煤矸石处理措施及利用途径分析

马本秀

(煤炭工业太原设计研究院，山西太原 030001)

1 煤矸石及其治理概述

煤炭采、选过程中会产生副产物即煤矸石。煤矿建设期巷道掘进时会有掘进矸石产生，在煤炭开采过程以及洗煤过程中也会有固体废物煤矸石产生。从清洁生产和循环经济的观点来看，煤矸石是“放错地方的资源”，应以“减量化、资源化、无害化”为基本原则，坚持“因地制宜，积极利用”。煤矸石具有污染和资源化利用的两重性，全国煤矸石的产率约为5%～10%，加上选煤厂入洗原煤的矸石产率约为18%～20%，全国每年排放的矸石约3亿t。

根据《国家发展改革委国家环保总局关于印发煤炭工业节能减排工作意见的通知》的规定，对煤矸石的综合利用率有一定的要求，一般应不小于70%。不同地区结合本地区的各项发展规划有不同的要求。以山西省各大矿区为例，矿区会根据自身的发展，结合煤炭采选及其总的利用方向，采取不同的煤矸石利用技术。对于煤矸石热值较高，符合煤矸石发电，且矿区其他条件包括水资源条件，交通条件也符合建设煤矸石电厂的地区，一般优先考虑煤矸石发电。对于一些经济飞速发展的地区，公路建设较快，城市建设对建材产品需求较大，煤矸石利用一般考虑铺设路基及做建材产品。对于一些地形多为沟谷地区，且矿区规划中也无明确提出煤矸石的利用方向，这时可以考虑煤矸石的填埋处置。总之，无论是煤矸石发电、煤矸石生产建筑材料及制品，还是用煤矸石铺设道路、煤矸石回填废弃巷道、煤矸石填埋处置，都要符合矿区总体规划要求，因地制宜，采取积极有效的处理措施，最终变废为宝，使煤矸石无污染化、资源化。

2 煤矸石的组成及成分分析

各地煤矸石的工业及化学成分差别较大。无论是利用煤矸石进行发电，还是利用煤矸石做建材产品，对煤矸石的类型、特性是有一定要求的。只有首先对煤矸石的工业及化学成分进行分析后，才能合理确定其利用方向。山西省煤炭资源丰富，在不断满足全国经济高速增长对煤炭需求的同时，煤矸石的排放量急剧增多，因此，积极拓展煤矸石利用途径，在煤炭开发的同时，解决好煤矸石的利用问题。通过对山西各大矿区已建煤矿煤矸石工业成分及化学成分的不完全统计，得出煤矸石的工业及化学分析结果见表1，表2。

表1 煤矸石工业分析结果

表2 煤矸石化学成分分析结果

3 山西煤矸石处置措施合理利用

煤矸石的综合利用主要是对煤炭资源开采及加工转化过程中的煤矸石进行综合开发与合理利用。山西各地区根据本地区煤矸石的物理、化学特性，已经开展了多种利用途径。

3.1 煤矸石发电

煤矸石发电是煤矸石综合利用中社会、环境、经济效益相统一的最有效途径。煤矸石的品质和足够的资源量是建设煤矸石项目的前提条件。煤矸石灰分在55%～60%，热值在7.5 MJ/kg～9.8 MJ/kg，可以用来发电。煤矸石发电不仅可以消耗矸石堆存，控制污染，而且每度电耗标准煤可降低0.5 kg。用煤矸石、劣质煤为主的流化床燃烧发电供热，发展迅速。

根据当地煤矸石发热值和经济发展情况，通常采用流化床锅炉或循环流化床锅炉等较为先进的技术进行燃烧。使用煤矸石和劣质煤进行发电，自发自用，降低了开发煤炭的成本，节约了能源和创造了经济效益。根据山西各大煤矿矸石成分分析的结果可见，煤矸石热值范围较大，因此，需要根据所处矿区本身煤矸石物理、化学特性，对符合煤矸石发电要求的矿区，积极开展煤矸石发电，结合矿区规划，同时考虑当地的矸石电站中电热联供。

3.2 煤矸石制造建材制品

3.2.1 煤矸石制砖

煤矸石制砖使用煤矸石发热值一般在2 090 kJ/kg～4 180 kJ/kg范围。空心砖等新型建筑材料应积极推广使用。烧结砖对煤矸石化学成分的要求为:SiO2含量为55%～70%，Al2O3含量为15%～25%，Fe2O3含量为2%～8%，CaO含量不大于2%，MgO含量不大于3%，SO2含量不大于1%，可塑性指数7～15，热值为2 090 kJ/kg～4 180 kJ/kg。

