2007年度中國能源礦煤石資源調(diào)查與分析

2007年度中國能源礦煤石資源調(diào)查與分析

0煤石山的危害2007年，中國新能源儲量顯著增加。17個主要礦山新增了62個大礦，其中新的煤炭開采大礦41個，其中新的煤炭開采大礦14個，資源儲量超過10億噸。中國已經(jīng)查證的煤炭儲量達到7241.16億t,其中生和在建已占用儲量為1868.22億t,尚未利用儲量達4538.96億t。目前累計堆有煤矸石山1500多座,約40億t,占地20萬畝以上,而且每年約以1億t的速度遞增,每年形成新增占地6000多畝。煤矸石已是我國排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一。煤矸石的堆積不但占用大量土地,而且煤矸石中所含的硫化物散發(fā)后會污染大氣和水源,造成嚴(yán)重的后果。煤矸石中所含的黃鐵礦(FeS2)易被空氣氧化,放出的熱量可以促使煤矸石中所含煤炭風(fēng)化以致自燃。煤矸石燃燒時散發(fā)出難聞的氣味和有害的煙霧,使附近居民慢性氣管炎和氣喘病患者增多,周圍樹木落葉,莊稼減產(chǎn)。煤矸石山受雨水沖刷,常使附近河流的河床淤積,河水受到污染。國內(nèi)外都曾發(fā)生煤矸石堆滑坡事故,以致埋沒村莊等,造成多人傷亡事故。因此,解決煤矸石的處理和利用問題,也是煤礦開采和環(huán)境保護部門的重要課題。1煤石的化學(xué)成分煤矸石是煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢渣,包括巖石巷道掘進時產(chǎn)生的掘進矸石,采煤過程中從頂板、底板和夾在煤層中的巖石夾層里開采出來的矸石,以及洗煤廠生產(chǎn)過程中排出的洗矸。煤矸石是無機質(zhì)和少量有機質(zhì)的混合物。其化學(xué)成分主要是SiO2、Al2O3和C,其次是Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、SO3、P2O5、N和H等。此外,還常含有少量Ti、V、Co和Ga等金屬元素。不同地區(qū)的煤矸石化學(xué)成分變化較大,一般在表1所列范圍:煤矸石的礦物成分以粘土礦物和石英為主,常見礦物為高嶺土、蒙脫石、伊利石、石英、長石、云母和綠泥石類。除石英和長石外,以上礦物均屬于層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽,這是煤矸石礦物成分的一個特點。2使用煤和石2.1煤石生產(chǎn)工藝世界各國都很重視煤矸石的處理和利用。英國煤管局在1970年成立了煤矸石管理處;波蘭和匈牙利聯(lián)合成立了海爾得克斯矸石利用公司,這些機構(gòu)是專門從事煤矸石處理和利用的。近年來,國外越來越廣泛地利用煤矸石生產(chǎn)建筑材料。波蘭水泥工業(yè)采用海爾得克斯公司的選煤矸石作水泥原料。用煤矸石作水泥原料有很多優(yōu)點:矸石中含可燃物質(zhì),其熱值約為1000×4.19~1500×4.19kJ/kg,可使燃料消耗降低10%左右;矸石中含氧化鐵熔劑,煅燒過程中可以降低熟料燒成溫度,并在窯襯上形成玻璃層,起到保護作用,延長窯襯壽命,使耐火材料耗量降低10%~20%,增加窯的運轉(zhuǎn)時間。原蘇聯(lián)在頓巴斯、庫茲巴斯、卡拉干達等產(chǎn)煤地區(qū)廣泛選用煤矸石作原料,采用擠出法或半干法成型,生產(chǎn)實心或空心磚。蘇聯(lián)建工研究所介紹,利用煤矸石制磚,燃料消耗可以減少80%,產(chǎn)品成本降低19%~20%。近年來,許多國家大力發(fā)展煤矸石輕骨料。生產(chǎn)工藝主要有2種:一是利用含碳量較高的煤矸石,采用燒結(jié)機生產(chǎn)輕骨料,原蘇聯(lián)、波蘭、英國等國家都采用這種方法;另一種是采用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)燒脹陶粒,法國、比利時等國家采用這種生產(chǎn)工藝。煤矸石的含碳量對輕骨料的質(zhì)量影響很大,采用燒結(jié)機工藝,含碳量在10%左右,可以大大降低燃料消耗;采用回轉(zhuǎn)窯工藝,對含碳量有較嚴(yán)格的要求,以2%為宜。