煤矸石综合利用标准体系建设初探
1 问题的提出
煤矸石是煤炭生产、 加工过程中产生的固体废物, 是一种煤的共生资源,是成煤过程中与煤伴生、 灰分通常大于50 %、 发热量一般在315 MJ /kg～813 MJ /kg 范围内的一种碳质岩石。煤矸石的主要来源: 一是露天剥离以及井筒和巷道掘进过程中开凿排出的矸石; 二是在采煤的煤巷掘进过程中, 由于煤层中夹有矸石或削下部分煤层顶底板, 致使运到地面上的煤炭中含有煤矸石; 三是煤炭洗选过程中排出的矸石; 四是发热量很低的劣质煤炭。
煤矸石是各种工业废渣中排放量最大、占地最多、污染环境较为严重的固体废物。在目前我国煤矿生产条件下, 煤炭开采过程中矸石排放量大约为原煤的 10 %～20 %; 煤炭洗选加工过程中矸石排放量大约为原煤入选量的 15 %～20 %。2006 年我国各类煤矿生产煤炭总计 23125 亿 t , 洗煤 612 亿 t , 按此计算, 全年矸石排放量在 414 亿 t 左右。近年来, 尽管全国煤炭工业部门加大了煤矸石的处理与利用, 但据不完全统计, 目前全国煤矿区历年累计堆放的煤矸石约 45 亿 t , 规模较大的煤矸石山有 1 600多座, 占用土地约 115 亿 m2 , 而且每年还以 115 亿～210 亿 t 的速度增加, 压占耕地面积每年还以300 万～400 万 m2 的速度增加。除了占用大量耕地外, 煤矸石露天堆放还带来严重的环境污染, 是矿区生态环境的主要污染源之一, 其对水体、大气的污染在很多地区已经造成了严重的后果。煤矸石堆放不仅对矿区自然景观造成一定影响, 有时还会产生滑坡、泥石流等灾害, 甚至发生爆炸。解决煤矸石造成的环境问题是关系煤炭工业能否健康和可持续发展的重要问题。目前, 国内外主要从两个方面解决煤矸石的环境问题: 第一, 采用一定的措施控制矸石山的物理与化学作用 (如矸石山绿化, 采用密封隔氧、挖掘排热、注浆隔氧控制矸石山风化、淋溶及自燃) ; 第二, 对煤矸石加以综合利用, 通过减少煤矸石的地面堆积量达到治理的目的。两者相比, 对煤矸石综合利用是从根本上解决煤矸石占地、污染问题, 同时可获得较高的商业利益和社会效益, 也是世界各主要采煤国解决煤矸石环境问题的主要途径。煤矸石综合利用有着十分广阔的前景, 对实现我国煤炭工业可持续发展有着深远的意义。
把煤矸石作为一种资源加以开发利用, 不仅成为根治煤矸石堆存所造成的环境危害的有效途径, 还能变废为宝, 物尽其用, 最大限度地发掘其经济价值。煤矸石的综合利用是国家极力倡导的一个可持续发展产业方向, 也是国家一项重要的产业政策。为了更好地促进煤矸石综合利用, 加强政策指导, 早在 1998 年原国家经贸委、原煤炭部、财政部、建设部等 8 个部门就组织制定了《煤矸石综合利用管理办法》 。
1999 年原国家经贸委发布了《煤矸石综合利用技术政策要点》 , 进一步强调煤矸石综合利用是一项长期的技术经济政策, 指出“煤矸石综合利用技术以巩固、推广为主, 完善、开发并举。巩固已有的技术成果, 推广技术成熟、经济合理、有市场前景的技术, 逐步完善比较成熟的技术, 研究开发新技术, 积极引进国外先进技术和装备, 在消化吸收的基础上努力创新, 不断提高煤矸石综合利用的技术装备水平, 促进煤矸石的扩大利用。 ”该《技术政策要点》明确规定了煤矸石综合利用的主要技术原则: “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” 。
党的第十六届五中全会强调, 要加快建设资源节约型、环境友好型社会, 并且提出了大力发展循环经济, 加大环境保护力度, 切实保护好自然生态, 认真解决影响经济社会发展特别是严重危害人民健康的突出环境问题的要求。2005 年 6 月, 国务院发出《国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知》 , 提出要以提高资源利用效率为核心, 以节能、节水、节材、节地、资源综合利用和发展循环经济为重点, 尽快建立健全促进节约型社会建设的体制和机制, 逐步形成节约型的增长方式和消费模式, 以资源的高效和循环利用, 促进经济社会可持续发展。
