2007年度中国能源矿煤石资源调查与分析

2007年度中国能源矿煤石资源调查与分析

0煤石山的危害2007年，中国新能源储量显著增加。17个主要矿山新增了62个大矿，其中新的煤炭开采大矿41个，其中新的煤炭开采大矿14个，资源储量超过10亿吨。中国已经查证的煤炭储量达到7241.16亿t,其中生和在建已占用储量为1868.22亿t,尚未利用储量达4538.96亿t。目前累计堆有煤矸石山1500多座,约40亿t,占地20万亩以上,而且每年约以1亿t的速度递增,每年形成新增占地6000多亩。煤矸石已是我国排放量最大的工业固体废弃物之一。煤矸石的堆积不但占用大量土地,而且煤矸石中所含的硫化物散发后会污染大气和水源,造成严重的后果。煤矸石中所含的黄铁矿(FeS2)易被空气氧化,放出的热量可以促使煤矸石中所含煤炭风化以致自燃。煤矸石燃烧时散发出难闻的气味和有害的烟雾,使附近居民慢性气管炎和气喘病患者增多,周围树木落叶,庄稼减产。煤矸石山受雨水冲刷,常使附近河流的河床淤积,河水受到污染。国内外都曾发生煤矸石堆滑坡事故,以致埋没村庄等,造成多人伤亡事故。因此,解决煤矸石的处理和利用问题,也是煤矿开采和环境保护部门的重要课题。1煤石的化学成分煤矸石是煤矿生产过程中产生的废渣,包括岩石巷道掘进时产生的掘进矸石,采煤过程中从顶板、底板和夹在煤层中的岩石夹层里开采出来的矸石,以及洗煤厂生产过程中排出的洗矸。煤矸石是无机质和少量有机质的混合物。其化学成分主要是SiO2、Al2O3和C,其次是Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、SO3、P2O5、N和H等。此外,还常含有少量Ti、V、Co和Ga等金属元素。不同地区的煤矸石化学成分变化较大,一般在表1所列范围:煤矸石的矿物成分以粘土矿物和石英为主,常见矿物为高岭土、蒙脱石、伊利石、石英、长石、云母和绿泥石类。除石英和长石外,以上矿物均属于层状结构硅酸盐,这是煤矸石矿物成分的一个特点。2使用煤和石2.1煤石生产工艺世界各国都很重视煤矸石的处理和利用。英国煤管局在1970年成立了煤矸石管理处;波兰和匈牙利联合成立了海尔得克斯矸石利用公司,这些机构是专门从事煤矸石处理和利用的。近年来,国外越来越广泛地利用煤矸石生产建筑材料。波兰水泥工业采用海尔得克斯公司的选煤矸石作水泥原料。用煤矸石作水泥原料有很多优点:矸石中含可燃物质,其热值约为1000×4.19~1500×4.19kJ/kg,可使燃料消耗降低10%左右;矸石中含氧化铁熔剂,煅烧过程中可以降低熟料烧成温度,并在窑衬上形成玻璃层,起到保护作用,延长窑衬寿命,使耐火材料耗量降低10%~20%,增加窑的运转时间。原苏联在顿巴斯、库兹巴斯、卡拉干达等产煤地区广泛选用煤矸石作原料,采用挤出法或半干法成型,生产实心或空心砖。苏联建工研究所介绍,利用煤矸石制砖,燃料消耗可以减少80%,产品成本降低19%~20%。近年来,许多国家大力发展煤矸石轻骨料。生产工艺主要有2种:一是利用含碳量较高的煤矸石,采用烧结机生产轻骨料,原苏联、波兰、英国等国家都采用这种方法;另一种是采用回转窑生产烧胀陶粒,法国、比利时等国家采用这种生产工艺。煤矸石的含碳量对轻骨料的质量影响很大,采用烧结机工艺,含碳量在10%左右,可以大大降低燃料消耗;采用回转窑工艺,对含碳量有较严格的要求,以2%为宜。法国、比利时采用含碳量4%~10%的煤矸石,膨胀前在脱碳窑中除去多余的碳。