煤矸石的危害及综合利用分析

煤矸石的危害及综合利用分析

煤矸石是目前我国年排放量和累计堆存量最大的工业废弃物之一，煤矸石的产生主要来自两部分，一部分是煤炭开采过程中随煤排放的煤矸石(即采矸)，另一部分为由选煤厂排放的矸石(即洗矸)。

山西省的煤矸石主要是由可燃炭、高岭土、蒙脱石、伊利石、长石、硫化铁及氧化矿物组成，除可燃物质以外，其无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。山西煤矸石发热量一般在6 300 kJ/kg～14 700 kJ/kg，相当于标准煤发热量的21.4%～50%。

煤矸石对环境的危害

煤矸石中含有大量的有机成分，同时富含金属、碱土及碳、氮、氧、硫、硅、铝、钾等多种化学元素。这些废石堆由于具有自燃、淋溶、稳定性差等属性，从而带来了一系列的环境问题。

由于煤矸石长期露天堆放，矸石内部的热量逐渐积累，当温度达到燃点时(煤的燃点一般为360 ℃)，矸石中的残煤及其他可燃物便可自燃。煤矸石自燃不但向环境中释放出大量的SO2，CO，CO2，H2S，NOX气体，还向空气中排放一定量的氮氧化物和苯并芘等有毒物质及烟尘，对矿区环境造成了严重污染，使附近农作物受到了严重影响，同时影响了矿区群众的身心健康。

目前煤矿产生的矸石大多露天堆放，不同程度地侵占耕地，平原地区更加明显，而且每年还以400 hm2的速度增长。这对于人均耕地不足0.1 hm2的中国来说，所产生的影响是显而易见的。煤矸石的堆放不仅埋压或破坏了原地貌植被，而且排放过程中产生的粉尘、自燃时产生的有毒物质对植物的生存也有较大影响，主要表现在植物生长缓慢，区内植物种类减少、植被覆盖率降低，病虫害增多等，对人类生存环境和矿区的生态环境造成了严重的危害。

煤矸石受到降雨喷淋或长期处于浸渍状态，矸石中的粉尘会成为水中悬浮物，有害成分溶解后进入水体、土壤，对水环境和土壤环境造成二次污染。当酸性较强的淋溶水进入水体时，对生物产生很强的冲击力，能消灭或抑制水中微生物的生长，妨碍水体自净。煤矸石中除含有SO2，Al2O3以及铁、锰等常量元素之外，还有其他少量重金属，如铅、镉、汞、砷、铬等，这些元素都是有毒重金属元素，进入水体或渗入土壤后，严重影响土壤环境或水环境，且通过食物链危害人体健康。

煤矸石堆放时的天然安息角为38°～40°，如果矸石山堆积过高、坡度过大或受人为开挖影响，爆炸或暴雨侵蚀时，容易形成坍塌、滑坡、泥石流等灾害。而对于正在自燃的矸石山，如遇淋溶水的渗入，受热后水气急剧膨胀易引起爆炸，危及附近居民的安全。如枣庄煤矿北煤井一矸石堆，1994年发生坍塌，导致17人死亡，7人受伤。

煤矸石综合利用

我国作为一个资源比较贫乏的国家，主要矿产资源人均占有量不到世界水平的一半，石油、天然气等优质能源不足的矛盾尤为突出。煤炭开采和洗选过程中产生的煤矸石既是一种固体废弃物，也是可以利用的资源。我国每年产生的煤矸石、煤泥等低热值燃料，按热量折算相当于1 500万t～1 800万t标准煤。利用好这些低热值燃料，相当于新增一个大型矿区的煤炭产量。

资源综合利用是治理污染、改善环境、促进可持续发展的重要措施。资源消耗大、浪费多、利用率低是造成环境污染的主要原因。山西煤矸石综合利用电厂，2000年综合利用煤矸石200万t，相当于节约原煤100万t，减排SO2 40万t，CO2 45万t，粉尘3.06万t。煤矸石烧砖，每生产1亿块煤矸石标砖可节约土地1.8 hm2，节约燃料煤8 000万t，利用煤矸石25万t，利用了废物，改善了环境。

目前，国内外煤矸石综合利用的途径主要有：利用煤矸石发电，生产建材，开发煤矸石中的共、伴生矿物，利用煤矸石生产肥料，利用煤矸石筑路、填坑、土地复垦等。

含碳量相对较高，发热量在6 300 kJ/kg以上的煤矸石，适宜用作燃料发电。以煤矿积存的大量矸石和其他低热值燃料燃烧，代替优质煤发电供热，既利用了煤矸石的热值，又节约了煤炭，还减少了废物占地和水土流失。

随着我国国民经济的持续、健康、高速发展，为建材市场提供了广阔的发展空间。现在全国有砖瓦企业约11万个，每年破坏大量的耕地面积，耗能达7 000多万t标煤。为此，国家制定了一系列限制黏土使用，发展新型墙体材料的政策，这大大推动了煤矸石建材业的发展。目前煤矸石砖的产量不到22亿块，仅占黏土砖产量的0.1%，还有很大的发展潜力。新汶矿业集团自行开发的真空硬塑制砖机，以煤矸石、粉煤灰为原料，生产承重空心砖和非承重空心砖，不需任何外掺料、外投煤，只利用煤矸石自身发热量进行焙烧。这是一项具有广阔发展前景的项目，符合国家新型墙体材料的发展方向。

含有高比例SiO2，Al2O3的煤矸石是陶瓷、耐火材料、橡胶补强填料、生产节能水泥的原料;煤矸石中含有Al，S，As等多种元素，当其含量达到一定的富矿含量时，可回收利用。这不仅丰富了矿区多种经营的内容，发展了矿区经济，同时促进了环境保护。

煤矸石中含有炭质页岩和含炭粉砂岩，有机质含量在15%左右，并含有植物生长所需的B，Zn，Cu，Co，Mo，Mn等微量元素，用煤矸石改良土壤，一些矿区早已实施过。近年来开始发展以煤矸石为载体生产的无机复合肥和微生物肥料就是优质、高效、营养全面、对环境无污染的新型肥料。据不完全统计，全国有微生物菌肥厂50余座，年生产能力40多万t，大部分以煤矸石为载体，获得了显著的环境效益和社会效益。

可利用煤矸石作充填物治理采煤沉陷区，或用来填筑沉陷

的公路、铁路路基、堤坝等。向沉陷区直接排矸与向矸石山排矸相比，并不增加费用，在经济上是可行的。用煤矸石填埋后的塌陷地，可以用作建筑用地，也可以在其上覆土还田，直接种植农作物。这样可以同时解决矿区塌陷和煤矸石造成的生态问题。这些大批量处理矸石的方法，是解决矸石污染的有效途径之一。

通过对煤矸石的综合利用，既可以充分利用废弃资源，变废为宝，实现可持续性发展，也可以减少煤矸石对环境的影响，具有明显的经济效益、社会效益、环境效益和生态效益。