2006年4月国家标准化管理委员会、国家发展和改革委员会等14 个部门联合发布了《2005— 2007 年资源节约与综合利用标准发展规划》 。 《规划》以科学发展观为指导, 坚持政府推动、行业管理、企业为主、适应市场、突出重点、国际接轨的原则, 对节能、节水、节材、节地、新能源与可再生能源、矿产资源综合利用、废旧产品及废弃物回收与再利用、清洁生产等 8 个领域的标准制修订工作做具体规划。 2007 年 7 月, 为贯彻落实《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》 (国发 [ 2007 ] 15 号) , 健全和完善资源节约标准体系, 国家标准化管理委员会下发了编制《2008 — 2010 年资源节约与综合利用标准发展规划》的通知, 将会同国家发展和改革委员会等相关部门编制《2008 —2010 年资源节约与综合利用标准发展规划》 。
《煤矸石综合利用技术政策要点》中明确指出: “加强煤矸石资源化利用的评价工作, 对煤矸石的分布、积存量、矸石类型、特性等进行系统研究和分析, 逐步建立煤矸石资料数据库, 为合理有效利用煤矸石提供翔实可靠的基础资料。根据煤矸石的矿物特性和理化性能确定综合利用途径。”
综上所述, 认为, 煤矸石综合利用标准体系建设, 实质上是以强化煤矸石综合利用技术的开发及推广应用为目的进行的一系列基础研究工作, 对于综合利用煤矸石具有重要的理论和实践指导意义。建立煤矸石综合利用标准体系也完全符合国家对资源节约与综合利用提出的一系列政策的要求, 同时也是煤炭企业发展的客观需要。建立煤矸石综合利用标准体系的目的, 一是要对煤矸石综合利用的相关因素制定相应的标准加以控制, 实现煤矸石综合利用的标准化和规范化管理, 建设节约型社会, 发展循环经济, 促进环境保护, 保证我国煤炭工业的可持续发展; 二是使企业能够按标准进行生产和管理, 并使其产品能够稳定地占领市场且获得最佳效益。
2 国内外煤矸石综合利用发展现状
世界各国都很重视煤矸石的处理和利用, 矸石利用率 (不包括用于充填、铺路材料) 一般在 20 %～30 %,高者可达60 %～80 %。自20 世纪60 年代开始, 煤矸石的综合利用就已经引起很多国家的重视, 到 70 年代, 法国、德国等国的煤矸石利用率已达 30 %～50 %。部分矿区煤矸石利用率已达到 100 %。英国将煤矸石的综合利用, 特别是对将热电转换引入到过程集成节能技术及其应用进行了系统研究, 其他产煤大国也有不少技术人员介入这一领域, 开展专项研究工作。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德克斯矸石利用公司, 这些机构专门从事煤矸石的处理和利用。
在煤矸石综合利用的基础性工作 (尤其是基础研究) 方面, 一些国家特别是发达国家花费了不少人力物力。例如, 美国矿业局从 20 世纪 70 年代开始, 对所有的矸石山进行采样分析, 并做出煤矸石综合利用规划。前苏联煤炭部科技委员会于1987 年煤矸石的分类、性质和综合利用的专题会议, 并研究了煤矸石分类、性质和综合利用的有关技术、工艺和设备, 其煤矸石除了用于发电、制砖、生产多孔轻质骨料等建材外, 还用含碳较高的煤矸石生产有机矿物肥料。前苏联曾对煤矸石分类作过研究, 将煤矸石的来源、特征、成分等不同指标分等级列出分类符号, 然后根据矸石在工业利用方面的质量要求, 填入所需要的分类符号。根据分类符号所规定的质量要求, 就可以选择煤矸石的加工工艺。此外, 前西德柏林工业大学花了10 年时间, 约有50 人对矸石进行了专门研究。国外有些资料报道了对煤矸石作过简单分类工作, 如将煤矸石分为未燃矸和燃矸等。
我国煤矸石综合利用已有二、三十年的历史。作为我国资源综合利用的重点工作, 并取得了一些成熟的经验, 目前我国消化和利用煤矸石的主要途径有: ① 作燃料发电; ②生产建筑材料及制品; ③ 复垦及回填矿井采空区; ④ 回收有益组分及制取化工产品; ⑤ 生产复合肥料。