2.2煤石资源利用技术方向国家《煤矸石综合利用技术政策要点》指出,煤矸石综合利用以大宗量利用为重点,将煤矸石发电、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煤矸石技术作为主攻方向,发展高科技含量、高附加值的煤矸石综合利用技术和产品。见图1。2.2.1煤石利用回收煤石按照《煤矸石综合利用管理办法》,含煤矸石的燃料应用基低位发热量小于12.55MJ/kg时作为煤矸石利用。发热量大于7.5MJ/kg的煤矸石直接作循环流化床锅炉燃料,发热量低于7.5MJ/kg的煤矸石掺加煤泥、洗中煤后用于煤矸石发电厂,其灰渣生产建材。对于矸石中含硫量较高的,应采用炉内石灰脱硫技术,减少污染排放。2.2.2碎石木材(1)煤石砖的原料包括用煤矸石生产烧结砖和作烧砖内燃料。我国利用煤矸石烧结砖,一般采用全内燃焙烧技术,即用煤矸石自身的发热量提供的热能来完成干燥和焙烧的工艺过程,基本不需外加燃料,仅在煤矸石发热量较低时才向矸石中掺入少量煤炭。每万标块煤矸石砖比粘土砖约节省1t标煤。矸石砖以煤矸石为主要原料,一般占坯料质量的80%以上,有的全部以煤矸石为原料,有的外掺少量粘土。煤矸石经破碎、粉磨、搅拌、压制、成型、干燥、焙烧,制成矸石砖。煤矸石的发热量要求在2.1~4.2MJ/kg,过低时需加煤,过高时易使成砖过火。目前矸石砖的品种有实心矸石砖、多孔承重矸石砖、空心矸石砖。以煤矸石作烧砖内燃料制砖生产工艺与用煤作内燃料基本相同,仅需增加煤矸石粉碎工序。(2)煤石破碎粉磨后分散、散湿适宜烧制轻骨料的煤矸石主要是碳质页岩和选矿厂排出的洗矸,煤矸石的含碳量不要过大,以低于13%为宜。有2种烧制方法:成球法与非成球法。成球法是将煤矸石破碎、粉磨后制成球状颗粒,然后焙烧。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烧。其容重一般在800kg/m左右。(3)碎石为空心砌块煤矸石空心砌块是以自燃或人工煅烧煤矸石为骨料,以磨细生石灰和石膏作胶结剂,经转动成型、蒸汽养护制成的墙体材料,产品标号可达200号。(4)生产普通水泥原料煤矸石和粘土的化学成分相近并能释放一定的热量,用其代替部分或全部粘土生产普通水泥能提高熟料质量。用煤矸石作水泥原料的生产工艺过程与生产普通水泥基本相同。将煤矸石按一定比例配合,磨细成生料,烧至部分熔融,得到以硅酸钙为主要成分的熟料,再加入适量石膏和混合材料,磨成细粉而制成水泥。(5)熟料和石膏的配合煤矸石经自燃或人工煅烧后具有一定的活性,可掺入水泥中作活性混合材料,与熟料和石膏按比例配合后进入水泥磨磨细。煤矸石的掺入量取决于水泥的品种和标号,在水泥熟料中掺入15%的煤矸石,可制得325~425号普通硅酸盐水泥;掺量超过20%时,按国家规定为火山灰硅酸盐水泥。(6)岩石处理对于煤矸石中的岩石,可以破碎筛分,其块、粒、粉均可作为混凝土拌料、掺和料,生产建材预制件、免烧砖。石灰岩也可用来烧制石灰。2.2.3煤石的使用含有矿物元素并具有一定深加工价值的煤矸石,来源于选煤矸和井巷位于特定地质层位的掘进矸。可利用的矿物元素主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeS2和Mn、P、K等。Al2O3>35%的高铝煤矸石可用来制炼钢高效脱氧剂硅铝铁合金、制取多用途的氢氧化铝、碱式氯化铝净水剂、制造硫酸铝和铵明矾的烧结料等。