对山西省煤矸石资源化综合利用的思考
科技情报开发与经济
文章编号：1005－6033（2011）24－0165-03
SCI -TECH INFORMATION DEVELOPMENT ＆ECONOMY 2011年第21卷第24期
收稿日期：2011－07－17
对山西省煤矸石资源化综合利用的思考
王宏宇
（山西师范大学现代文理学院地理系，山西临汾，041004）
摘
要：分析了煤矸石对环境的影响，针对山西省在煤矸石利用方面存在的问题，提出
了山西省煤矸石综合利用的途径。
关键词：煤矸石；资源化综合利用；利用途径；山西省中图分类号：X752
文献标识码：A
表1山西煤矸石主要氧化物成分及其质量分数（％）
化学成分SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO MgO TiO 2P 2O 5K 2O+Na2O V 2O 5
1.4552162.28～0.420.440.900.0070.008
质量分数
～65～3614.63～2.32～2.41～4～0.24～3.9～0.03
山西省是我国最大的能源重化工基地，煤炭约占全国煤炭长期的煤炭生产造成煤矸石堆积如山。据统计，流通份额的1/4，
山西省自新中国成立以来共生产原煤112亿t ，煤矸石排放量居全省现有矸石山1543座，累计堆存全国之首。截至2009年底，
量8. 36亿t ，占地约1. 67万hm 2。2009年煤矸石产生量为0. 81亿t ，随着“十二五”煤炭产量的增加，煤矸石产生量也将增加。估算到2015年，山西省煤矸石年产生量约1. 5亿t ，“十二五”期间累山西省煤矸石的计新增煤矸石量将达到7. 5亿t 以上［1］。因此，
资源化综合利用研究，就成为解决矿区环境的突出问题，也是煤矿企业清洁生产的发展方向，有效地开发利用煤矸石成为当前和今后的一个重要的研究课题。
1. 2. 2矿物成分
山西煤矸石的矿物成分有蒙脱石、伊利石、高岭土、石英、长
石、方解石及少量的稀有金属的氧化物。煤矸石的岩石组成：黏土岩类、砂岩类、碳酸盐类、铝质岩类。1. 3煤矸石对环境的影响
煤矸石对环境的影响途径见图1。
煤矸石
1
1. 1
山西煤矸石特征及环境影响
煤矸石分类
在开采煤炭的生产过程中，常常会有一定废石渣混入，这部
风化自燃淋失
环境污染
大气污染
水体污染
土壤污染
生态破坏崩塌滑坡
泥石流
自燃爆
分不能投入使用的混入物，叫煤矸石或矸石。常见煤矸石的分类有以下几种：
）以矸石来源分类：掘进矸和洗矸两类。掘进矸也常叫“白（1
矸”，是由煤矿巷道掘进时产生的岩块；洗选矸是由工作面采出的夹矸及少量顶、底板岩石，经原煤洗选分离后排出，称为“黑矸”。
（2）以自燃程度分类：可燃矸石与不可燃矸石。可燃矸石又可分为3种：已燃矸石、半燃矸石、未燃矸石。研究表明矸石的物粒度均匀，理性质与其可燃程度关系密切。已燃矸石危险性小，利用方便；半燃矸石利用难度大。
（3）以风化程度分类：分为未风化、微风化、中等风化、完全风化等4类。风化是煤矸石的普遍特性，风化程度取决于煤矸石的成分、煤矸石暴露时间的长短及大气气候条件。
（4）以化学或矿物分类：这种分类法主要是用于矸石的加工利用。1. 2
煤矸石成分
构成煤矸石的主要化学成分有氧化铝和氧化硅，此外，还含一些氧化物和稀有金属，见表1。1. 2. 1化学成分
图1
煤矸石对环境的影响途径
煤矸石对环境的污染有缓释性、滞后性、长期性的特点，影响是多方面的［2］，主要表现在以下几方面：
（1）空气污染。作为工业废渣的煤矸石，它的燃点相对比较低，其中含有很多可燃性物质，如果长期露天堆放，极容易发生自燃，由此产生的有害气体，给周围的环境带来很大的负面影响。在大风天气还会形成大量的粉尘，污染矿区及其周围的大气环境，危害人体健康。
