煤矸石综合开发利用可行性分析

来源:用户上传      作者: 黄志芳

　　[摘要] 通过对煤矸石特性、主要利用途径及效益的分析,论证了煤矸石综合开发利用的可行性。建议有关部门制定相关政策措施以加快永春县煤矸石综合开发利用步伐,改善矿区生态环境,促进煤炭产业可持续发展。
　　[关键词] 煤矸石 现状 开发 利用 途径
　　
　　天湖山矿区位于永春西部,与德化县、大田县毗邻,面积11.5km2,是闽南著名的煤都。矿区开采面积15km2以上,年产煤约350万吨,年产煤矸石40万m3。上世纪80年代以来,集体、个体等各种形式的小煤窑一哄而起,虽然缓解了当时煤炭供应的紧张状况,但也留下了许多环境污染隐患,煤矸石到处堆存是一个问题。调查显示,由于在开采过程中,绝大多数矿井煤矸石随意沿坡倾倒、沿沟堆放,目前矿区内堆放的煤矸石达1000万吨以上,其中大约有400万m3煤矸石堆积在矿区的山坡沟谷里,对矿区人民生命财产的安全构成严重威胁。
　　
　　1 煤矸石对环境的影响
　　
　　煤矸石对人类生存环境的影响主要表现在:
　　1.1 造成河道淤积严重
　　天湖山矿区内绝大多数矿井煤矸石随意沿坡倾倒、沿沟堆放,且没有采取有效的水土保持措施,煤矸石顺着沟谷滑动推移,最终流入下游河道造成河道淤积,农田受毁。
　　1.2 侵占土地
　　煤矸石堆放在地表,使土地丧失应有的功能,堆存在山地、坡耕地地区的煤矸石,无疑将减少耕地面积,加速耕地的短缺。
　　1.3 污染大气
　　煤矸石对大气环境的影响主要有两种形式:一是煤矸石自燃所释放出的二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等气体污染环境,并进而对人体健康造成的危害;二是煤矸石在运输、处理和加工过程中产生的灰尘,以及因风扬起的灰尘,使空气质量下降。
　　1.4 污染水体
　　煤矸石对水体的污染主要有两种途径:一是雨水将煤矸石上的细粒物质冲刷下来,形成浑浊的水流流入附近的水体,或大风将微细的矸石颗粒刮进水体,造成水体的污染;二是雨水溶解了煤矸石中的酸性物质,流到水体中;或渗透到地下首先污染土壤,进一步污染地下水。地下水一旦受到污染,要恢复其水质是极其困难的。
　　1.5 影响公共安全
　　由于煤矸石储存场地和储存方式的设计不合理,或堆放不稳固,矸石山滑塌等意外事件时有发生。
　　
　　2 煤矸石综合利用现状
　　
　　矿区的煤矸石综合开发利用严重滞后,目前仍然停留在空区回填、复垦绿化、建房等初级阶段,未能充分发挥煤矸石的经济效益。1998年天湖山矿务局曲斗矿首创在煤矸石上盖房取得成功, 在煤矸石综合利用上闯出一条既有经济效益又有生态效益的新思路。之后矿务局铅坑矿将矸石山推平复垦种菜、建宿舍楼,含春矿将办公楼建于矸石堆改造地。2002以来,开始出现将矸石燃烧后用作水泥生产填充剂,但矸石燃烧后所释放出的二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等气体污染环境,易造成二次污染。
　　
　　3 煤矸石综合开发利用的可行性
　　
　　《煤炭工业“十五”计划和2015年规划》强调,要“积极发展中煤、煤泥和煤矸石电厂,加强煤矿开发过程中的环境保护。到2005年全行业煤矸石(煤泥)年利用率达到当年排放量的80%(8000万t左右)”。目前正是煤矸石综合开发利用的有利时机。
　　3.1 煤矸石储量丰富
　　天湖山矿区煤矸石保守估计已达1000万吨以上,可大规模综合开发利用。
　　3.2 煤矸石综合利用技术日趋成熟
　　3.2.1 煤矸石发电技术可行
　　重庆永荣矿务局与浙江大学、中国煤炭综合利用集团公司、东方锅炉厂合作,成功研制出煤矸石、煤泥混烧的循环流化床锅炉,解决了不同低热值燃料混合燃烧的技术难题。
