六盤水煤系固體廢棄物資源化利用的現(xiàn)狀與對(duì)策

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(六盤水師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院 ， 貴州 六盤水 553004)

六盤水煤系固體廢棄物資源化利用的現(xiàn)狀與對(duì)策

孔德順，王茜，宋說(shuō)講

(六盤水師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院 ， 貴州 六盤水 553004)

分析了六盤水礦區(qū)及國(guó)內(nèi)外煤系固體廢棄物資源化利用的現(xiàn)狀及存在的問題，并就如何提高六盤水礦區(qū)這些廢棄物的資源化利用水平給出了一些建議。

煤系固體廢棄物 ； 粉煤灰 ； 煤矸石 ； 綜合利用

Abstract:The present situation and the existing problems of coal series solid wastes resource utilization of Liupanshui mining area at home and abroad are analyzed,and some suggestions that how to improve the level of these solid wastes resource utilization in Liupanshui mining area are proposed.

Keywords:coal series solid wastes ; fly ash ; coal gangue ; comprehensive utilization

0 引言

煤系固體廢棄物主要是煤矸石和粉煤灰，煤矸石是在煤炭開采和洗選過(guò)程中產(chǎn)生的，粉煤灰是煤粉在鍋爐中燃燒后產(chǎn)生的。六盤水礦區(qū)每年產(chǎn)生的煤矸石超過(guò)1 000萬(wàn)t，歷年累積的煤矸石約1.2億t；該礦區(qū)產(chǎn)生的粉煤灰每年達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸，截至2012年底，全市燃煤電廠歷史庫(kù)存粉煤灰超過(guò)4 000萬(wàn)t[1]。這些固體廢棄物占用了土地，污染環(huán)境，同時(shí)，它們又是可以利用的資源，本文分析了六盤水、國(guó)內(nèi)外的煤系固體廢棄物利用現(xiàn)狀，并分析了存在的問題，對(duì)如何利用該礦區(qū)的煤系固體廢棄物給出了建議。

1 國(guó)內(nèi)外利用現(xiàn)狀

全球各國(guó)很早就進(jìn)行了煤系固體廢棄物的綜合利用，如煤矸石在20世紀(jì)初就開始應(yīng)用，到了1960年以后，西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)煤系固體廢棄物的總利用率達(dá)到了90%以上。

1.1生產(chǎn)建材

煤系固體廢棄物常用于生產(chǎn)建材，如美、法、英等國(guó)主要用于制磚、制水泥、路基材料、輕骨料等。新中國(guó)建立后，政府即提倡工業(yè)廢渣的資源化利用，在取得環(huán)境效益和社會(huì)效益的同時(shí)，收到良好的經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)階段我國(guó)的煤系固體廢棄物主要用于制磚、生產(chǎn)輕骨料、生產(chǎn)水泥等[2]。

1.2制備化工產(chǎn)品

煤系固體廢棄物制備化工產(chǎn)品是具有很高附加值的一種深層次利用方法。如波蘭、美國(guó)就以煤矸石或粉煤灰為原料，采用石灰石煅燒法，提取出了氧化鋁，提取率為80%。我國(guó)在煤系固體廢棄物制備化工產(chǎn)品方面也取得了一些成就，如：1995年，甘肅省石油設(shè)計(jì)院用煤矸石生產(chǎn)凈水劑PAC 1 000 t/a獲得成功；1999年，張掖地區(qū)礦業(yè)化工總公司采用加壓工藝，利用煤矸石生產(chǎn)硫酸鋁1.5萬(wàn)t/a，產(chǎn)品質(zhì)量超過(guò)HG2225-91一級(jí)品的標(biāo)準(zhǔn)；2012年，內(nèi)蒙古鄂爾多斯從高鋁煤矸石中提取氧化鋁示范項(xiàng)目已進(jìn)入中試階段；2013年，山西柳林用煤矸石提取氧化鋁試驗(yàn)成功，該項(xiàng)目處理煤矸石能力為5萬(wàn)t/a，可制備出氧化鋁1.26萬(wàn)t，白炭黑1.75萬(wàn)t。

