循环经济条件下煤矸石资源化利用的关键
摘要：本文分析了当前我国煤矸石资源化利用的现状,指出了当前煤矸石资源化利用中存在的问题,同时引入循环经济的理念,指出在循环经济条件下开展煤矸石资源化利用的关键是提高资源利用率,开发高附加值的联产技术路线,无害化、减量化的同时实现煤矸石的资源化高效利用。
关键词： 煤矸石； 循环经济； 资源化利用
1 前言
我国是一个煤炭生产和消费大国,在煤炭开采和洗选加工过程中,排放出大量的煤矸石,煤矸石产出量一般要占到煤炭产量的 10 ％－ 20 ％左右,作为排放量最大的工业废渣之一,目前我国煤矸石积存量已达 70 亿吨,形成矸石山 1500 多座,并且仍以每年亿吨以上的速度递增 [1] ,如此多的煤矸石若不加以利用,长期堆放于地表,不仅占用大量土地(其中大部分为耕地),影响自然景观,还会造成大气,土壤及水体污染和地质灾害的发生, 煤矸石的大量排放对社会和经济发展造成的影响已不容忽视,为了节约能源,保护土地资源,减少环境污染,改善生态环境,必须加快对煤矸石的综合利用。
2 我国煤矸石资源化利用的现状
2.1 现有的煤矸石资源化利用途径
由于煤矸石具有两重性,一方面煤矸石是煤炭生产过程中排放出的固体废弃物,一方面又含有大量有用元素,是可利用的资源,因此,煤矸石的处理利用最终要实现煤矸石排放 “ 无害化 ” 、 “ 减量化 ” 和 “ 资源化 ” 的目标,其中, “ 无害化 ” 是最基本的要求, “ 减量化 ” 是一种手段, “ 资源化 ” 是最终的归宿 [2] 。国外对煤矸石的处理有比较健全的法规和管理办法,基本实现了无害化处理。主要用途是回填采空、作为建筑工程填料、筑路造地、回收有用成份及作燃料、建筑材料和改良土壤等用。
目前,我国的煤矸石综合利用已由 “ 无害化 ” 逐步走向 “ 资源化 ” ,煤矸石资源化利用途径主要包括： (1) 煤矸石发电、供热、生产沸腾炉燃料； (2) 生产建筑材料制品：烧结砖瓦、免烧砖瓦、空心砖、制作水泥原料 ( 水泥熟料、无熟料及少熟料水泥 ) 、特种水泥、陶瓷、轻骨料等； (3) 生产农田用肥料：有机复合肥、微生物肥料、土壤改良剂； (4) 生产化工原料：合成碳化硅、制备分子筛、制取白炭黑、聚合氯化铝、硅铝铁合金等； (5) 利用煤矸石回填 ( 包括建筑回填、填低洼地和荒地、充填矿井采空区、煤矿塌陷区复垦 ) 、筑路等； (6) 回收有益矿产品：高岭土、硫铁矿、提取稀有稀土元素等；( 7 )其他用途：用作铸造型砂、生产墙体材料等 [1,3] 。其中煤矸石发电、煤矸石建材及制品、复垦回填以及煤矸石山无害化处理等大宗量利用技术和高科技含量、高附加值的利用技术和产品是国家目前重点发展的煤矸石综合利用技术 [4] 。
2.2 当前煤矸石资源化利用存在的问题
尽管目前煤矸石的综合利用途径有很多,煤矸石综合利用在规模上和质量上都有很大程度的提高,但是当前我国的煤矸石综合利用仍然普遍存在以下问题：
( 1 )煤矸石利用总量仍然较少。 “ 九五 ” 以来,我们国家一直把煤矸石综合利用作为资源利用的重点工作,煤矸石综合利用也取得了很大的进步,但由于煤矸石积存量大,且年增长速度又十分惊人,与之相比,我国煤矸石的综合利用总量仍然偏少,世界发达国家煤矸石利用率为 70%—80% ,而我国只有 43% [5] ,加之在相当长时间内我国一次能源以煤为主的格局不会发生根本的改变,环保要求和洁净煤战略使得煤炭入洗比例提高,煤矸石堆积量还将持续增加。
( 2 )资源利用率低,浪费严重。尽管当前煤矸石的综合利用途径有很多,但资源利用率普遍不高,与循环经济尽可能高效的利用资源的理念相悖。比如煤矸石用于回填,仅仅是简单的直接利用,许多有用的资源被白白浪费；煤矸石发电后灰渣制砖,仅仅利用了热量和一部分硅元素,宝贵的铝资源没有得到有效利用,也就没有高的附加值和好的经济效益。
(3) 产品技术含量低,高附加值深加工产品产业化困难。煤矸石回填和制取建筑材料技术,尽管技术已经成熟并得到广泛推广,但都是一些技术含量较低的产品,煤矸石制取铝盐絮凝剂等高附加值化工产品技术虽然在实验室被广泛研究,但产品单一,现有技术大都生产单一铝盐,且能耗高、效率低,因而成本偏高,难以适应灵活多样、高附加值产品的市场需求,由于上述现行技术的经济效益较低,煤矸石深度高附加值化工利用,目前尚无成功的产业化先例 [6] 。