（2）水体污染。煤矸石对水体的污染是物理污染和化学污染。由于无法及时处理的煤矸石长期堆放在外，被雨水淋过之后，雨水便会携带着一些有毒元素进入水体，污染地表水甚至地下水。水污染对生物构成威胁，进而直接或间接危害人的健康。煤矸石矿物组分中的硫化物可与水和空气中的氧发生反应，继而产生酸性物质，这种酸性物质被雨水带入水体中，就会使水体呈酸性，对水体的污染是相当大的。
（3）土壤污染。露天堆放的煤矸石，在风吹、日晒、雨淋、寒冻等
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风化作用下，一些有毒的金属元素进入土壤，使土壤受到污染。
（4）地质灾害。自然状态下，矸石堆的稳定坡度角是38°～40°，在超过这一坡度后，受到自然或人为活动影响，很容易形成泥石流、滑坡、崩塌等灾害。正在自燃的矸石山，一旦遇到水的渗入，极易造成爆险，危及居民生产和生活安全。
3山西煤矸石的综合利用途径
煤矸石对环境的危害很大，因此对矸石进行综合利用，有效
地进行加工处理，就可以变弃物为资源，实现资源化利用［4］。3. 1
直接利用
煤矸石的直接利用主要有3个方面：一是矿坑填充物；二是可替代建筑路基用的土石材料；三是复垦造田。
煤矸石的风化物较黄土有一定的保水性能，把煤矸石填入采煤塌陷区，可以恢复采煤破坏的土地和减少因煤矸石占地造成的环境污染。
2011年4月初，太原东山煤矿率先应用煤矸石井下充填技术，将井下采煤产生的煤矸石，经过破碎直接充填到采空巷道里，既有效地解决了困扰煤矿企业的“煤矸石”“采空区”的两大难题，又大大提高了煤炭回采率，增加了企业的经济效益［5］。
据邱钰等研究，煤矸石存在颗粒大，不易溶于水等缺点，但若在其中掺入大量的细小颗粒，并将其融合到一块儿，就可以作铺路材料，在交公路建设中应用前景广阔。
2
2. 1
山西煤矸石利用现状及存在问题
利用现状
山西是我国的产煤大省，大大小小的矸石山遍布全省，煤矸
石存量还在以每年10％的速度增加。由此带来的环境问题是：山溢流水、地下水污染、土壤盐碱化、农作物减产；煤矸石随意堆放，造成了河道堵塞、水土流失；煤矸石产生的CO 、SO 2等有毒气体污染了大气。从20世纪60年代始，我国对煤矸石进行开发利用研究。2006年山西列为“国家煤炭工业可持续发展政策”的试点，各大煤企加强对矸石山的整治（见表2）。
表2
年份煤炭煤矸石利用率/%
山西省主要年份煤炭产量与煤矸石堆积量
及其利用率统计［3］（万t ）
1990
2000
2005
2010
[***********]80400
1411
[***********][***********]00
[***********]2
5
6
8
13
[1**********]
22.24
3. 2矸石发电
煤矸石发电是筛选热值＞4180kJ /kg 的煤矸石、直接利用热
值为6270kJ /kg 的煤矸石或将含热量8360kJ 以上的煤矸石粉碎掺入一定中煤和煤泥，可以用来发电和供暖，这也是目前最成熟的利用方法。到2015年山西原煤产量将达到10亿t 。每年将新增煤矸石量约1. 5亿t ，在每年新增的煤矸石量中，有60％约8000万t 可用于发电，其潜在的发电规模可超过2000万kW 。
目前，山西省投入运行的煤矸石电厂总装机容量为416. 5万kW 。2011年初，山西国际电力公司与山西焦煤、阳泉煤业、山西煤运等几家省内大型煤炭企业达成合作意向，五年内再建12～14座煤矸石发电厂，到“十二五”末，煤矸石电厂总装机容量将达到1200万kW 。3．3
生产建材
（1）生产砖块。煤矸石中含有黏土类矿物，在生产过程中又利用了热量，现在利用煤矸石生产砖块的技术已经成熟。目前我省已经达到完全利用煤矸石生产空心砖的水平，各种不同砖块的应用范围非常广泛，因此生产砖块是利用煤矸石的重要途径。