大唐集團(tuán)堿燒結(jié)法從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁、神華集團(tuán)采用酸法、蒙西集團(tuán)用硫酸銨焙燒法從煤矸石中提取鋁元素都取得了一定的成果，但多數(shù)企業(yè)仍處于中試階段或生產(chǎn)的初期階段，存在有許多技術(shù)難題尚需攻克、運(yùn)行成本較高等問題。

1.3其他利用方式

除上述利用方式外，還有用煤矸石進(jìn)行發(fā)電、提取伴生礦物、制氣等利用方式[3-4]。

2 六盤水煤系固體廢棄物利用現(xiàn)狀

2.1煤矸石發(fā)電

主要利用煤矸石中的有機(jī)質(zhì)的熱值進(jìn)行燃燒發(fā)電。如2012年六盤水規(guī)劃的煤矸石電廠包括新窯煤矸石電廠、二塘煤矸石電廠、老屋基煤矸石電廠、盤南煤矸石電廠、黑塘煤矸石電廠等，總裝機(jī)4 200 MW，一些電廠已建成并投入運(yùn)營(yíng)。

2.2生產(chǎn)墻體磚

利用煤系固體廢棄物生產(chǎn)建筑用墻體磚，目前已建成一批磚廠，如：婁華源建材有限公司、賽德煤矸石磚廠、恒遠(yuǎn)新型建材有限公司等。

2.3生產(chǎn)水泥

利用煤系固體廢棄物代替黏土，生產(chǎn)硅酸鹽水泥，建設(shè)了一批水泥廠，如：觀音山水泥廠、鑫晟水泥廠、豪龍水泥廠、六枝暢達(dá)瑞安水泥廠、盤縣三合水泥廠、水城瑞安水泥廠、水城黔峰水泥廠等。

2.4提取化學(xué)品

由于六盤水礦區(qū)的煤矸石具有硅、鐵、鈦元素含量高的特點(diǎn)，可將其中的這些元素采用一定的技術(shù)手段予以提取。如：盤州市紫森源公司和昆明理工大學(xué)開展的“煤矸石提取鋁、鐵、硅、鈦”項(xiàng)目，已完成第一期提取鋁鐵的中試，可處理煤矸石5 000 t/a。

3 固體廢棄物利用存在的問題

3.1總體資源化利用率不高

六盤水礦區(qū)煤系固體廢棄物利用率不高，除往年累積的煤矸石、粉煤灰外，每年還有新的產(chǎn)生，因無(wú)處堆放，這些廢棄物的處置已經(jīng)成為制約企業(yè)發(fā)展的一個(gè)問題，急需對(duì)其進(jìn)行資源化利用。

3.2技術(shù)手段較為落后，經(jīng)濟(jì)效益有待提高

六盤水礦區(qū)煤系固體廢棄物的綜合利用，主要集中在發(fā)電、建材行業(yè)，存在企業(yè)規(guī)模小、技術(shù)裝備落后、技術(shù)含量低等問題，比如用煤矸石進(jìn)行發(fā)電，產(chǎn)生的粉煤灰等固體廢棄物會(huì)造成二次污染；比如用來(lái)制磚，由于現(xiàn)有的技術(shù)手段較為落后，決定了其經(jīng)濟(jì)效益偏低，例如1 t煤矸石制成燒結(jié)磚，產(chǎn)值為400元左右，而采用化工技術(shù)對(duì)煤矸石予以深加工，產(chǎn)值可以達(dá)到3 000元以上，工業(yè)產(chǎn)值大大提高。

3.3制備化工產(chǎn)品的技術(shù)不成熟

在制備化工產(chǎn)品方面，如提取氧化鋁、氧化鐵、氧化硅等化工產(chǎn)品，六盤水市的相關(guān)企業(yè)仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，少數(shù)企業(yè)處于中試階段，距離大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)還有一定的距離；對(duì)于提取有用元素并制備化工產(chǎn)品等深加工技術(shù)缺乏深入研究，投入的研發(fā)經(jīng)費(fèi)也相對(duì)不足。

