循環經濟條件下煤矸石資源化利用的關鍵
摘要：本文分析了當前我國煤矸石資源化利用的現狀,指出了當前煤矸石資源化利用中存在的問題,同時引入循環經濟的理念,指出在循環經濟條件下開展煤矸石資源化利用的關鍵是提高資源利用率,開發高附加值的聯產技術路線,無害化、減量化的同時實現煤矸石的資源化高效利用。
關鍵詞： 煤矸石； 循環經濟； 資源化利用
1 前言
我國是一個煤炭生產和消費大國,在煤炭開采和洗選加工過程中,排放出大量的煤矸石,煤矸石產出量一般要占到煤炭產量的 10 ％－ 20 ％左右,作為排放量最大的工業廢渣之一,目前我國煤矸石積存量已達 70 億噸,形成矸石山 1500 多座,并且仍以每年億噸以上的速度遞增 [1] ,如此多的煤矸石若不加以利用,長期堆放于地表,不僅占用大量土地(其中大部分為耕地),影響自然景觀,還會造成大氣,土壤及水體污染和地質災害的發生, 煤矸石的大量排放對社會和經濟發展造成的影響已不容忽視,為了節約能源,保護土地資源,減少環境污染,改善生態環境,必須加快對煤矸石的綜合利用。
2 我國煤矸石資源化利用的現狀
2.1 現有的煤矸石資源化利用途徑
由于煤矸石具有兩重性,一方面煤矸石是煤炭生產過程中排放出的固體廢棄物,一方面又含有大量有用元素,是可利用的資源,因此,煤矸石的處理利用最終要實現煤矸石排放 “ 無害化 ” 、 “ 減量化 ” 和 “ 資源化 ” 的目標,其中, “ 無害化 ” 是最基本的要求, “ 減量化 ” 是一種手段, “ 資源化 ” 是最終的歸宿 [2] 。國外對煤矸石的處理有比較健全的法規和管理辦法,基本實現了無害化處理。主要用途是回填采空、作為建筑工程填料、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,我國的煤矸石綜合利用已由 “ 無害化 ” 逐步走向 “ 資源化 ” ,煤矸石資源化利用途徑主要包括： (1) 煤矸石發電、供熱、生產沸騰爐燃料； (2) 生產建筑材料制品：燒結磚瓦、免燒磚瓦、空心磚、制作水泥原料 ( 水泥熟料、無熟料及少熟料水泥 ) 、特種水泥、陶瓷、輕骨料等； (3) 生產農田用肥料：有機復合肥、微生物肥料、土壤改良劑； (4) 生產化工原料：合成碳化硅、制備分子篩、制取白炭黑、聚合氯化鋁、硅鋁鐵合金等； (5) 利用煤矸石回填 ( 包括建筑回填、填低洼地和荒地、充填礦井采空區、煤礦塌陷區復墾 ) 、筑路等； (6) 回收有益礦產品：高嶺土、硫鐵礦、提取稀有稀土元素等；( 7 )其他用途：用作鑄造型砂、生產墻體材料等 [1,3] 。其中煤矸石發電、煤矸石建材及制品、復墾回填以及煤矸石山無害化處理等大宗量利用技術和高科技含量、高附加值的利用技術和產品是國家目前重點發展的煤矸石綜合利用技術 [4] 。
2.2 當前煤矸石資源化利用存在的問題
盡管目前煤矸石的綜合利用途徑有很多,煤矸石綜合利用在規模上和質量上都有很大程度的提高,但是當前我國的煤矸石綜合利用仍然普遍存在以下問題：
( 1 )煤矸石利用總量仍然較少。 “ 九五 ” 以來,我們國家一直把煤矸石綜合利用作為資源利用的重點工作,煤矸石綜合利用也取得了很大的進步,但由于煤矸石積存量大,且年增長速度又十分驚人,與之相比,我國煤矸石的綜合利用總量仍然偏少,世界發達國家煤矸石利用率為 70%—80% ,而我國只有 43% [5] ,加之在相當長時間內我國一次能源以煤為主的格局不會發生根本的改變,環保要求和潔凈煤戰略使得煤炭入洗比例提高,煤矸石堆積量還將持續增加。
( 2 )資源利用率低,浪費嚴重。盡管當前煤矸石的綜合利用途徑有很多,但資源利用率普遍不高,與循環經濟盡可能高效的利用資源的理念相悖。比如煤矸石用于回填,僅僅是簡單的直接利用,許多有用的資源被白白浪費；煤矸石發電后灰渣制磚,僅僅利用了熱量和一部分硅元素,寶貴的鋁資源沒有得到有效利用,也就沒有高的附加值和好的經濟效益。
(3) 產品技術含量低,高附加值深加工產品產業化困難。煤矸石回填和制取建筑材料技術,盡管技術已經成熟并得到廣泛推廣,但都是一些技術含量較低的產品,煤矸石制取鋁鹽絮凝劑等高附加值化工產品技術雖然在實驗室被廣泛研究,但產品單一,現有技術大都生產單一鋁鹽,且能耗高、效率低,因而成本偏高,難以適應靈活多樣、高附加值產品的市場需求,由于上述現行技術的經濟效益較低,煤矸石深度高附加值化工利用,目前尚無成功的產業化先例 [6] 。