（2）生产水泥。将自燃或煅烧后的煤矸石混合于水泥中，然后和熟料、石膏按一定的百分比配制粉磨，便可生产硅酸盐水泥。因煤矸石里含黏土矿物，因此可以配制水泥生料。烧制硅酸盐水泥熟料，既使煤矸石作了原料，还代替了部分燃料，是煤矸石利用的有效途径。
（3）生产轻骨料。轻骨料是一种新型的建筑材料，因其具有轻便、保温效果好的特点，市场应用前景广阔。烧制轻骨料有两种比较适宜的材料，一种是碳的质量分数低于13％的炭质页岩，一种是原煤洗选分离后排出的选矸。
（4）生产空心砌块。将自燃或煅烧后的煤矸石与生石灰和石膏相结合，通过一定的技术制作空心砌块。煤矸石制成的空心砌
综合利用煤矸石，已经成为煤企循环经济的重要工作。阳煤集团2000年至今，累计投资近2亿元，治理矸山面积约2880. 4约225. 6hm 2的治理工作在试点工作期间完成。2009hm 2。其中，
年阳煤集团对区内所有废弃矸山，进行了生态恢复治理；潞矿集团通过矸石发电、矸石制砖，年消耗煤矸石130多万t ，占矸石年产量的43％；同煤集团煤矸石砖厂消耗矸石约80万t /a ，高岭岩加工厂消耗矸石约10万t /a ，共占该集团矸石年产量的1/3。2. 22. 2. 1
存在问题综合利用水平低
主要表现在：一是生产技术落后，规模小，竞争力弱，后劲不足；二是一些煤企对煤矸石利用认识程度低，仍占用不少的土地；三是资金缺乏，缺少研究项目，利用力度不大；四是利用方式单一，多限于煤矸石就地填埋、铺路、烧砖。到2010年底，煤矸石的综合利用量与当年排放量之间还存在巨大的差距，全省煤矸石资源化利用率仅有22. 24％。2. 2. 2
缺乏资金来源
由于认识不到位，没有资金保证，长期投入不足。一是没有国家专项资金扶持，二是融资渠道没有形成，企业筹措资金困难，矸石发电和建材项目无法落到实处。2. 2. 3
缺乏总体规划
在煤矸石综合利用上，国家尚无统一规定，各地自行其是。由于煤炭生产部门无需定期向上级煤管理部门报送矸石的排放和利用情况，导致全国矸石的数量、分布不清楚，没有全国性的煤矸石利用规划和宏观指导，矸石利用率低，资源浪费严重。166
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块是一种新型的墙体材料，由于制作工艺成熟，加之其使用效果不错，因此市场前景也是相当广阔。
（5）生产混凝土。煤矸石可以生产水泥，而我们知道水泥和砂、石等一些集料按一定比例配置，加入适量的水便可制成混凝土。黄爱悦等实验表明，利用煤矸石生产的混凝土，完全可以达到使用要求，也是利用煤矸石的途径。3. 4
烧制陶瓷
吴信才和孙俊民等试验证明，利用含有高岭土的煤矸石可以生产陶瓷、釉面砖、红地砖、马赛克等。3. 5
生产有机肥
在煤矸石中有较多的有机质，有机质中含有丰富的微量元素，可利用煤矸石生产有机复合肥料。由于利用煤矸石制成的这种有机复合肥料含有丰富的植物所需的微量元素，因此可以疏松土质，改善土壤，增加土壤肥力和土壤的透气性，从而达到提高单产的目的。3. 6
其他途径
在技术、资金和设备具备的条件下，其他利用途径有：一是制备4A 沸石、制备增白或超细高岭土、制合成新型材料，如SiC 、取白炭黑；二是制取化工原料，如硅铝铁合金、高铝产品等；三是镓等稀土元素［6］。回收矿产品，如提取黄铁矿、
山西省委书记袁纯清提出，“山西要以煤为基，多元发展，走。为此，山西省提出了“十二五”期间煤矸石综循环经济的路子”
合利用的实施方案和发展目标：在主要煤炭生产和洗选区域布局建设一批以煤矸石综合利用发电为龙头的矿区循环经济园区，打造煤矸石“发电—粉煤灰—建材”“发电—粉煤灰—氧化铝—电解铝—铝加工”“填埋造地—生态农业—生态旅游”等一系列具有区域特色的煤矸石循环经济产业体系，形成煤矸石综合利用新的产业模式，到“十二五”末，将实现年产煤矸石资源化生态处置率100％。利用率50％以上，