3.4專業(yè)技術(shù)人才缺乏

對(duì)于煤系固體廢棄物的資源化利用，企業(yè)缺乏相關(guān)的技術(shù)人員，相關(guān)高校對(duì)于該方向的人才培養(yǎng)沒有足夠重視，在人才培養(yǎng)方案的制定上，雖涉及相關(guān)課程，但對(duì)此重視程度不夠，不能滿足六盤水礦區(qū)在該方面對(duì)人才的需求。

4 提高煤系固體廢棄物利用水平的建議

2009年，六盤水市被確定為“國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)城市”，該市制定了《六盤水循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，支持企業(yè)將工業(yè)固體廢棄物進(jìn)行循環(huán)利用；2012年，該市發(fā)布了《關(guān)于大力開展大宗工業(yè)固體廢棄物資源化利用促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的意見》，提出了到2020年工業(yè)廢棄物資源化利用率達(dá)到90%以上的目標(biāo)。

4.1繼續(xù)努力做好建材產(chǎn)業(yè)

六盤水礦區(qū)煤系固體廢棄物堆積量非常大，我們要利用該廢棄物，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，推廣清潔生產(chǎn)，大力發(fā)展建筑材料，增強(qiáng)該地區(qū)的建材產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，將其發(fā)展成為六盤水礦區(qū)生態(tài)循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展的新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

4.2開展精深加工的相關(guān)研究，為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)

根據(jù)六盤水礦區(qū)煤系固體廢棄物特有的性質(zhì)，積極開展煤系固體廢棄物制備化工產(chǎn)品的應(yīng)用研究，重點(diǎn)瞄準(zhǔn)高技術(shù)含量、高附加值的新興產(chǎn)業(yè)開展工作，如：煤矸石提取鋁、鐵、硅、鈦等元素，并根據(jù)實(shí)際情況轉(zhuǎn)化為六盤水市在化工和水處理等領(lǐng)域所需的產(chǎn)品，以延長(zhǎng)煤炭行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈，提高產(chǎn)品的工業(yè)附加值。

4.3走“產(chǎn)學(xué)研”合作之路

企業(yè)迫切希望對(duì)煤系固體廢棄物進(jìn)行開發(fā)利用，但缺乏相應(yīng)的技術(shù)，而高校具有良好的人才和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，所以企業(yè)和高校可以走“產(chǎn)學(xué)研”合作之路。六盤水師范學(xué)院在前期的煤矸石、粉煤灰資源化利用的研究工作中，取得了一定的科研成果，但現(xiàn)有的科研成果尚局限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，沒有與企業(yè)合作開發(fā)，所以未能很好地轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力。辦好企業(yè)的關(guān)鍵在于人才，企業(yè)要加強(qiáng)與高校的合作，共同攻克在煤系固體廢棄物資源化利用方面遇到的技術(shù)難題；同時(shí)，還可以依托當(dāng)?shù)氐母叩冉逃Y源，培養(yǎng)煤系固體廢棄物資源化利用方面的專門人才，為煤系固體廢棄物的資源化利用提供人力和智力支撐。

4.4規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)

對(duì)于六盤水礦區(qū)大量的煤系固體廢棄物來(lái)講，應(yīng)以大宗利用為主，并提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，兼顧高層次開發(fā)利用。

在制備化工產(chǎn)品方面，鑒于目前國(guó)內(nèi)外技術(shù)均不太成熟，而現(xiàn)有技術(shù)又因?yàn)榱P水礦區(qū)煤系固體廢棄物成分的復(fù)雜性而不能簡(jiǎn)單套用，所以我們可以分步走，先不追求“小而全”，即不急于將煤矸石、粉煤灰中的有用元素全部提出，而是針對(duì)該礦區(qū)煤系固體廢棄物的特點(diǎn)，先提取其中的2～3種主要元素，并將提出的產(chǎn)物進(jìn)行深加工，增加其工業(yè)附加值，這樣就可以獲取一定的產(chǎn)值，剩余的廢渣用于制作建材；同時(shí)，加大研發(fā)力度，待技術(shù)成熟時(shí)，再將其中有用元素全部提出，最終實(shí)現(xiàn)煤矸石、粉煤灰資源的“吃干榨盡”。

