六盤水煤系固體廢棄物資源化利用的現狀與對策

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(六盤水師范學院 化學與材料工程學院 ， 貴州 六盤水 553004)

六盤水煤系固體廢棄物資源化利用的現狀與對策

孔德順，王茜，宋說講

(六盤水師范學院 化學與材料工程學院 ， 貴州 六盤水 553004)

分析了六盤水礦區及國內外煤系固體廢棄物資源化利用的現狀及存在的問題，并就如何提高六盤水礦區這些廢棄物的資源化利用水平給出了一些建議。

煤系固體廢棄物 ； 粉煤灰 ； 煤矸石 ； 綜合利用

Abstract:The present situation and the existing problems of coal series solid wastes resource utilization of Liupanshui mining area at home and abroad are analyzed,and some suggestions that how to improve the level of these solid wastes resource utilization in Liupanshui mining area are proposed.

Keywords:coal series solid wastes ; fly ash ; coal gangue ; comprehensive utilization

0 引言

煤系固體廢棄物主要是煤矸石和粉煤灰，煤矸石是在煤炭開采和洗選過程中產生的，粉煤灰是煤粉在鍋爐中燃燒后產生的。六盤水礦區每年產生的煤矸石超過1 000萬t，歷年累積的煤矸石約1.2億t；該礦區產生的粉煤灰每年達數百萬噸，截至2012年底，全市燃煤電廠歷史庫存粉煤灰超過4 000萬t[1]。這些固體廢棄物占用了土地，污染環境，同時，它們又是可以利用的資源，本文分析了六盤水、國內外的煤系固體廢棄物利用現狀，并分析了存在的問題，對如何利用該礦區的煤系固體廢棄物給出了建議。

1 國內外利用現狀

全球各國很早就進行了煤系固體廢棄物的綜合利用，如煤矸石在20世紀初就開始應用，到了1960年以后，西方發達國家對煤系固體廢棄物的總利用率達到了90%以上。

1.1生產建材

煤系固體廢棄物常用于生產建材，如美、法、英等國主要用于制磚、制水泥、路基材料、輕骨料等。新中國建立后，政府即提倡工業廢渣的資源化利用，在取得環境效益和社會效益的同時，收到良好的經濟效益，現階段我國的煤系固體廢棄物主要用于制磚、生產輕骨料、生產水泥等[2]。

1.2制備化工產品

煤系固體廢棄物制備化工產品是具有很高附加值的一種深層次利用方法。如波蘭、美國就以煤矸石或粉煤灰為原料，采用石灰石煅燒法，提取出了氧化鋁，提取率為80%。我國在煤系固體廢棄物制備化工產品方面也取得了一些成就，如：1995年，甘肅省石油設計院用煤矸石生產凈水劑PAC 1 000 t/a獲得成功；1999年，張掖地區礦業化工總公司采用加壓工藝，利用煤矸石生產硫酸鋁1.5萬t/a，產品質量超過HG2225-91一級品的標準；2012年，內蒙古鄂爾多斯從高鋁煤矸石中提取氧化鋁示范項目已進入中試階段；2013年，山西柳林用煤矸石提取氧化鋁試驗成功，該項目處理煤矸石能力為5萬t/a，可制備出氧化鋁1.26萬t，白炭黑1.75萬t。

大唐集團堿燒結法從高鋁粉煤灰中提取氧化鋁、神華集團采用酸法、蒙西集團用硫酸銨焙燒法從煤矸石中提取鋁元素都取得了一定的成果，但多數企業仍處于中試階段或生產的初期階段，存在有許多技術難題尚需攻克、運行成本較高等問題。

1.3其他利用方式

除上述利用方式外，還有用煤矸石進行發電、提取伴生礦物、制氣等利用方式[3-4]。

2 六盤水煤系固體廢棄物利用現狀

2.1煤矸石發電

主要利用煤矸石中的有機質的熱值進行燃燒發電。如2012年六盤水規劃的煤矸石電廠包括新窯煤矸石電廠、二塘煤矸石電廠、老屋基煤矸石電廠、盤南煤矸石電廠、黑塘煤矸石電廠等，總裝機4 200 MW，一些電廠已建成并投入運營。

