煤矸石綜合利用應(yīng)重視需求導(dǎo)向

周宏春

山西省煤矸石的環(huán)境影響

山西是我國的煤炭生產(chǎn)大省。有關(guān)資料顯示，1949年新中國成立至2018年底，山西累計(jì)生產(chǎn)原煤190億噸，接近全國800億噸產(chǎn)量的1/4；外運(yùn)量超過120億噸，占全國外運(yùn)量的70%。采煤就會產(chǎn)生煤矸石，盡管產(chǎn)生的途徑、煤矸石的成分、分布規(guī)律等難以“一概而論”。煤矸石產(chǎn)生量約為煤炭產(chǎn)量的10%至15%，個別煤種或個別地區(qū)能到達(dá)20%以上。山西長期高強(qiáng)度的煤炭開采，導(dǎo)致堆存了大量煤矸石；由于統(tǒng)計(jì)口徑原因，各種研究報告得出的數(shù)量并不一致。

本人曾于2002年在國務(wù)院發(fā)展研究中心發(fā)過一篇調(diào)研報告《推進(jìn)煤矸石綜合利用的對策建議》，其后在《中國煤炭》雜志第8期公開發(fā)表了這篇文章，其中涉及煤矸石的環(huán)境影響及其綜合利用。現(xiàn)在看來，煤矸石影響環(huán)境的方式和類型并沒有多少變，但影響規(guī)模、影響范圍等發(fā)生了較大變化；對山西省而言，煤矸石堆放對環(huán)境的影響亦然。煤矸石，在一些煤炭產(chǎn)區(qū)、特別是我國的西北地區(qū)用“堆積如山”來形容恰如其分。筆者曾在華北地區(qū)調(diào)研過煤矸石山。煤矸石對生態(tài)環(huán)境的影響，包括原生的，即煤矸石堆放在地表產(chǎn)生的環(huán)境影響和次生的，即煤矸石利用產(chǎn)生的“二次污染”，并簡述如下：

自燃。人們常常在煤礦附近見到白天冒白煙、晚上有火光的山包，那就是煤矸石山自燃所產(chǎn)生的現(xiàn)象。煤矸石中含有硫化鐵等物質(zhì)，被空氣氧化時會不斷釋放熱量，熱量逐漸積累導(dǎo)致溫度升高。當(dāng)溫度達(dá)到煤的燃點(diǎn)（一般為360攝氏度）時，矸石中的殘煤、碳質(zhì)泥巖和廢木材等可燃物便會自燃；一座矸石山自燃可長達(dá)十余年乃至幾十年。我國各種所有制的煤礦均有大大小小的矸石山，大約1/3的矸石山發(fā)生過自燃現(xiàn)象。煤矸石自燃，不僅浪費(fèi)了寶貴的資源，所排放的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及煙塵等，還嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，甚至危害礦區(qū)人民的身體健康。當(dāng)然，自燃的總體環(huán)境影響也很難進(jìn)行定量評價。

對生態(tài)環(huán)境的破壞及土地占用。煤矸石自燃排放的各種有害氣體，不僅降低周圍的空氣質(zhì)量，對礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，還會影響礦區(qū)居民的身體健康，有毒氣體甚至造成人員窒息死亡。矸石堆放不僅埋壓或破壞原有地貌和植被，排放的粉塵、自燃排放的有毒物質(zhì)還會對植物生長產(chǎn)生影響，具體表現(xiàn)在植物生長緩慢、生長量降低，草地植被種類減少、病蟲害增多等。

矸石淋溶水污染。煤矸石受到降雨噴淋或長期處于浸漬狀態(tài)，矸石中的粉塵會成為水中懸浮物，有害成分溶解后進(jìn)入水體、土壤，造成水環(huán)境和土壤的污染。例如，當(dāng)酸性較強(qiáng)的淋溶水進(jìn)入水體時，會對生物產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊力，能消滅或抑制水中微生物的生長，妨礙水體自凈。煤矸石中除含有二氧化硅、三氧化二鋁以及鐵、錳等常量元素之外，還有其他痕量元素，如鉛、鉻、汞、砷、鎘等，而這些多為有毒重金屬元素，進(jìn)入水體或滲入土壤后，會嚴(yán)重污染土壤或水環(huán)境，危害農(nóng)作物和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。

