煤矸石資源的負價值轉(zhuǎn)化分析

曲道春

煤矸石是伴隨煤礦生產(chǎn)過程中的固體廢棄物，來源主要包括：挖掘巖石巷道和從洗煤廠排出的矸石。隨著采煤現(xiàn)代化技術(shù)的迅速進步，再加上煤炭地質(zhì)條件的惡化，煤礦開采排出的矸石越來越多，已經(jīng)堆積成山，占據(jù)了我國大量土地資源。同時，煤矸石中含有硫化物等有害物質(zhì)元素，會經(jīng)過散發(fā)污染大氣和水源，對環(huán)境造成較為嚴重的污染。

1 煤矸石的危害

1.1 對土壤和水系統(tǒng)的危害

煤矸石除了含有大量的碳、鋁、鐵、硅等元素外，還含有一些痕量的重金屬元素。如果對煤矸石不采取任何措施，經(jīng)過長期風(fēng)化和雨水浸泡，有些可能會轉(zhuǎn)移到水系統(tǒng)，污染水和土壤，有的可能會隨自燃揮發(fā)污染空氣。對山西一煤礦的煤矸石中含有的部分重金屬進行數(shù)據(jù)分析，詳見表1。

表1 煤矸石浸出液的試驗結(jié)果 單位：mg/l

從數(shù)據(jù)可看出，矸石淋溶水中6 項重金屬含量濃度很小，全部低于《危險廢物鑒別標準-浸出毒性鑒別》規(guī)定的限值，即為一般工業(yè)固體廢物。該煤矸石可以按照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》要求進行處理。

1.2 對大氣的危害

煤矸石對大氣能產(chǎn)生危害，主要包括兩個方面：一方面是在運輸和堆放煤矸石的過程中，容易產(chǎn)生揚塵，進而污染空氣。另一方面是當煤矸石發(fā)生自燃時，會排放出有害的氣體，污染空氣。自燃的主要原因是，煤矸石含有煤渣、植被殘留和碳質(zhì)泥巖等多種可燃物質(zhì)，其中碳和硫是引起煤矸石自燃的根本。堆積在露天的煤矸石，內(nèi)部熱量會逐漸累積，當溫度達到了煤矸石的起火點時，便會發(fā)生自燃現(xiàn)象，釋放出CO、CO2、SO2、H2S 和氮氧化物等有害氣體，其中以二氧化硫為主。這些有害有毒氣體不僅會造成空氣污染，也會對人類的身體健康有很大危害，容易導(dǎo)致植物生長遲緩、農(nóng)作物大量減產(chǎn)或者死亡，嚴重破壞了生態(tài)環(huán)境。

1.3 占用大面積的土地資源

在煤炭開采過程中，受技術(shù)和采礦規(guī)模等因素的影響，據(jù)統(tǒng)計，煤礦每生產(chǎn)1億噸的煤將伴隨近1400萬噸煤矸石；在隨后的洗煤和選煤工藝中，每洗1億噸動力煤，會產(chǎn)生出1 500 萬噸左右的煤矸石，每洗1 億噸的煉焦煤，會產(chǎn)生出2 000萬噸左右的煤矸石，未經(jīng)利用的煤矸石便會堆放在一起，形成煤矸石山。目前，我國有將近1 600 多座較大規(guī)模的矸石山，占用了大約150 km2的土地面積，并且堆積煤矸石數(shù)量的速度每年高達（1.5-2.0）億噸[1]。土壤是比較難再生的自然資源，需要經(jīng)過300～500 年的時間才能形成1 cm 厚的土壤[2],在世界上，我國還是一個耕地資源比較缺乏的國家，因此大量煤矸石的產(chǎn)生，嚴重影響了社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。同時，由于煤矸石是灰黑色的，在風(fēng)的長期侵蝕作用下，粉末會飄散到周圍，使周邊的土地和植被覆蓋上灰塵，嚴重影響了生態(tài)景觀。

2 煤矸石的轉(zhuǎn)化利用

2.1 在墻體材料中的應(yīng)用

我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，對墻體材料的需求量和質(zhì)量要求也逐步提高，將煤矸石轉(zhuǎn)化為墻體材料也隨之成為材料研究的熱點。目前，市場上已研發(fā)出多種利用煤矸石制成的墻體材料，如：空心磚、微孔吸音磚等，這些材料不僅在性能優(yōu)于傳統(tǒng)的粘土磚，而且在不同程度上具有綠色環(huán)保性能。利用煤矸石制成墻體材料，實現(xiàn)了制磚不需要用粘土，同時也解決了粘土磚的放射性污染問題?，F(xiàn)在煤矸石的利用朝著多種類、多性能、高要求的方向良好發(fā)展。

2.2 在建設(shè)道路工程中的應(yīng)用

煤矸石在道路建設(shè)中的應(yīng)用也越來越多，主要有兩個方面：一是煤矸石可以作為路基填充材料，用于道路工程基層建設(shè)；二是煅燒煤矸石，制成煤矸石固體土料，用于路基施工[3]。在道路工程應(yīng)用中，煤矸石具有消耗大，無需進行特殊技術(shù)處理的優(yōu)勢，是一條充分利用固體廢棄物以減少環(huán)境污染的重要途徑。當前，煤矸石已經(jīng)在我國部分道路工程中成功運用，技術(shù)較為成熟，但其在固土材料的應(yīng)用仍然停留在實驗室研究的層面，還未應(yīng)用于實際的道路工程中。考慮到該項技術(shù)的經(jīng)濟效益，我國科研機構(gòu)應(yīng)該加大力度，積極推廣成果。

2.3 在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

首先，由于煤矸石中含有粉砂巖、碳質(zhì)頁巖和微量元素，研磨和粉碎后的煤矸石與過磷酸鈣相混合，按照相應(yīng)的比重加入水和活化劑，進行堆漚,可以制成新型的農(nóng)用肥料；其次，煤矸石是攜帶固氮微生物和解鉀、解磷微生物較為理想的載體和基質(zhì),含有大量的有機物質(zhì),因此煤矸石也可以用作微生物肥料；同時，煤矸石和廉價的磷礦粉也作為原料基質(zhì),以固氮磷肥、鉀肥和細菌肥為主，制造煤矸石生物肥料；第三，利用煤矸石的酸堿性質(zhì)，以及它所含的營養(yǎng)元素，再適當加一些有機肥料，與土體混合后，能起到增加土壤透氣性以及疏松度的作用；它還可以增加土壤中的含水率,從而能夠促進土壤中各種細菌的代謝、豐富土壤腐植質(zhì),使土壤肥化,促進植被生長。

2.4 煤矸石發(fā)電

對于碳含量高的煤矸石，即≥20%（當熱值大于5 000 KJ/Kg 時），煤矸石可以用于發(fā)電；也可以將煤或煤泥混合到煤矸石中用于發(fā)電，通過發(fā)電產(chǎn)生的廢物也可以用作建筑材料。利用煤矸石發(fā)電不僅可以解決大量煤矸石堆積造成的環(huán)境問題，而且可以緩解我國能源短缺的問題，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害氣體和廢物得到有效回收。大氣污染物的排放也可以得到有效控制，從而最大限度地利用資源，將“廢物”變成“寶藏”。

3 結(jié)語

煤矸石的負價值轉(zhuǎn)化工作是一項意義深遠又十分艱巨的工作，應(yīng)多途徑綜合開發(fā)、齊頭并進研究煤矸石的高附加值產(chǎn)品，力爭實現(xiàn)煤矸石“零排放”，從源頭上解決煤矸石堆積帶來的環(huán)境影響和社會問題。