含FeS2的煤矸石氧化产生的SO2是污染环境的罪魁祸首,而硫又是重要的化工原料,从煤矸石中回收硫铁矿具有较高的生态效益和经济效益。2.2.4煤石充填的矿山利用的开采工艺岩石及自燃矸石暂时不能加工利用的,可以充填塌陷区或埋填造地。充填造地只需保水措施,防止水土流失。在造地的片区上先将熟化表土转移,然后垫铺岩石及自燃矸石至一定厚度,碾压整平再将熟化土覆盖,如此分片区逐年扩展,可造就大面积平地和台阶地,同时结合土壤改良,再造优质农田。这样,将排矸征地露天堆放变为租地造地复垦,具有环保、经济与农田基本建设多重意义。采用煤矸石不出井的采煤生产工艺,充填采空区,减少矸石排放量和地表下沉量。采用煤矸石充填废弃矿井。在道路等工程建设中,采用以煤矸石代替粘土作基材技术,凡有利用条件的,应掺用一定比例的煤矸石。3煤石作为充填材料的材料含碳量较高的煤矸石,可从中回收煤炭或用作工业生产的燃料,如化铁、烧锅炉、烧石灰、生产煤气或在选煤厂通过洗选回收煤炭。含碳量较低的煤矸石可用于生产砖瓦、水泥、轻骨料、矿渣棉和工程塑料等建筑材料。含碳量极少的煤矸石可用于填坑、造地、回填露天矿和用作路基材料。自燃后的煤矸石经过破碎、筛分,可以配制胶凝材料。一些煤矸石粉还可用来改良土壤、做肥料和农药载体。氧化铝含量高的煤矸石,可提取聚合铝、氯化铝和硫酸铝等化工产品。煤矸石综合利用要以煤矸石发电、煤矸石建材制品、复垦回填以及煤矸石山无害化处理等大宗利用技术作为主攻方向,同时发展科技含量高、附加值高的煤矸石综合利用技术和产品。4目前，全球煤炭开采中存在的主要问题4.1煤石综合利用技术向专业化程度提高主要表现在技术装备落后,企业规模小,发展后劲不足,竞争能力弱等方面。目前煤矸石综合利用技术装备水平达到国际20世纪90年代先进水平的比例还不足20%,一些技术含量高的煤矸石综合利用技术还未得到广泛应用。企业规模普遍偏小,如全国煤矸石砖厂的平均生产能力不足1000万块标准砖,且品种单一,不能适应市场需要;产品附加值低,竞争能力较差。随着市场经济体制的建立以及我国加入世界贸易组织,这一问题将日趋显现,一些企业在市场竞争中步履维艰,发展后劲严重不足。4.2煤石综合利用率高在能源相对短缺的地区,煤矸石综合利用发展较快,如华东地区、西南地区,煤矸石综合利用率一般在60%以上,高于全国平均水平18个百分点,其中,山东73%,四川62%,重庆65%。而在煤炭资源相对丰富的地区,煤矸石综合利用发展较慢。4.3政策落实难目前,国家已经出台的优惠政策,在某些地区还存在落实难的问题,尤其是对煤矸石发电在上网、电价、调峰等方面的优惠政策,由于涉及部门利益等原因,一些地区落实起来比较困难,难就难在项目审批难、并网发电难、政策落实难,严重挫伤了企业开展煤矸石综合利用的积极性。4.4专项资金扶持力度不够各地区普遍反映,煤矸石综合利用项目在资金上得不到保证,投入严重不足。目前国家没有专项资金扶持,原有的煤矸石综合利用专项资金已被取消,而新的融资渠道还没有形成,特别是商业银行对煤矸石综合利用贷款条件苛刻,企业筹措资金困难,一些煤矸石发电、煤矸石建材项目难以落实,给煤矸石的扩大利用带来不利影响。4.5性质不清,国家企业经营管理体制不健全目前,煤矸石电厂和某些煤矸石建材企业不是独立核算单位,而是隶属于矿务局的二级法人或生产车间,这种经营管理体制不能实行自主经营,自我发展,不能正常还贷