滑坡等災(zāi)害。以往，煤矸石堆大多具有坡度陡、結(jié)構(gòu)松散、防范措施少的特點(diǎn)。如果堆放時的自然穩(wěn)定坡角（能保持自然穩(wěn)定狀態(tài)的最大角度）為38度至40度；如堆積過高、坡度過大或受人為開挖、爆炸或暴雨侵蝕，容易形成坍塌、滑坡、泥石流等災(zāi)害。另外，在尾礦和矸石堆中含有許多有害物質(zhì)，隨風(fēng)吹散會影響群眾的身體健康。

次生污染主要由矸石電廠生產(chǎn)中排放的污染物引起。雖然各地一直將煤矸石電廠的脫硫除塵、減少“二次污染”作為環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)，并取得不小進(jìn)展，但二次污染依然存在。主要原因有：一是煤矸石中的硫含量高。我國高硫煤產(chǎn)量接近全國煤炭總產(chǎn)量的1/5，主要分布在中南和西南礦區(qū)。作為燃料的矸石又主要是洗煤廠的廢物，硫分更富集，增加了電廠脫硫的技術(shù)難度。二是技術(shù)、裝備不過關(guān)。由于沒有適合的高效煙氣脫硫設(shè)備，雖然電廠采取了諸如建立回收車間、石灰石爐內(nèi)脫硫、石灰水煙道脫硫等措施，一些電廠投入大量資金進(jìn)行設(shè)備改造，但仍出現(xiàn)達(dá)不到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的情形。三是沒有按照規(guī)章制度經(jīng)營管理。一些電廠雖然采取了措施，但因運(yùn)行成本高，環(huán)保設(shè)施并不正常運(yùn)行；或有人檢查時運(yùn)行，大多數(shù)時間不運(yùn)行，其結(jié)果是電廠排放的二氧化硫和煙塵等超過國家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的情形時有出現(xiàn)。

因此，治理恢復(fù)已有矸石山、高效處置新排矸石，開展煤矸石的綜合利用，成為煤炭企業(yè)可持續(xù)發(fā)展必須解決的難題。

山西煤矸石綜合利用的主要實(shí)踐

2006年，山西省成為“國家煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展政策”的試點(diǎn)省，煤矸石治理成為“加強(qiáng)產(chǎn)煤地區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合治理”的重要內(nèi)容。通過大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，山西省許多地市在煤矸石資源綜合利用方面的成效顯著，“變害為利、變廢為寶”的途徑越來越多。山西煤矸石綜合利用是全國的一個縮影。

從20世紀(jì)50至60年代開始，我國對煤矸石的綜合利用進(jìn)行了大量研究，主要利用方式為發(fā)電、制磚、充填、復(fù)墾和筑路材料等。有關(guān)資料表明，煤矸石不僅具有豐富的化學(xué)和礦物組成，如鋁、硅、碳、鐵、鈣、磷、鎂、鈉等，還含有多種礦物質(zhì)，如高嶺石、伊利石、白云母、黃鐵礦、石英、長石、石灰石、鋁土礦等。因此，綜合利用煤矸石制備鋁鹽（高鋁粉煤灰提鋁）、分子篩、白炭黑、肥料等方面的研究陸續(xù)增多。

煤矸石綜合利用，不僅可以減少土地占用（煤矸石建材替代粘土磚還可以減少對耕地破壞），用做塌陷區(qū)充填或回填材料，可以使因采煤塌陷的土地得到復(fù)墾；對于保護(hù)我國十分珍貴的土地資源，從源頭上減輕礦區(qū)的大氣污染和地下水污染，意義十分重大。煤矸石綜合利用不僅可以變廢為寶，也有助于改變煤炭的“骯臟”形象。一些地方煤礦圍繞煤矸石綜合利用，形成“石頭變磚頭，磚頭砌高樓”，“制磚不用土，燒磚不用煤”等產(chǎn)業(yè)，或延長了原有產(chǎn)業(yè)鏈，形成了煤炭生產(chǎn)的良性循環(huán)。