　　3.2.2 煤矸石制砖技术和装备取得重大突破
　　黑龙江省双鸭山市东方工业公司和山东省新汶矿业集团公司,分别引进法国和美国先进的制砖设备,消化吸收生产的JEK双级真空半硬塑挤砖机和JEK系列双级真空硬塑挤砖机成套设备,改变了传统的制砖工艺和落后的装备,降低了生产成本,使煤矸石制砖技术装备水平及产品质量、品种都有了很大提高,为煤矸石建材的发展提供了技术保障。
　　3.2.3 煤矸石高附加值利用和大用量利用技术取得新进展
　　“九五”时期,我国开发了利用煤矸石生产增白和超细高岭土,以煤矸石为载体生产无机复合肥和微生物有机肥料等技术;完善了利用煤矸石生产氯化铝、聚合氯化铝等化工产品、岩棉及其制品、特种硅铝铁合金、铝合金等技术,这些产品技术含量高,市场前景好。煤矸石复垦在充填、水土保持、作物种植等技术上均取得较大突破,并在煤矸石复垦塌陷区的开发利用中取得了较好的社会效益和环境效益,显著提高了土地的利用率。
　　3.3 国家政策支持
　　1984年,国务院批文确立煤矸石发电的合法性,在严格控制小火电的同时,鼓励综合利用电厂的发展。1998年,为促进煤矸石综合利用,国家经贸委会同煤炭部、财政部、电力部、建设部、国家税务总局、国家土地局、国家建材局等部门,印发了《煤矸石综合利用管理办法》(国经资源[1998]80号)。财政部、国家税务总局(财税[2001]198号)明确指出自2001年1月1日起,对利用煤炭开采过程中伴生的舍弃物油母页岩生产加工的页岩油及其他产品,在生产原料中掺有不少于30%的煤矸石、石煤、粉煤灰、烧煤锅炉的炉底渣(不包高炉水渣)及其他废渣生产的水泥实行增值税即征即退的政策。对利用煤矸石、煤泥、油母页岩和风力生产的电力、部分新型墙体材料产品实行按增值税应纳税额减半征收的政策。
　　
　　4 煤矸石的特性
　　
　　按照产出方式和一般的习惯,煤矸石可以分为煤巷矸、井岩巷矸、自燃矸(过火矸)、洗选矸、手选矸和剥离矸等六类。大多数煤矸石是与煤共生或伴生的非金属矿产资源。由于煤矸石中存在含量不等的有机碳,因而最初呈现为黑色―浅黄色。
　　天湖山矿区煤矸石产生于井下岩巷、煤巷、半煤巷掘进中。主要由粉砂岩、碳质砂岩、碳质页岩组成,其含碳量低、发热量低,发热量在0～1258kJ/kg之间。粘土岩矸石主要化学成份是SiO2和 Al2O3。煤矸石主要是由高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝和少量稀有金属的氧化物组成。
　　
　　
　　5 煤矸石综合利用的主要途径及效益分析
　　
　　在目前的工艺水平和技术条件下,我国煤矸石综合利用的主要途径有:利用煤矸石发电、生产建筑材料及其产品、回收有用的矿物成分、制取化工产品、改良土壤、生产肥料、回填(包括建筑回填、填低洼地和荒地、充填矿井采空区、煤矿塌陷区复垦)以及筑路等。
　　5.1 利用煤矸石生产建筑材料及其制品
　　5.1.1煤矸石制砖
　　目前煤矸石制砖是煤矸石利用量大,且可以由社会投资来办的事情。煤矸石内燃砖是我国开发较早、且利用较为普遍的矸石建材产品。潞安集团新型墙体材料厂的煤矸石制砖生产线于2001年7月开始动工,是当今世界规模最大的煤矸石生产线,也是目前国内产量最大、自动化程度最高的制砖生产线,每年可生产1.3亿块标准砖,处理煤矸石30万吨。
　　从市场看,煤矸实心石砖的成本和价格与粘土砖相比没有优势可言。如粘土砖的成本一般在0.11元/块左右,而煤矸实心石砖的成本在0.13～0.16元/块左右,再加上运输成本,煤矸石砖无法与粘土砖竞争。但是,随着国家墙体材料革新步伐的加快,一是禁用实心粘土砖,二是加收粘土砖的增值税,即从原来的6%提高到17%,这一局面将很快会得到扭转。煤矸石砖的盈利与否取决于生产规模、投入的劳动力成本或机械化程度,以及工程建设投资等。如果直接面向房地产市场或有相对固定的用户,盈利不成问题。根据国内已有煤矸石砖生产企业的实践调研,6000万块标准砖生产规模的企业每年的正常利润在200万元左右。