( 4 )能耗高,二次污染嚴重。煤矸石的綜合利用本身是為了降低污染,減少堆存,節約資源,但是現有的一些煤矸石利用途徑如：煤矸石發電過程中,大量的煙塵和灰渣得不到安全歸置和有效利用,除了造成資源浪費外, 生產過程中使用或排放多種酸性(堿性)廢氣、廢液及廢渣, 還帶來嚴重的二次污染,煤矸石制取建材的煅燒環節中,需要消耗大量的熱量,給企業帶來經濟負擔,同時也影響了企業進行煤矸石綜合利用,變廢為寶的積極性。
3 循環經濟條件下煤矸石資源化利用的關鍵
當前我國正在大力發展循環經濟,在這一大的背景下,煤矸石資源化利用也必須引入循環經濟理念,遵循生態工業和循環經濟的規律。循環經濟理論認為沒有絕對的廢物,所謂廢物僅僅是 “ 放錯地方的資源 ” ,仍然具有巨大的潛在利用價值；任何資源的價值不是單一的,也不是一次性的,通過綜合加工、深度加工和延伸加工產生更多的使用價值,獲取更大的經濟價值；在傳統生產的下游,繼續開拓新的加工利用領域,形成新的經濟增長點；通過化害為利、變廢為寶的加工利用,減輕對環境和資源的消耗與壓力,獲得經濟、環境和社會三個效益的統一。
由此,結合我國煤矸石資源化利用的現狀,我認為循環經濟條件下開展煤矸石資源化利用的關鍵是：
( 1 )提高資源利用率,降低能耗,開發高附加值的聯產技術路線。針對目前煤矸石利用過程中出現的資源利用率低,浪費嚴重的現象,盡可能充分利用有用的碳、硅、鋁元素,開發節能降耗,高附加值的聯產技術路線,把具有耦合效應的工藝配置在一起,使下一級產業鏈輸入的是上一級鏈條產出的廢物,物盡其用,提高生產效率,降低成本,在經濟循環中產生新的附加值,同時實現廢物的少排放甚至零排放。如：可以根據企業實際,開發煤矸石發電(利用熱量) —— 發電后矸石或灰渣制取鋁鹽絮凝劑(利用鋁) —— 制取水玻璃、白炭黑等化工制品(利用硅) —— 制取建筑材料(充分利用余鋁、硅)的聯產技術路線,把煤礦的清潔生產和廢棄物的綜合利用融為一體,同時節能降耗,提高附加值,產生更高的經濟效益,真正實現煤矸石的資源化高效利用。
( 2 )優化生產工藝,產品規格多樣化,以滿足市場需求。 在高值聯產的基礎上,針對目前煤矸石產品單一,成本偏高的缺點,優化現有生產工藝或開發新的技術工藝,以充分降低成本,同時使產品規格多樣化,增強市場競爭力,提高經濟效益。
( 3 )滿足生態工業和循環經濟要求,達到低污染或無污染排放。 在煤矸石資源化利用過程中,充分考慮環保要求,遵循循環經濟原則,使 “ 自然資源 — — 粗放型工業 — — 產品 — — 污染排放 ” 的線性經濟,轉變為 “ 自然資源 — — 循環利用型工業 — — 綠色產品 — — 再生資源深加工業 — — 綠色產品 ” 的循環經濟,滿足 “3R” 為原則(即減量化、再使用、再循環),以低消耗、低排放、高效率為基本特征,物質資源不斷再循環利用,低污染或無污染排放。
4 結論和展望
在相當長一個時期內,煤炭在我國能源中仍占主要地位,我國煤矸石綜合利用技術的研究雖然取得了一定的成果,煤矸石綜合利用工作取得了很大的進步,但煤矸石綜合利用率仍然不高,利用總量仍然偏低,當前,我國正在積極構建資源節約型、環境友好型社會,大力發展循環經濟,在這樣一個大的背景下,我們必須遵循循環經濟的理念,抓住煤矸石資源化綜合利用的關鍵,開發高附加值的聯產技術路線,優化生產工藝,提高資源利用率,減少占地,節約資源,實現低污染或零污染排放。
參考文獻
[1] 邊炳鑫,解強,趙由才等 . 煤系固體廢物資源化技術 [M]. 化學工業出版社 , 2005 , 5.
[2] 國務院《中國潔凈煤技術九五計劃和 2010 年發展規劃》 1997
[3] 煤矸石的綜合利用現狀．曹建軍,劉永娟,郭廣禮．環境污染治理技術及裝備 [J] ． 2004 , 1
[4] 國家經貿委、科技部《煤矸石綜合利用技術政策要點》,
[5] 國家發改委,國家環保總局．《關于加快煤炭行業結構調整、應對產能過剩的指導意見》, 2006,4
[6] 孟凡勇,薛可軼,高慶宇,于汝綬．煤矸石制取含鋁產品的研究進展．煤炭加工與綜合利用 [J] ． 2003,5
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