2.2生產墻體磚

利用煤系固體廢棄物生產建筑用墻體磚，目前已建成一批磚廠，如：婁華源建材有限公司、賽德煤矸石磚廠、恒遠新型建材有限公司等。

2.3生產水泥

利用煤系固體廢棄物代替黏土，生產硅酸鹽水泥，建設了一批水泥廠，如：觀音山水泥廠、鑫晟水泥廠、豪龍水泥廠、六枝暢達瑞安水泥廠、盤縣三合水泥廠、水城瑞安水泥廠、水城黔峰水泥廠等。

2.4提取化學品

由于六盤水礦區的煤矸石具有硅、鐵、鈦元素含量高的特點，可將其中的這些元素采用一定的技術手段予以提取。如：盤州市紫森源公司和昆明理工大學開展的“煤矸石提取鋁、鐵、硅、鈦”項目，已完成第一期提取鋁鐵的中試，可處理煤矸石5 000 t/a。

3 固體廢棄物利用存在的問題

3.1總體資源化利用率不高

六盤水礦區煤系固體廢棄物利用率不高，除往年累積的煤矸石、粉煤灰外，每年還有新的產生，因無處堆放，這些廢棄物的處置已經成為制約企業發展的一個問題，急需對其進行資源化利用。

3.2技術手段較為落后，經濟效益有待提高

六盤水礦區煤系固體廢棄物的綜合利用，主要集中在發電、建材行業，存在企業規模小、技術裝備落后、技術含量低等問題，比如用煤矸石進行發電，產生的粉煤灰等固體廢棄物會造成二次污染；比如用來制磚，由于現有的技術手段較為落后，決定了其經濟效益偏低，例如1 t煤矸石制成燒結磚，產值為400元左右，而采用化工技術對煤矸石予以深加工，產值可以達到3 000元以上，工業產值大大提高。

3.3制備化工產品的技術不成熟

在制備化工產品方面，如提取氧化鋁、氧化鐵、氧化硅等化工產品，六盤水市的相關企業仍處于實驗室研發階段，少數企業處于中試階段，距離大規模工業化生產還有一定的距離；對于提取有用元素并制備化工產品等深加工技術缺乏深入研究，投入的研發經費也相對不足。

3.4專業技術人才缺乏

對于煤系固體廢棄物的資源化利用，企業缺乏相關的技術人員，相關高校對于該方向的人才培養沒有足夠重視，在人才培養方案的制定上，雖涉及相關課程，但對此重視程度不夠，不能滿足六盤水礦區在該方面對人才的需求。

4 提高煤系固體廢棄物利用水平的建議

2009年，六盤水市被確定為“國家循環經濟試點城市”，該市制定了《六盤水循環經濟發展規劃》，支持企業將工業固體廢棄物進行循環利用；2012年，該市發布了《關于大力開展大宗工業固體廢棄物資源化利用促進循環經濟發展的意見》，提出了到2020年工業廢棄物資源化利用率達到90%以上的目標。

4.1繼續努力做好建材產業

六盤水礦區煤系固體廢棄物堆積量非常大，我們要利用該廢棄物，發展循環經濟，推廣清潔生產，大力發展建筑材料，增強該地區的建材產業的核心競爭力，將其發展成為六盤水礦區生態循環和可持續發展的新的經濟增長點。

4.2開展精深加工的相關研究，為產業化奠定基礎

根據六盤水礦區煤系固體廢棄物特有的性質，積極開展煤系固體廢棄物制備化工產品的應用研究，重點瞄準高技術含量、高附加值的新興產業開展工作，如：煤矸石提取鋁、鐵、硅、鈦等元素，并根據實際情況轉化為六盤水市在化工和水處理等領域所需的產品，以延長煤炭行業的產業鏈，提高產品的工業附加值。

4.3走“產學研”合作之路

企業迫切希望對煤系固體廢棄物進行開發利用，但缺乏相應的技術，而高校具有良好的人才和技術優勢，所以企業和高校可以走“產學研”合作之路。六盤水師范學院在前期的煤矸石、粉煤灰資源化利用的研究工作中，取得了一定的科研成果，但現有的科研成果尚局限于實驗室內，沒有與企業合作開發，所以未能很好地轉化為現實的生產力。辦好企業的關鍵在于人才，企業要加強與高校的合作，共同攻克在煤系固體廢棄物資源化利用方面遇到的技術難題；同時，還可以依托當地的高等教育資源，培養煤系固體廢棄物資源化利用方面的專門人才，為煤系固體廢棄物的資源化利用提供人力和智力支撐。