5 效益分析

5.1精深加工的經(jīng)濟(jì)效益

以1 t煤矸石為例，對(duì)其進(jìn)行有用元素的提取，根據(jù)六盤水當(dāng)?shù)孛喉肥幕瘜W(xué)成分并結(jié)合現(xiàn)有研究成果，初步進(jìn)行如下計(jì)算：①提取鐵元素，可得聚合硫酸鐵約0.4 t；②提取鋁元素，可得硫酸鋁約0.4 t；③提取鋁鐵以后的固態(tài)渣用來(lái)提取硅，可得白炭黑約0.4 t；④剩余的殘?jiān)崛《趸?，可得約0.03 t二氧化鈦。

最后剩余的少量廢渣作為水泥原料予以出售，整體零排放，無(wú)二次污染。其具體產(chǎn)值如表1所示。

表1 1 t煤矸石獲得的化工產(chǎn)品及產(chǎn)值一覽表

可見，技術(shù)完善后，處理1 t的煤矸石，可得產(chǎn)值3 410元，若建成1套年處理煤矸石10萬(wàn)t煤矸石的裝置，每年產(chǎn)值將達(dá)3億元。

5.2社會(huì)效益

煤系固體廢棄物的資源化利用，有利于促進(jìn)六盤水市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)于做大做強(qiáng)煤炭及相關(guān)產(chǎn)業(yè)，延長(zhǎng)煤炭產(chǎn)業(yè)鏈，增加產(chǎn)品工業(yè)附加值，帶動(dòng)化工、建材、節(jié)能環(huán)保、鋼鐵冶煉、新材料等一批產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，解決就業(yè)問題，推動(dòng)六盤水市城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程，加快六盤水市的循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范城市建設(shè)，具有良好的社會(huì)效益。

5.3環(huán)境效益

煤系固體廢棄物在堆放過(guò)程中，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的損害將越來(lái)越大，對(duì)其進(jìn)行資源化利用，可以“變廢為寶”，達(dá)到“既要金山銀山，又要綠水青山”的目的。所以，對(duì)煤系固體廢棄物進(jìn)行合理開發(fā)利用，可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

6 結(jié)論

總之，大力開展六盤水礦區(qū)的煤系固體廢棄物的資源化利用，前景非常廣闊，我們要在做好現(xiàn)有煤系固體廢棄物資源化利用的基礎(chǔ)上，進(jìn)行深層次的技術(shù)開發(fā)與綜合利用，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)六盤水礦區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，具有重大意義。

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[4] 張世誠(chéng).加快推進(jìn)煤矸石資源化綜合利用的步伐[J].煤炭技術(shù),2009,28(1):191-192.

PresentSituationandCountermeasuresofResourceUtilizationofCoalSeriesSolidWastesinLiupanshui

KONGDeshun，WANGQian，SONGShuojiang

(School of Chemistry and Material Engineering , Liupanshui Normal University , Liupanshui 553004 , China)

X705

A

1003-3467(2017)09-0010-03

2017-06-03

六盤水市煤系固體廢棄物資源化利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(52020-2012-04-01-02)；貴州省普通高等學(xué)校煤系固體廢棄物資源化技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),黔教合人才團(tuán)隊(duì)字([2014]46)；貴州省教育廳創(chuàng)新群體重大研究項(xiàng)目(黔教合KY字[2017])

孔德順(1974- )，男，碩士，教授，從事礦產(chǎn)資源的深加工與環(huán)境保護(hù)研究工作，電話：15286660138。