煤矸石發(fā)電

山西煤矸石的碳質(zhì)含量較高，約10%至40%，可用于發(fā)電。煤矸石發(fā)電技術(shù)成熟、可靠，發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益較好。2002年，山西省第一家煤矸石發(fā)電廠建成運(yùn)行，年消耗煤矸石40萬噸；隨后，侯馬、左權(quán)、陽泉、長治、朔州等地也建成矸石發(fā)電廠。2012年，朔州煤矸石發(fā)電公司《300MW純矸石CFB發(fā)電機(jī)組資源綜合利用關(guān)鍵技術(shù)集成與示范》被專家鑒定為國內(nèi)領(lǐng)先水平。一般地，在交通、地理位置、原料來源等條件相對適宜的情況下，發(fā)展煤矸石發(fā)電+建材制造一體化，才能充分利用煤矸石中的熱量發(fā)電，并利用發(fā)電后排出的廢渣，以降低二次污染，達(dá)到更高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

煤矸石制建材產(chǎn)品

有關(guān)分析表明，山西省煤矸石的主要成分是粘土礦物，符合制磚要求，因而成為新型建材的主要原料。煤矸石還可用來燒制水泥，燒制過程中不僅不產(chǎn)生灰渣，還能將燒鍋爐的煤矸石渣用作水泥的摻合料，既充分利用了煤矸石、煤矸石渣，又生產(chǎn)了水泥。煤矸石制備建材產(chǎn)品工藝技術(shù)成熟，但受限于運(yùn)輸半徑等問題，建材生產(chǎn)規(guī)模及經(jīng)濟(jì)效益均受到影響。

充填開采與填溝造地

煤矸石充填開采和復(fù)墾造地工藝均較為成熟。煤矸石井下填埋工藝分為兩類，對新建礦井，建井期間煤矸石主要用于場地建設(shè)，后期礦井投產(chǎn)后，煤矸石可用于井下充填。對改擴(kuò)建礦井，煤矸石可實(shí)現(xiàn)不出井，用于井下填埋。煤矸石填溝造地工藝，是解決大宗煤矸石的利用方式，特別適用于人均土地較少的溝谷地區(qū)。2016年10月20日，山西省出臺地方標(biāo)準(zhǔn)《粉煤灰與煤矸石混合生態(tài)填充技術(shù)規(guī)范》（DB14/ T1217--2016），以規(guī)范露天礦坑、溝壑填充和生態(tài)恢復(fù)的具體實(shí)踐。

利用煤矸石進(jìn)行填溝造地是一種生態(tài)修復(fù)技術(shù)，可以明顯改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。按照宜農(nóng)則農(nóng)、宜林則林、技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)可行的原則，利用煤矸石進(jìn)行土地復(fù)墾。例如，山西焦煤集團(tuán)西山煤電礦區(qū)，按照填溝造地、綠化美化的思路，采取“自下而上、分層碾壓、黃土覆蓋”方式，每年填溝造地近千畝，在治理后的矸石山上先后建設(shè)公園、采摘園和種植園。同煤浙能麻家梁煤業(yè)公司建立了一套科學(xué)的煤矸石填溝造地治污、土地復(fù)墾綜合利用方案，通過覆土復(fù)墾為林地和耕地，可恢復(fù)造林面積與耕地面積千余畝，完善截水溝、輸水渠、集水井、攔干壩等配套工程。

植被恢復(fù)

長治王莊煤業(yè)底山村矸石治理，先將矸石滅火、碾壓、封閉隔離后，再覆蓋黃土、營養(yǎng)層，最后進(jìn)行植被恢復(fù)、植被養(yǎng)護(hù)。隨著植物生長，逐漸進(jìn)行花、草、灌木叢、喬木等植物的自然演替，讓矸石山披上了“綠裝”。長治王莊煤業(yè)矸石治理的最新技術(shù)和工藝，獲得7項(xiàng)國家發(fā)明專利技術(shù)：封閉隔離技術(shù)、抗侵蝕植被恢復(fù)技術(shù)、植被養(yǎng)護(hù)技術(shù)、半柔性快速排水技術(shù)、營養(yǎng)土構(gòu)建技術(shù)、排矸道路抑塵技術(shù)、在用矸石堆場防塵防滲濾液覆蓋技術(shù)。