术保障。此外，矸石山的灾害防范工作以及绿化工程也是需要一定技术水平做支撑的。
（2）加大政府支持力度。省，市和县各级政府，要对综合利用煤矸石制定优惠政策，统一规划，鼓励各大煤炭企业积极主动地参与到煤矸石综合利用工作中来，从而促进和加快煤矸石的综合开发利用。
（3）理顺资金投入渠道。煤矸石利用“没有资金保证，长期投入不足”的问题，源于领导不重视，煤企不积极。今后，一要积极争取国家专项资金扶持；二要理顺融资渠道，开拓投资领域。确保“十二五”矸石发电和建材等项目落到实处。
（4）强化环境保护意识。对煤矸石的综合治理工作，是改善山西省环境质量状况的重要组成部分。因此，煤矸石的堆放、治理和利用，要严格执行国家环保总局对环境管理的“三大政策”和“八项制度”，加强监管监察执法工作中，在法律约束力和政府的监管下，依法行事。
综上所述，山西省在煤矸石资源化方面已经取得了一定的成就，但利用水平仍然较低，煤矸石的综合利用量与当年排放量之间还存在巨大的差距，全省煤矸石资源化利用率仅为22. 24％，我们应加大力度，加快煤矸石的利用步伐。
参考文献
［1］张崇慧，田喜荣. 解困山西：让煤矸石变废为宝［EB /OL ］. ［2011－03－12］. http ://www . chinanews . com /home /.
［2］张莉. 浅谈煤矸石综合利用与生态环境［J ］. 山西能源与节能，2001（4）:34－35.
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［4］姜振泉，李雷. 煤矸石的环境问题及其资源化利用［J ］. 环境科学研究，1998（3）:57－59.
［5］樊勇军. 山西煤炭开采实现环保梦：煤矸石回填井下［N ］. 山西日报，2011－05－23（1）.
［6］崔智勇，郭成豪. 煤矸石综合利用专题研究［J ］. 山西煤炭，1999（4）:59－61.
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第一作者简介：王宏宇，女，1988年2月生，现为山西师范大山西省临学现代文理学院地理系地理科学专业2009级本科生，汾市，041004.
（责任编辑：胡建平）
4结语
煤矸石资源化是山西省面临的重要环境问题，在开发利用
煤炭资源的同时，更要提倡绿色生产，实现资源的循环利用，达经济、社会三效益的统一，走可持续发展之路。到生态、
（1）提高科技开发能力。煤矸石的综合利用需要一定的技术支持，只有不断提高技术水平，才能为煤矸石的综合利用提供技
Considerations about the Comprehensive Utilization
of Coal Gangue as Resource in Shanxi Province
WANG Hong-yu
ABSTRACT :This paper analyzes the environmental impact of coal gungue , and in the light of the problems existing in the utilization of coal gangue in Shanxi Province , puts forward some paths for the comprehensive utilization of coal gangue in Shanxi Province .
KEY WORDS :coal gangue ; comprehensive utilization as resource ; utilization path ; Shanxi Province
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