( 4 )能耗高,二次污染严重。煤矸石的综合利用本身是为了降低污染,减少堆存,节约资源,但是现有的一些煤矸石利用途径如：煤矸石发电过程中,大量的烟尘和灰渣得不到安全归置和有效利用,除了造成资源浪费外, 生产过程中使用或排放多种酸性(碱性)废气、废液及废渣, 还带来严重的二次污染,煤矸石制取建材的煅烧环节中,需要消耗大量的热量,给企业带来经济负担,同时也影响了企业进行煤矸石综合利用,变废为宝的积极性。
3 循环经济条件下煤矸石资源化利用的关键
当前我国正在大力发展循环经济,在这一大的背景下,煤矸石资源化利用也必须引入循环经济理念,遵循生态工业和循环经济的规律。循环经济理论认为没有绝对的废物,所谓废物仅仅是 “ 放错地方的资源 ” ,仍然具有巨大的潜在利用价值；任何资源的价值不是单一的,也不是一次性的,通过综合加工、深度加工和延伸加工产生更多的使用价值,获取更大的经济价值；在传统生产的下游,继续开拓新的加工利用领域,形成新的经济增长点；通过化害为利、变废为宝的加工利用,减轻对环境和资源的消耗与压力,获得经济、环境和社会三个效益的统一。
由此,结合我国煤矸石资源化利用的现状,我认为循环经济条件下开展煤矸石资源化利用的关键是：
( 1 )提高资源利用率,降低能耗,开发高附加值的联产技术路线。针对目前煤矸石利用过程中出现的资源利用率低,浪费严重的现象,尽可能充分利用有用的碳、硅、铝元素,开发节能降耗,高附加值的联产技术路线,把具有耦合效应的工艺配置在一起,使下一级产业链输入的是上一级链条产出的废物,物尽其用,提高生产效率,降低成本,在经济循环中产生新的附加值,同时实现废物的少排放甚至零排放。如：可以根据企业实际,开发煤矸石发电(利用热量) —— 发电后矸石或灰渣制取铝盐絮凝剂(利用铝) —— 制取水玻璃、白炭黑等化工制品(利用硅) —— 制取建筑材料(充分利用余铝、硅)的联产技术路线,把煤矿的清洁生产和废弃物的综合利用融为一体,同时节能降耗,提高附加值,产生更高的经济效益,真正实现煤矸石的资源化高效利用。
( 2 )优化生产工艺,产品规格多样化,以满足市场需求。 在高值联产的基础上,针对目前煤矸石产品单一,成本偏高的缺点,优化现有生产工艺或开发新的技术工艺,以充分降低成本,同时使产品规格多样化,增强市场竞争力,提高经济效益。
( 3 )满足生态工业和循环经济要求,达到低污染或无污染排放。 在煤矸石资源化利用过程中,充分考虑环保要求,遵循循环经济原则,使 “ 自然资源 — — 粗放型工业 — — 产品 — — 污染排放 ” 的线性经济,转变为 “ 自然资源 — — 循环利用型工业 — — 绿色产品 — — 再生资源深加工业 — — 绿色产品 ” 的循环经济,满足 “3R” 为原则(即减量化、再使用、再循环),以低消耗、低排放、高效率为基本特征,物质资源不断再循环利用,低污染或无污染排放。
4 结论和展望
在相当长一个时期内,煤炭在我国能源中仍占主要地位,我国煤矸石综合利用技术的研究虽然取得了一定的成果,煤矸石综合利用工作取得了很大的进步,但煤矸石综合利用率仍然不高,利用总量仍然偏低,当前,我国正在积极构建资源节约型、环境友好型社会,大力发展循环经济,在这样一个大的背景下,我们必须遵循循环经济的理念,抓住煤矸石资源化综合利用的关键,开发高附加值的联产技术路线,优化生产工艺,提高资源利用率,减少占地,节约资源,实现低污染或零污染排放。
参考文献
[1] 边炳鑫,解强,赵由才等 . 煤系固体废物资源化技术 [M]. 化学工业出版社 , 2005 , 5.
[2] 国务院《中国洁净煤技术九五计划和 2010 年发展规划》 1997
[3] 煤矸石的综合利用现状．曹建军,刘永娟,郭广礼．环境污染治理技术及装备 [J] ． 2004 , 1
[4] 国家经贸委、科技部《煤矸石综合利用技术政策要点》,
[5] 国家发改委,国家环保总局．《关于加快煤炭行业结构调整、应对产能过剩的指导意见》, 2006,4
[6] 孟凡勇,薛可轶,高庆宇,于汝绶．煤矸石制取含铝产品的研究进展．煤炭加工与综合利用 [J] ． 2003,5
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