法國、比利時采用含碳量4%~10%的煤矸石,膨脹前在脫碳窯中除去多余的碳。2.2煤石資源利用技術(shù)方向國家《煤矸石綜合利用技術(shù)政策要點》指出,煤矸石綜合利用以大宗量利用為重點,將煤矸石發(fā)電、煤矸石建材及制品、復(fù)墾回填以及煤矸石山無害化處理等大宗量利用煤矸石技術(shù)作為主攻方向,發(fā)展高科技含量、高附加值的煤矸石綜合利用技術(shù)和產(chǎn)品。見圖1。2.2.1煤石利用回收煤石按照《煤矸石綜合利用管理辦法》,含煤矸石的燃料應(yīng)用基低位發(fā)熱量小于12.55MJ/kg時作為煤矸石利用。發(fā)熱量大于7.5MJ/kg的煤矸石直接作循環(huán)流化床鍋爐燃料,發(fā)熱量低于7.5MJ/kg的煤矸石摻加煤泥、洗中煤后用于煤矸石發(fā)電廠,其灰渣生產(chǎn)建材。對于矸石中含硫量較高的,應(yīng)采用爐內(nèi)石灰脫硫技術(shù),減少污染排放。2.2.2碎石木材(1)煤石磚的原料包括用煤矸石生產(chǎn)燒結(jié)磚和作燒磚內(nèi)燃料。我國利用煤矸石燒結(jié)磚,一般采用全內(nèi)燃焙燒技術(shù),即用煤矸石自身的發(fā)熱量提供的熱能來完成干燥和焙燒的工藝過程,基本不需外加燃料,僅在煤矸石發(fā)熱量較低時才向矸石中摻入少量煤炭。每萬標(biāo)塊煤矸石磚比粘土磚約節(jié)省1t標(biāo)煤。矸石磚以煤矸石為主要原料,一般占坯料質(zhì)量的80%以上,有的全部以煤矸石為原料,有的外摻少量粘土。煤矸石經(jīng)破碎、粉磨、攪拌、壓制、成型、干燥、焙燒,制成矸石磚。煤矸石的發(fā)熱量要求在2.1~4.2MJ/kg,過低時需加煤,過高時易使成磚過火。目前矸石磚的品種有實心矸石磚、多孔承重矸石磚、空心矸石磚。以煤矸石作燒磚內(nèi)燃料制磚生產(chǎn)工藝與用煤作內(nèi)燃料基本相同,僅需增加煤矸石粉碎工序。(2)煤石破碎粉磨后分散、散濕適宜燒制輕骨料的煤矸石主要是碳質(zhì)頁巖和選礦廠排出的洗矸,煤矸石的含碳量不要過大,以低于13%為宜。有2種燒制方法:成球法與非成球法。成球法是將煤矸石破碎、粉磨后制成球狀顆粒,然后焙燒。其松散容重一般在1000kg/m左右。非成球法是把煤矸石破碎到一定粒度后直接焙燒。其容重一般在800kg/m左右。(3)碎石為空心砌塊煤矸石空心砌塊是以自燃或人工煅燒煤矸石為骨料,以磨細(xì)生石灰和石膏作膠結(jié)劑,經(jīng)轉(zhuǎn)動成型、蒸汽養(yǎng)護制成的墻體材料,產(chǎn)品標(biāo)號可達200號。(4)生產(chǎn)普通水泥原料煤矸石和粘土的化學(xué)成分相近并能釋放一定的熱量,用其代替部分或全部粘土生產(chǎn)普通水泥能提高熟料質(zhì)量。用煤矸石作水泥原料的生產(chǎn)工藝過程與生產(chǎn)普通水泥基本相同。將煤矸石按一定比例配合,磨細(xì)成生料,燒至部分熔融,得到以硅酸鈣為主要成分的熟料,再加入適量石膏和混合材料,磨成細(xì)粉而制成水泥。(5)熟料和石膏的配合煤矸石經(jīng)自燃或人工煅燒后具有一定的活性,可摻入水泥中作活性混合材料,與熟料和石膏按比例配合后進入水泥磨磨細(xì)。煤矸石的摻入量取決于水泥的品種和標(biāo)號,在水泥熟料中摻入15%的煤矸石,可制得325~425號普通硅酸鹽水泥;摻量超過20%時,按國家規(guī)定為火山灰硅酸鹽水泥。(6)巖石處理對于煤矸石中的巖石,可以破碎篩分,其塊、粒、粉均可作為混凝土拌料、摻和料,生產(chǎn)建材預(yù)制件、免燒磚。石灰?guī)r也可用來燒制石灰。2.2.3煤石的使用含有礦物元素并具有一定深加工價值的煤矸石,來源于選煤矸和井巷位于特定地質(zhì)層位的掘進矸?？衫玫牡V物元素主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeS2和Mn、P、K等。Al2O3>35%的高鋁煤矸石可用來制煉鋼高效脫氧劑硅鋁鐵合金、制取多用途的氫氧化鋁、堿式氯化鋁凈水劑、制造硫酸鋁和銨明礬的燒結(jié)料等。含F(xiàn)eS2的煤矸石氧化產(chǎn)生的SO2是污染環(huán)境的罪魁禍?zhǔn)?