煤矸石制砖工艺流程为:原料→加工破碎粒度小于1 mm→陈化→成型→一次码坯→烘干→烧成→成品。

煤矸石生产砖是目前煤矸石利用较为广泛的一种，矸石砖强度普遍高于粘土砖。山西省各地区已建成多家煤矸石砖厂。

3.2.2 煤矸石制水泥

由于煤矸石和粘土的化学成分相近并且含一定量的炭和热量，可替代粘土作为生产水泥的原材料或作为混合材料直接掺入熟料中增加水泥的产量。煤矸石和粘土生产水泥工艺基本相同，是将矸石、石灰石、铁粉(或铝粉)磨细按一定的比例配制成生料，在回转窑中煅烧生成水泥熟料。利用煤矸石生产水泥，每吨矸石水泥可节煤50 g，掺混60%煤矸石火山灰，水泥抗压强度可达300 kg/cm2。水泥熟料中掺入一定量的矸石改善水泥性能，生产无熟料和少熟料水泥，工艺简单，技术要求低，经济效益高，既减轻了煤矸石对生态环境的污染，又节约了大量的粘土资源，消耗了大量的废弃物。

3.2.3 煤矸石制陶瓷制品

山西各地建有多家陶瓷厂，利用煤矸石作为铝质或硅质原料，并利用其自身发热量，制作陶瓷制品是煤矸石的又一有效利用途径。陶瓷制品是以石英、高岭石、长石三种原料为主。煤矸石的主要组成部分SiO2，Al2O3，K2O+N2O的含量和传统的陶瓷制品的含量差不多，达到了日用瓷原料的组成范围。

煤矸石陶粒制品石具有一系列优良的性能，由于质轻、保温、隔热、强度高而广泛用于高层、超高层建筑及大跨度建筑工程。不仅可以减轻建筑物自重的30%～40%，而且具有良好的抗震性能。主要工艺流程为:煤矸石及配料→破碎→磨碎→烘干→配料→成型→焙烧→陶粒。

3.2.4 煤矸石制其他材料

煤矸石可用于制造墙体保温材料、煤矸石制小型空心砌块，以及进行回收利用微量元素等。

用煤矸石制作的墙体保温材料，轻质骨料具有容重轻，强度高，吸水率小等特点，可代替砂石配制轻混凝土，用作墙体保温、吸湿效果好。

煤矸石制作的加气混凝土，其成分要求为SiO2≥50%，Al2O3≥20%，Fe2O3≤15%，SO3≤2%，烧失率小于10%。

煤矸石空心砌块是经配料、搅拌、成型、蒸汽养护而成的新型墙体材料。以煤矸石、生石灰和石膏为原料的混合磨细物为胶结料。

3.3 煤矸石填埋处置

由于山西部分矿区为典型的黄土高原地貌，地貌类型以侵蚀剥离丘陵和中起伏中山、黄土梁及树枝状“V”形沟谷为主。同时根据该地区规划及当地周边条件，无法利用煤矸石进行发电及制造建材制品，可考虑进行煤矸石填埋处置。

矸石处置场的选址和处置措施满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》中Ⅰ类场要求。

矸石堆放按照修建工程措施，矸石分层，外边坡覆土、绿化，堆放覆土及复垦步骤进行。同时依据所选矸石沟的地形，修建浆砌石拦矸坝，设截排水沟，设集水池。矸石分层堆放可以依地形从沟头向沟外逐步堆置，分层碾压，并及时植树、种草绿化。绿化树种选择适合当地生长的树种，栽种季节宜选择在春季。当矸石堆放达到山顶时，及时进行覆土，覆土厚度达到农业复垦要求(0.8 m～1.0 m)。为了改良土壤增加肥力，可种固氮类农作物，如豆类、薯类等1年～2年，同时，内侧按第二步要求进行矸石分层堆放。

矸石排至沟内后逐层压实，使矸石间空气的存贮和流动空隙压缩至最小，再经过黄土层的隔绝，造成矸石自燃所需氧气的缺乏，使矸石中的硫铁矿始终处于缺氧状态。这样处理后，矸石不会自燃。

4 结语

综合利用煤矸石要从本地区煤矸石的特性出发，提高有效成分利用率，根据矸石的性质，发热量等参数，合理利用。同时也要结合当地的具体地形地貌、土地利用现状，以及项目所处的地理位置，充分考虑项目的制约及优势条件，包括环境容量情况，水资源条件，结合产业政策及矿区的资源利用规划，确定煤矸石利用方向。这样不仅可以减轻矿区的大气污染和地下水的污染，而且可以减少对土地的占用，又能回收有价值资源。

［1］ 周翠红，常 红.煤矸石综合利用技术综述［J］.选煤技术，2007(2):61-64.