2016年，忻州窯礦打響了一場全員重視、全程投入、全域治理的環(huán)境保護(hù)攻堅(jiān)戰(zhàn)，按照“重塑地貌、恢復(fù)植被”治理主線，對矸石等廢物分布、數(shù)量、土地占用、水土流失、土壤破壞現(xiàn)狀以及礦山環(huán)境治理前期效果等進(jìn)行調(diào)查評估，按照“平面造地，立面造綠、梯次種植”的思路，并采用“自下而上、推平堆積、分層碾壓、黃土覆蓋”方法，有重點(diǎn)、分層次對矸石場區(qū)進(jìn)行綠化、硬化和美化，先后栽種了丁香、山杏、云杉、金葉梅、紫葉矮櫻等草本植物；還采用防滲漏和植生袋相結(jié)合的技術(shù)，植入護(hù)坡草籽等坡面植被群落。利用凈化后的礦井水，灌溉花草樹木，既有效利用了礦井水，又保證了樹木的成活率。

從同煤集團(tuán)忻州窯礦北山坡觀景臺向下俯瞰，自然起伏的梯形設(shè)計(jì)，錯落有致的植物群落，儼然一幅滿眼蒼翠、草長鶯飛的優(yōu)美畫卷。誰曾想，這座點(diǎn)上成蔭、線上成景、面上成林的公園，原是一座占地17萬平方米、堆放約366萬噸煤矸石的矸石山。這座矸石山是忻州煤礦于1984年投入使用，是大同地區(qū)面積最大的矸石山之一。經(jīng)過同煤集團(tuán)堅(jiān)持不懈的動態(tài)治理，已改造成綠化群帶、文化廣場遙相呼應(yīng)的人文景觀。

永定莊煤業(yè)公司，也對矸石山進(jìn)行分層覆蓋、碾壓，采用防滲漏與植生袋相結(jié)合的先進(jìn)技術(shù)，達(dá)到了綠化、美化、觀賞、經(jīng)濟(jì)效益為一體的治理效果。在水土保持、生態(tài)觀光、經(jīng)濟(jì)發(fā)展幾大區(qū)域的功能劃定后，永定莊煤業(yè)公司還修建了110米的登山路，鋪設(shè)了2000米的澆灌管線，設(shè)計(jì)修建了風(fēng)格各異的廊橋、涼亭等。在礦工家屬眼中臟亂荒涼了60多年的矸石山一去不返，取而代之的是滿目的蒼翠和宜人的美景。

設(shè)立產(chǎn)業(yè)園區(qū)

山西柳林縣成立了“山西柳林煤矸石綜合利用產(chǎn)業(yè)示范園區(qū)管理委員會”，負(fù)責(zé)園區(qū)建設(shè)，目標(biāo)是從低熱值煤矸石中提取鋁、硅系列產(chǎn)品及能源利用，余渣制成各種建材產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)煤矸石資源、能源就地加工轉(zhuǎn)化和循環(huán)利用，形成以“高鋁煤矸石—氧化鋁—電解鋁—鋁鎂合金型材為鏈條的鋁材產(chǎn)業(yè)及裝備制造業(yè)”、“高鋁煤矸石—蒸汽—發(fā)電為鏈條的能源綜合利用”和“高鋁煤矸石—高鋁粉煤灰—硅酸鈣、白炭黑、陶瓷纖維等為鏈條的高端硅產(chǎn)業(yè)”為主導(dǎo)的新型化能源資源綜合利用工業(yè)示范園區(qū)，為煤矸石綜合利用構(gòu)建一套低碳、環(huán)保、高效的產(chǎn)業(yè)循環(huán)體系，實(shí)現(xiàn)“以煤為基、多元發(fā)展”轉(zhuǎn)型發(fā)展，促進(jìn)山西乃至全國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

朔州市建成4個初具規(guī)模的循環(huán)工業(yè)園區(qū)。朔州市固廢綜合利用工業(yè)園區(qū)，是全國最大的粉煤灰綜合利用產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。朔州市山陰縣的中煤集團(tuán)山西華昱能源有限公司循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)，其煤矸石發(fā)電廠、硅錳合金廠、磚廠和水泥廠，全部利用煤矸石和電廠的粉煤灰、灰渣等廢料，生產(chǎn)市場暢銷的新型建材。忻州煤礦和永定莊煤業(yè)公司對矸石山的成功治理，也為同等條件下其他煤礦的矸石山科學(xué)治理提供了切實(shí)可行的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