4.4規避風險

對于六盤水礦區大量的煤系固體廢棄物來講，應以大宗利用為主，并提高產品的技術含量，兼顧高層次開發利用。

在制備化工產品方面，鑒于目前國內外技術均不太成熟，而現有技術又因為六盤水礦區煤系固體廢棄物成分的復雜性而不能簡單套用，所以我們可以分步走，先不追求“小而全”，即不急于將煤矸石、粉煤灰中的有用元素全部提出，而是針對該礦區煤系固體廢棄物的特點，先提取其中的2～3種主要元素，并將提出的產物進行深加工，增加其工業附加值，這樣就可以獲取一定的產值，剩余的廢渣用于制作建材；同時，加大研發力度，待技術成熟時，再將其中有用元素全部提出，最終實現煤矸石、粉煤灰資源的“吃干榨盡”。

5 效益分析

5.1精深加工的經濟效益

以1 t煤矸石為例，對其進行有用元素的提取，根據六盤水當地煤矸石的化學成分并結合現有研究成果，初步進行如下計算：①提取鐵元素，可得聚合硫酸鐵約0.4 t；②提取鋁元素，可得硫酸鋁約0.4 t；③提取鋁鐵以后的固態渣用來提取硅，可得白炭黑約0.4 t；④剩余的殘渣提取二氧化鈦，可得約0.03 t二氧化鈦。

最后剩余的少量廢渣作為水泥原料予以出售，整體零排放，無二次污染。其具體產值如表1所示。

表1 1 t煤矸石獲得的化工產品及產值一覽表

可見，技術完善后，處理1 t的煤矸石，可得產值3 410元，若建成1套年處理煤矸石10萬t煤矸石的裝置，每年產值將達3億元。

5.2社會效益

煤系固體廢棄物的資源化利用，有利于促進六盤水市經濟社會的可持續發展，對于做大做強煤炭及相關產業，延長煤炭產業鏈，增加產品工業附加值，帶動化工、建材、節能環保、鋼鐵冶煉、新材料等一批產業的發展，解決就業問題，推動六盤水市城鎮化建設進程，加快六盤水市的循環經濟示范城市建設，具有良好的社會效益。

5.3環境效益

煤系固體廢棄物在堆放過程中，對生態環境造成的損害將越來越大，對其進行資源化利用，可以“變廢為寶”，達到“既要金山銀山，又要綠水青山”的目的。所以，對煤系固體廢棄物進行合理開發利用，可獲得良好的經濟效益、社會效益和環境效益。

6 結論

總之，大力開展六盤水礦區的煤系固體廢棄物的資源化利用，前景非常廣闊，我們要在做好現有煤系固體廢棄物資源化利用的基礎上，進行深層次的技術開發與綜合利用，這對于實現六盤水礦區經濟社會的全面協調可持續發展，具有重大意義。

[1] 孔德順,李 志,李 琳,等.六盤水礦區煤矸石理化性質及資源化利用分析[J].煤炭工程,2013,45(1):99-101.

[2] 馬立強,李永升.煤礦井下矸石置換煤炭清潔生產技術[J].煤炭學報,2010,35(5):816-819.

[3] 李 琦,孫根年,韓亞芬,等.我國煤矸石資源化再生利用途徑的分析[J].煤炭轉化,2007,30(1):78-82.

[4] 張世誠.加快推進煤矸石資源化綜合利用的步伐[J].煤炭技術,2009,28(1):191-192.

PresentSituationandCountermeasuresofResourceUtilizationofCoalSeriesSolidWastesinLiupanshui

KONGDeshun，WANGQian，SONGShuojiang

(School of Chemistry and Material Engineering , Liupanshui Normal University , Liupanshui 553004 , China)

X705

A

1003-3467(2017)09-0010-03

2017-06-03

六盤水市煤系固體廢棄物資源化利用創新團隊(52020-2012-04-01-02)；貴州省普通高等學校煤系固體廢棄物資源化技術創新團隊,黔教合人才團隊字([2014]46)；貴州省教育廳創新群體重大研究項目(黔教合KY字[2017])

孔德順(1974- )，男，碩士，教授，從事礦產資源的深加工與環境保護研究工作，電話：15286660138。