　　5.1.2煤矸石生产水泥
　　利用煤矸石、自燃矸等为原料和燃料生产水泥、做水泥混合材料、生产矸石无熟料及少熟料水泥等。①以煤矸石为原料和燃料生产水泥:根据煤矸石与粘土化学成分相近的特点,代替粘土提供硅铝质原料。由于煤矸石能释放出一定的热量,可代替部分燃料。②煤矸石作水泥混合材料:在磨制水泥时,除掺加 3%～5%的石膏外,还允许按水泥的品种和标号,掺加一定数量的材料与熟料共同粉磨,习惯上称这种材料为混合材料。煅烧后的煤矸石,可以作为活性混合材料使用。③煤矸石无熟料水泥及少熟料水泥:煤矸石无熟料水泥是以煅烧煤矸石为主要原料,掺入适量石灰、石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,有时也掺用少量熟料作激发剂,水泥标号可达到200～300号,经蒸汽养护的抗压强度可达到40MPa以上。煤矸石熟料水泥也以矸石为主要原料制成,但用熟料代替石灰作为主要原料之一,标号可达到300～400号。以上两种水泥可作为砌筑水泥使用,以节省高标号水泥。
　　煤矸石生产水泥主要是原料替代,节约成本,其利润体现在水泥的生产和销售中。从目前的资料还很难分解出由于利用煤矸石减少成本的比例。
　　5.1.3煤矸石混凝土空心砌块
　　普通混凝土是由水泥、砂石、水按比例配合成型后,在常温常压蒸汽养护下形成的人造石材,其中的砂子和石子是骨料,水和水泥组成的水泥浆是胶结料。煤矸石混凝土空心砌块是以自燃或人工煅烧后的煤矸石和少量石灰、石膏混合磨细作胶结料,以经过破碎、分级和自燃或人工煅烧后的煤矸石、其他工业废料或天然砂石等作为粗、细骨料,将胶结料和粗、细骨料按比例配料,加水搅拌、震动成型、蒸汽养护而成。
　　5.1.4煤矸石沸渣加气混凝土
　　在料浆中掺入发泡剂,利用化学反应生成气体,使料浆膨胀经硬化后形成多孔结构的混凝土,具有容重小、保温性好、可加工等优点,是一种新型轻质建材。主要产品有矸石陶粒、建筑陶瓷等。陶粒作为轻混凝土的骨料,具有强度高、导热系数低、耐高温、耐化学、稳定性好等优点,采用轻骨料制成的混凝土,可用于建造大跨度桥梁和高层建筑。
　　5.2 利用煤矸石作燃料发电
　　煤矸石发电经过十多年的发展,在锅炉燃烧技术、环境保护等方面已经取得了长足的进步,进入21世纪后,大力发展煤矸石电厂更是一举数得的好事。天湖山能源公司的煤矸石发电项目已投入运行,由于煤矸石热量低,生态效益好,但经济效益目前还不高。
　　5.3 从煤矸石中回收有用矿物
　　从矸石中回收有用矿物,是其综合利用的预处理,一般采取由粗而细分步回收的办法;能否进一步利用,则取决于其经济和技术上的可行性。
　　5.3.1回收煤炭
　　来自于煤巷掘进和洗煤产生的煤矸石,其中往往混入发热量较高的煤、煤矸连生体以及碳质岩等,有些含煤量可达10%～20%,因而可以从中回收煤炭。回收煤炭的分选工艺,比较典型的有溜洗槽选煤、斜槽分选、重介质旋流器、重介―跳汰联合分选及螺旋分选等。从煤矸石中进一步回收煤炭,不仅可以获得廉价的煤,而且可降低可燃物含量。因此,国内外煤矿企业一般都重视从煤矸石中回收煤炭。
　　5.3.2回收硫铁矿
　　与煤共生或伴生的硫铁矿,往往与煤一起采出或分层采出,经过精选后能获得较高质量的硫精矿。硫铁矿在选煤过程中也会富集在洗矸中,特别是高硫煤矿区产生的煤矸石更是如此。
　　回收硫铁矿不仅可以减少矸石山自燃污染环境,也能避免资源的浪费,产生较好的经济效益。
　　5.4 从煤矸石中提取化工产品
