煤矸石资源的负价值转化分析

2019-09-02曲道春

同煤科技 2019年4期

曲道春

煤矸石是伴随煤矿生产过程中的固体废弃物，来源主要包括：挖掘岩石巷道和从洗煤厂排出的矸石。随着采煤现代化技术的迅速进步，再加上煤炭地质条件的恶化，煤矿开采排出的矸石越来越多，已经堆积成山，占据了我国大量土地资源。同时，煤矸石中含有硫化物等有害物质元素，会经过散发污染大气和水源，对环境造成较为严重的污染。

1 煤矸石的危害

1.1 对土壤和水系统的危害

煤矸石除了含有大量的碳、铝、铁、硅等元素外，还含有一些痕量的重金属元素。如果对煤矸石不采取任何措施，经过长期风化和雨水浸泡，有些可能会转移到水系统，污染水和土壤，有的可能会随自燃挥发污染空气。对山西一煤矿的煤矸石中含有的部分重金属进行数据分析，详见表1。

表1 煤矸石浸出液的试验结果单位：mg/l

从数据可看出，矸石淋溶水中6 项重金属含量浓度很小，全部低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》规定的限值，即为一般工业固体废物。该煤矸石可以按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》要求进行处理。

1.2 对大气的危害

煤矸石对大气能产生危害，主要包括两个方面：一方面是在运输和堆放煤矸石的过程中，容易产生扬尘，进而污染空气。另一方面是当煤矸石发生自燃时，会排放出有害的气体，污染空气。自燃的主要原因是，煤矸石含有煤渣、植被残留和碳质泥岩等多种可燃物质，其中碳和硫是引起煤矸石自燃的根本。堆积在露天的煤矸石，内部热量会逐渐累积，当温度达到了煤矸石的起火点时，便会发生自燃现象，释放出CO、CO2、SO2、H2S 和氮氧化物等有害气体，其中以二氧化硫为主。这些有害有毒气体不仅会造成空气污染，也会对人类的身体健康有很大危害，容易导致植物生长迟缓、农作物大量减产或者死亡，严重破坏了生态环境。

1.3 占用大面积的土地资源

在煤炭开采过程中，受技术和采矿规模等因素的影响，据统计，煤矿每生产1亿吨的煤将伴随近1400万吨煤矸石；在随后的洗煤和选煤工艺中，每洗1亿吨动力煤，会产生出1 500 万吨左右的煤矸石，每洗1 亿吨的炼焦煤，会产生出2 000万吨左右的煤矸石，未经利用的煤矸石便会堆放在一起，形成煤矸石山。目前，我国有将近1 600 多座较大规模的矸石山，占用了大约150 km2的土地面积，并且堆积煤矸石数量的速度每年高达（1.5-2.0）亿吨[1]。土壤是比较难再生的自然资源，需要经过300～500 年的时间才能形成1 cm 厚的土壤[2],在世界上，我国还是一个耕地资源比较缺乏的国家，因此大量煤矸石的产生，严重影响了社会经济的可持续发展。同时，由于煤矸石是灰黑色的，在风的长期侵蚀作用下，粉末会飘散到周围，使周边的土地和植被覆盖上灰尘，严重影响了生态景观。

2 煤矸石的转化利用

2.1 在墙体材料中的应用

我国建筑行业发展迅速，对墙体材料的需求量和质量要求也逐步提高，将煤矸石转化为墙体材料也随之成为材料研究的热点。目前，市场上已研发出多种利用煤矸石制成的墙体材料，如：空心砖、微孔吸音砖等，这些材料不仅在性能优于传统的粘土砖，而且在不同程度上具有绿色环保性能。利用煤矸石制成墙体材料，实现了制砖不需要用粘土，同时也解决了粘土砖的放射性污染问题。现在煤矸石的利用朝着多种类、多性能、高要求的方向良好发展。

2.2 在建设道路工程中的应用

煤矸石在道路建设中的应用也越来越多，主要有两个方面：一是煤矸石可以作为路基填充材料，用于道路工程基层建设；二是煅烧煤矸石，制成煤矸石固体土料，用于路基施工[3]。在道路工程应用中，煤矸石具有消耗大，无需进行特殊技术处理的优势，是一条充分利用固体废弃物以减少环境污染的重要途径。当前，煤矸石已经在我国部分道路工程中成功运用，技术较为成熟，但其在固土材料的应用仍然停留在实验室研究的层面，还未应用于实际的道路工程中。考虑到该项技术的经济效益，我国科研机构应该加大力度，积极推广成果。

2.3 在农业方面的应用

首先，由于煤矸石中含有粉砂岩、碳质页岩和微量元素，研磨和粉碎后的煤矸石与过磷酸钙相混合，按照相应的比重加入水和活化剂，进行堆沤,可以制成新型的农用肥料；其次，煤矸石是携带固氮微生物和解钾、解磷微生物较为理想的载体和基质,含有大量的有机物质,因此煤矸石也可以用作微生物肥料；同时，煤矸石和廉价的磷矿粉也作为原料基质,以固氮磷肥、钾肥和细菌肥为主，制造煤矸石生物肥料；第三，利用煤矸石的酸碱性质，以及它所含的营养元素，再适当加一些有机肥料，与土体混合后，能起到增加土壤透气性以及疏松度的作用；它还可以增加土壤中的含水率,从而能够促进土壤中各种细菌的代谢、丰富土壤腐植质,使土壤肥化,促进植被生长。

2.4 煤矸石发电

对于碳含量高的煤矸石，即≥20%（当热值大于5 000 KJ/Kg 时），煤矸石可以用于发电；也可以将煤或煤泥混合到煤矸石中用于发电，通过发电产生的废物也可以用作建筑材料。利用煤矸石发电不仅可以解决大量煤矸石堆积造成的环境问题，而且可以缓解我国能源短缺的问题，生产过程中产生的有害气体和废物得到有效回收。大气污染物的排放也可以得到有效控制，从而最大限度地利用资源，将“废物”变成“宝藏”。