曾經(jīng)污染環(huán)境的“禍害”，如今在山西省各地漸成“香餑餑”。煤炭生產(chǎn)—煤炭洗選—燃煤和煤矸石發(fā)電—固廢用于生產(chǎn)水泥和新型材料，已經(jīng)成為成熟的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。在山陰縣的中煤集團(tuán)山西華昱能源有限公司循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)內(nèi)的某企業(yè)，粉煤灰從這頭進(jìn)入機(jī)器，從機(jī)器那頭就“吐出”碳金板材。該公司依靠技術(shù)創(chuàng)新，一舉突破粉煤灰在建材領(lǐng)域粗放利用的長期徘徊局面，變廢為寶，獲得國家發(fā)明專利。

促進(jìn)山西煤矸石綜合利用的對策建議

在充分肯定山西省煤矸石綜合利用取得成績的同時，也應(yīng)當(dāng)看到，仍有大量煤矸石、粉煤灰沒有得到充分利用。為此建議：

堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展。山西省未來仍可能新建、改擴(kuò)建煤礦項(xiàng)目。新建、改擴(kuò)建煤礦項(xiàng)目，應(yīng)包含煤矸石綜合利用配套子項(xiàng)目或建設(shè)內(nèi)容。對此，政府應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，在這些項(xiàng)目建設(shè)初期，應(yīng)進(jìn)行科學(xué)論證，要求企業(yè)配套煤矸石綜合利用生產(chǎn)線，加大對煤矸石利用技術(shù)的開發(fā)力度，在企業(yè)快速發(fā)展的同時承擔(dān)社會責(zé)任，促進(jìn)企業(yè)和地方的和諧發(fā)展。

落實(shí)生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度。隨著山西煤矸石堆存量的增長，面臨的資源問題、環(huán)境問題非常嚴(yán)峻。為此，應(yīng)借鑒發(fā)達(dá)國家成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，盡快完善以生產(chǎn)者責(zé)任延伸的法律制度，建立煤矸石處理和綜合利用體系，加大環(huán)保、稅收綜合執(zhí)法力度，倒逼企業(yè)提高煤矸石、粉煤灰綜合利用率。推進(jìn)煤矸石生產(chǎn)、流通、消費(fèi)環(huán)節(jié)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，切實(shí)改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，并為子孫后代留下資源和發(fā)展空間。

加大對煤矸石綜合利用的政策支持和技術(shù)引導(dǎo)。作為全國重要的能源基地，要構(gòu)建現(xiàn)代能源體系，推動煤炭產(chǎn)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，化解過剩產(chǎn)能，提升優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能；加快區(qū)域現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局；推進(jìn)能源科技創(chuàng)新，增強(qiáng)能源產(chǎn)業(yè)競爭力；構(gòu)建智慧綜合能源系統(tǒng)，提高能源系統(tǒng)效率；推進(jìn)能源體制革命、機(jī)制創(chuàng)新。鼓勵對煤矸石中有用元素有針對性地進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，擴(kuò)展煤矸石在新型建筑材料、新型化工產(chǎn)品及其他領(lǐng)域的應(yīng)用，切實(shí)提升煤矸石利用的技術(shù)水平。

以市場為導(dǎo)向開發(fā)綜合利用新產(chǎn)品。加大煤矸石、粉煤灰治理和綜合利用技術(shù)推廣力度，有效減少煤矸石、粉煤灰堆存量。細(xì)化綜合利用分階段發(fā)展規(guī)劃，多措并舉支持煤矸石、粉煤灰產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展；成立煤矸石、粉煤灰綜合利用省級專項(xiàng)基金，建立以4A沸石技術(shù)專利為核心的“山西省沸石應(yīng)用技術(shù)研究中心”等，提高煤矸石綜合利用產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值，實(shí)現(xiàn)綜合利用產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

建立山西省煤矸石綜合利用信息網(wǎng)絡(luò)平臺。然后，再建立山西省煤矸石綜合利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)信息平臺，有效發(fā)布產(chǎn)品推廣和技術(shù)轉(zhuǎn)讓等信息，實(shí)現(xiàn)信息和資源共享，促進(jìn)資金、客戶、物資與技術(shù)的整合優(yōu)化。加快科技人才培養(yǎng)。充分發(fā)揮信息平臺的網(wǎng)絡(luò)輿論效應(yīng)，大力宣傳煤矸石綜合利用成效突出的優(yōu)秀企業(yè)，促進(jìn)對其先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)的學(xué)習(xí)和推廣；打造煤矸石綜合利用項(xiàng)目品牌，吸引省外以及國際知名企業(yè)來晉投資合作，以盡可能解決煤矸石堆存引發(fā)的環(huán)境影響。