　　如生产氯化铝、聚合氯化铝、硫酸铝、铵明矾、硫酸、硫磺等。目前,一些矿务局利用煤矸石生产结晶氯化铝,生产过程包括矸石破碎、焙烧、酸浸、浓缩结晶等主要环节。选料一般应满足以下三个条件:矸石中杂质低,尤其是含铁量应低于1.5%,钙镁含量在0.5%左右;氧化铝含量多,一般应在30%以上;浸出率高,一般三氧化二铝酸浸出率应大于60%。
　　用煤矸石生产化工产品,其经济效益取决于产品的用途、市场、以及生产企业的运营等情况,不能一概而论。结晶氯化铝可作净水剂、造纸施胶沉淀剂和精密铸造型硬化剂。聚合氯化铝作为一种新型无机凝聚剂,它在净化效果上,与硫酸铝、氯化铝等相比具有较大的优越性。从总体上看,这些产品都有一定的技术含量,尽管市场竞争比较激烈,但盈利还是有可能的。
　　5.5 用煤矸石生产肥料
　　当煤矸石含有炭质页岩和含炭粉砂岩,有机质含量在15%～25%,并含有植物生长所需要的B、Cu、Mo、Mn等微量元素时,可用于生产肥料。煤矸石肥料可分为两类:煤矸石复合肥料和煤矸石微生物肥料。1996年,全国就有煤矸石微生物肥料厂4座,年生产能力8万吨左右。
　　煤科总院西安分院研制成功的全养份矸石肥料,以煤矸石为主要原料,生成有机-无机复合肥。田间试验表明,西瓜、苹果等经济作物施用后,一般可增产15%～20%。此外,辽宁南票矿务局与中国农科院合作开发生产了“金丰”牌微生物肥料,山东龙口、河南郑州矿务局与北京田力宝科研所开发生产了“田力宝”牌微生物肥料等。应该说,生产无机-有机复合肥或微生物肥料,对于化肥使用过多、急需提高农产品质量、发展生态农业的中国来说,市场前景非常广阔。
　　5.6 煤矸石充填复垦
　　利用煤矸石作为塌陷区和露天矿坑的充填材料,既可使采煤破坏的土地得到恢复,又可减少占地。当矸石复垦土地用作农林种植时,矸石层充填应下部密实上部疏松,以保水保肥,利于植物生长。当矸石复垦土地作为建筑用地时,须采用分层回填、分层振压方法充填矸石,以使地基获得较多的承载能力和较好的稳定性。
　　5.7 煤矸石综合作用新技术
　　5.7.1 煤矸石烧焦空心砖技术
　　此项技术为国家高技术产业化示范工程。工艺流程为以矸石为原料,经破碎、均化、陈化、半硬塑挤出成型、一次码烧,成砖。山东新段矿务局、通源矿务局房地产公司已成功利用,其生产的煤矸石烧焦空心砖具有高保温、高隔热性能。
　　5.7.2 利用煤矸石生产超细微煅烧高岭土技术
　　湖北抛光磨料磨具总厂、无锡市陶都锡阳实业公司已成功利用该项技术。
　　5.7.3 利用煤矸石生产硅酸铝耐火材料及其制品
　　主料煤矸石进行脱碳处理+必要配料→电阻炉融→喷薄成纤→针刺成毯→加热处理→自动纵横切割及包装,生产过程无废物、废水、废气排出。
　　5.7.4 利用煤矸石生产聚合氧化铝白炭黑系列产品
　　聚合氯化铝主要用于净化饮水、给水的除氟除铁等特殊水质处理和工业水处理;白炭黑作为橡胶的补强填充剂能提高橡胶的物理性能,也可作为塑料填充剂和绝缘材料。
　　5.7.5 通过加压、加热把煤矸石转变为煤的方法
　　由北京市实用技术交易市场提供。将热值甚低的煤矸石、工业炉渣、烟囱灰、粉煤灰等一种或多种与原煤混合,制作成优质合成煤,有效地提高煤的利用率,扩大了劣质煤的使用范围,并为废渣的处理利用开辟了新途径。主要技术方案:(1)将煤矸石粉碎为小块状,放入专用转化炉内,煤矸石的填量占总专用转化炉内腔容积的80%至90%;(2)对专用转化炉内充入高压氮气、压力达50个大气压;(3)对煤矸石加热,温度在100℃至200℃,持续时间48小时;(4)冷却到适当温度时出炉。不仅节约矿产资源,提高了矿产资源的利用率,还有利于环保,尤其适用于在矿区处理煤矸石。
　　结合我县实际,建议利用煤矸石生产空心砖、肥料。因为我县是芦柑生产大县,需肥量大,肥料销售前景看好;二是随着城镇建设步伐的加快、实心粘土砖的禁用,生产具有高保温、高隔热性能的空心砖市场前景广阔。

