量土地,还会污染大气、水体和土壤,是煤矿区最主要的污染源。矸石山自燃产生的SO2、NOx等有毒有害气体会对矿区大气环境造成严重污染;在雨水淋溶和渗滤等作用下,煤矸石产生的有毒有害元素将会对土壤和地下水造成严重的环境污染。

利用煤矸石制备建筑材料,主要包括制砖、水泥原料、陶瓷材料等。煤矸石制砖通常利用煤矸石自身的热值提供所需的干燥和烘焙的能量。目前我国煤矸石制砖的工艺相对较为成熟,已经开发生产了实心矸石砖、多孔承重矸石砖和空心矸石砖等。煤矸石的主要成分为SiO2和Al2O3,与黏土的化学组成相似,可代替部分黏土来生产水泥。

虽然煤矸石的综合利用取得了长足发展,但是还存在以下一些问题。一是总体利用水平不高。二是煤矸石综合利用技术基础研究尚待加强。三是煤矸石综合利用工艺的研究不够深入。根据“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见”,在后续工作中需加强煤矸石的综合利用能力,扩大其利用规模,有序降低其存量,并在关键瓶颈技术取得突破,建立其综合利用创新体系。不断推进煤矸石在工程建设、塌陷区治理、矿井充填等领域的应用,有序引导利用煤矸石生产新型墙体材料、装饰装修材料等,并在风险可控的前提下深入推动其在农业领域的应用和有价组分提取,加强大产量和高附加值产品的应用和推广。


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