而硫又是重要的化工原料,從煤矸石中回收硫鐵礦具有較高的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。2.2.4煤石充填的礦山利用的開采工藝巖石及自燃矸石暫時不能加工利用的,可以充填塌陷區(qū)或埋填造地。充填造地只需保水措施,防止水土流失。在造地的片區(qū)上先將熟化表土轉(zhuǎn)移,然后墊鋪巖石及自燃矸石至一定厚度,碾壓整平再將熟化土覆蓋,如此分片區(qū)逐年擴展,可造就大面積平地和臺階地,同時結(jié)合土壤改良,再造優(yōu)質(zhì)農(nóng)田。這樣,將排矸征地露天堆放變?yōu)樽獾卦斓貜?fù)墾,具有環(huán)保、經(jīng)濟與農(nóng)田基本建設(shè)多重意義。采用煤矸石不出井的采煤生產(chǎn)工藝,充填采空區(qū),減少矸石排放量和地表下沉量。采用煤矸石充填廢棄礦井。在道路等工程建設(shè)中,采用以煤矸石代替粘土作基材技術(shù),凡有利用條件的,應(yīng)摻用一定比例的煤矸石。3煤石作為充填材料的材料含碳量較高的煤矸石,可從中回收煤炭或用作工業(yè)生產(chǎn)的燃料,如化鐵、燒鍋爐、燒石灰、生產(chǎn)煤氣或在選煤廠通過洗選回收煤炭。含碳量較低的煤矸石可用于生產(chǎn)磚瓦、水泥、輕骨料、礦渣棉和工程塑料等建筑材料。含碳量極少的煤矸石可用于填坑、造地、回填露天礦和用作路基材料。自燃后的煤矸石經(jīng)過破碎、篩分,可以配制膠凝材料。一些煤矸石粉還可用來改良土壤、做肥料和農(nóng)藥載體。氧化鋁含量高的煤矸石,可提取聚合鋁、氯化鋁和硫酸鋁等化工產(chǎn)品。煤矸石綜合利用要以煤矸石發(fā)電、煤矸石建材制品、復(fù)墾回填以及煤矸石山無害化處理等大宗利用技術(shù)作為主攻方向,同時發(fā)展科技含量高、附加值高的煤矸石綜合利用技術(shù)和產(chǎn)品。4目前，全球煤炭開采中存在的主要問題4.1煤石綜合利用技術(shù)向?qū)I(yè)化程度提高主要表現(xiàn)在技術(shù)裝備落后,企業(yè)規(guī)模小,發(fā)展后勁不足,競爭能力弱等方面。目前煤矸石綜合利用技術(shù)裝備水平達到國際20世紀(jì)90年代先進水平的比例還不足20%,一些技術(shù)含量高的煤矸石綜合利用技術(shù)還未得到廣泛應(yīng)用。企業(yè)規(guī)模普遍偏小,如全國煤矸石磚廠的平均生產(chǎn)能力不足1000萬塊標(biāo)準(zhǔn)磚,且品種單一,不能適應(yīng)市場需要;產(chǎn)品附加值低,競爭能力較差。隨著市場經(jīng)濟體制的建立以及我國加入世界貿(mào)易組織,這一問題將日趨顯現(xiàn),一些企業(yè)在市場競爭中步履維艱,發(fā)展后勁嚴(yán)重不足。4.2煤石綜合利用率高在能源相對短缺的地區(qū),煤矸石綜合利用發(fā)展較快,如華東地區(qū)、西南地區(qū),煤矸石綜合利用率一般在60%以上,高于全國平均水平18個百分點,其中,山東73%,四川62%,重慶65%。而在煤炭資源相對豐富的地區(qū),煤矸石綜合利用發(fā)展較慢。4.3政策落實難目前,國家已經(jīng)出臺的優(yōu)惠政策,在某些地區(qū)還存在落實難的問題,尤其是對煤矸石發(fā)電在上網(wǎng)、電價、調(diào)峰等方面的優(yōu)惠政策,由于涉及部門利益等原因,一些地區(qū)落實起來比較困難,難就難在項目審批難、并網(wǎng)發(fā)電難、政策落實難,嚴(yán)重挫傷了企業(yè)開展煤矸石綜合利用的積極性。4.4專項資金扶持力度不夠各地區(qū)普遍反映,煤矸石綜合利用項目在資金上得不到保證,投入嚴(yán)重不足。目前國家沒有專項資金扶持,原有的煤矸石綜合利用專項資金已被取消,而新的融資渠道還沒有形成,特別是商業(yè)銀行對煤矸石綜合利用貸款條件苛刻,企業(yè)籌措資金困難,一些煤矸石發(fā)電、煤矸石建材項目難以落實,給煤矸石的擴大利用帶來不利影響。4.5性質(zhì)不清,國家企業(yè)經(jīng)營管理體制不健全目前,煤矸石電廠和某些煤矸石建材企業(yè)不是獨立核算單位,而是隸屬于礦務(wù)局的二級法人或生產(chǎn)車間,這種經(jīng)營管理體制不能實行自主經(jīng)營,自我發(fā)展,不能正常還貸