　　
　　6 煤矸石综合利用的原则
　　
　　应坚持“因地制宜,积极利用”,“谁排放、谁治理;谁利用、谁受益”的原则,实行减少排放和扩大利用相结合、综合利用与煤矿发展相结合、综合利用和环境治理相结合,不断扩大利用途径,增加利用量,提高利用率,实现经济效益与社会效益、环境效益相统一。
　　煤矸石综合利用的技术原则:应以大宗量利用为重点,将矸石发电、矸石建材及制品、回填复垦以及煤矸石山无害化处理等大宗量利用煤矸石技术作为主攻方向,发展科技含量高、高附加值的煤矸石综合利用技术和产品。
　　
　　7 发展煤矸石综合开发利用应采取的政策、措施
　　
　　7.1 改变认识,加大宣传力度
　　应加大宣传力度,充分认识该项工作的公益性,特别是对减少占地和保护环境的重要意义。改变把煤矸石作为废弃物的传统认识,而作为一种可利用的资源来看待,把能利用的资源都利用起来,变废为宝,化害为利。其次要以“以堆存为主”逐步过渡到“以用为主”,应将重点放在使用上而不是堆存上,从而鼓励投资煤矸石综合开发,形成煤矸石综合开发的良好氛围。
　　7.2 制定煤矸石综合利用具体管理办法
　　其宗旨是推动煤矸石从“堆存为主”为“以用为主”的转变,明确企业是煤矸石综合利用的主体,制订煤矸石堆存造成的生态破环、环境污染的评估细则,规定各类责任人的煤矸石综合利用年度额度和相应的奖罚标准,把煤矸石堆存和排放造成的生态环境损耗转化为企业的内在成本。通过法规和经济杠杆作用,激励并强制推动企业成为煤矸石综合利用产业开发的主体,政府有关执法部门负有监督、检查和处罚责任。
　　7.3 建立市场化的煤矸石排放及综合利用额度交易制度
　　制定煤矸石排放额度和综合利用额度(含煤矸石发电渣、灰)有偿转移,合理流动、优化配置的政策,完善评估制度,建立交易规则,组织交易活动,监督交易合同的执行。由此来调动优势企业扩大煤矸石综合利用产业规模,吸引非煤企业,国内外企业来参与煤矸石综合开发,引导企业通过市场提高煤矸石综合利用产品的经济效益。
　　7.4 增强政府服务功能
　　一是拓宽融资渠道,申请市、省、国家的支持拨款及招商引资,多方筹集资金,为我县煤矸石综合开发利用项目吸引资金。二是要落实好国家资源综合利用减免所得税、增值税等优惠政策。如简化煤矸石电厂建设立项和上网审批制度,规范煤矸石电厂在上网、电价、调峰、配套费等方面的政策待遇;同时,要规范办事程序,向社会公示现阶段进入煤矸石综合开发利用市场的最低技术和最小规模门槛,以及详细的前期准备工作的要求。在重大决策前,相关部门共同论证,从而形成各部门相互协作、职能互补、全力推动煤矸石综合开发利用发展的格局。
　　7.5 制定地方优惠政策
　　7.5.1政府采购制度
　　在政府采购工作中,同等条件下应优先考虑使用煤矸石综合开发利用的产品,如城市公用设施用电,政府工程用矸石砖等。
　　7.5.2税收优惠政策
　　对新建煤矸石综合利用项目,免征固定资产投资方向调节税。对开发煤矸石综合利用项目的企业,依污染减排和生态效益,政府给予企业一次性奖励。
　　7.5.3建设用地
　　对引进资金建设煤矸石综合利用项目的企业,可酌情给予缓、减、免交土地使用费的优惠。
　　
　　8 结论
　　
　　加快煤矸石综合开发利用是天湖山矿区生态环境综合治理的根本措施,也是永春县煤炭产业可持续发展的重要保证。当前是煤矸石综合开发利用的有利时机,煤矸石综合开发利用是可行的。为此,建议有关部门针对我县煤矸石的特性及现状,制定管理办法、引进资金、引进先进技术、加大煤矸石综合开发利用力度,加快我县煤矸石综合利用的步伐。

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