近年来, 随着煤矿环保工作的深入开展和科学技术的进步, 煤矸石的利用率也不断提高, 1990 年煤矸石利用率为 20 % , 1995 年提高到 2315 % , 目前达到30 %左右。尽管如此, 但无论从环保角度还是从煤矸石资源化、提高经济效益角度来看, 这种状况都与煤炭生产发展很不相适应。国家发改委公布的《 “十一五”资源综合利用指导意见》提出, 到 2010 年煤矸石综合利用率要达到 70 %。要实现这个目标, 还需要付出艰苦的努力, 尤其需要继续加强煤矸石综合利用的研究, 以此来促进煤矸石综合利用产业的发展。
跟国外情况类似, 我国学者[ 2～4 ] 针对煤矸石综合利用也开展过一些基础性工作, 包括煤矸石的来源、组成、理化性质、分类、利用途径、利用工艺等方面的研究, 取得若干成果, 发表了许多论文, 出版了不少专著。
仅以煤矸石的分类为例, 自上世纪 80 年代起, 我国就有不少学者进行过有益的探索和较为深入的研究, 提出了不同的分类方案, 各有优劣。煤炭科学研究院重庆分院的王长根[ 5 ] 首次将矸石化学成分指标与矸石产出方式和矸石矿物组成及岩石组成结合起来, 提出煤矸石的三级分类命名法。但这一分类方案也存在着分类指标过宽、过细、分类指标重复等问题。
中国矿业学院[ 6 ] 1986 年曾对华东地区煤矸石进行了分类研究。将矸石分为岩石类型、含铝量、含铁量、含钙量 4 个指标, 按笔划顺序或含量多少排成等级, 然后依据建材方面不同用途排成一组 4 位数。每组 4 位数表示某种建材利用质量要求。这种分类虽然简明, 但仅限于矸石在建材方面的利用, 分类过于简单, 矸石利用范围划得过窄。另外, 分类指标中岩类术语用得欠妥, 如把泥岩、黏土岩作为不同的岩石类型。
焦作矿业学院葛宝勋[ 7 ]等对平顶山煤矸石进行了二级分类。把平顶山矿区矸石按矸石类型分为5 个大类, 按矸石类型、岩石类型、有机碳含量、全硫、铝硅比、Fe2O3 含量及 CaO + MgO 含量等 7 项指标分为19 个亚类。较详细合理地提出了矸石的分类方含量; 且仅是针对平顶山矿矸石而言, 也未包括剥离矸石。
中国矿业大学北京研究生部许泽胜[ 8 ] 等, 在总结前人煤矸石分类方法的基础上进一步完善了煤矸石的分类方案, 提出先将煤矸石分为煤巷矸、岩巷矸、自燃矸、洗矸、手选矸和剥离矸 6 大类; 再根据矸石的化学成分、矿物成分及其物理化学特性来确定矸石亚类。这样划分的目的是可以根据煤矸石的分类确定各矸石的利用途径, 使煤矸石物尽其用。邓寅生[ 9 ]等在焦作矿业学院分类方案的基础上, 吸收国内外其他方案的优点, 结合我国煤矸石研究及利用现状, 提出了我国煤矸石的新分类方案。该方案先以产出方式为主要依据划分出 6 大煤矸石类型, 再根据资源化利用途径划分出 21 个煤矸石亚类 (利用类) 。应用时, 首先根据煤矸石的特征按分类质量指标体系确定其质量指标等级, 分别用代号表示, 然后再根据各利用途径对煤矸石的质量要求确定其利用分类[ 10～12 ] 。
尽管煤矸石综合利用已经有了几十年的历史, 国内外对煤矸石综合利用也进行了许多基础性工作, 但是迄今为止, 有关煤矸石综合利用的标准却几乎一个也未见到, 更遑论相对完整的标准体系了。由此看来, 对于那些有志于为煤矸石综合利用作出贡献的科技工作者和有关的组织机构来说, 建立一套煤矸石综合利用标准体系既是一个机会, 也是一个挑战。
3 煤矸石综合利用标准体系的初步设想
参照国家标准化管理委员会等 14 个部门联合发布的《2005 — 2007 年资源节约与综合利用标准发展规划》中对资源节约与综合利用领域的划分, 及标准体系框架构建模式等相关内容, 笔者认为, 未来要建立的煤矸石综合利用标准体系应当包含以下标准:
(1) 煤矸石综合利用术语;
(2) 煤矸石分类导则;
(3) 煤矸石检测方法和检测技术;
(4) 煤矸石评价指标;
(5) 煤矸石堆放技术条件;
(6) 煤矸石综合利用导则 (包括不同利用途径对煤矸石的技术要求, 利用过程对管理的要求、环境技术要求等) 。
在煤矸石综合利用标准体系建设中, 要注意把握好以下几个原则:
(1) 市场导向原则. 即是要从完善我国社会主义市场经济体制的需要出发, 按照市场经济运行规则, 着力提高标准与市场的关联性, 完善标准的配套性, 不断增强标准的适用性和有效性;
(2) 技术进步原则。即是要加强与科技工作的结合, 积极采用科研新成果, 不断提高标准的技术含量和前瞻性, 使标准成为科技创新转化为先进生产力的桥梁, 促煤矸石综合利用技术进步和产业升级。同时, 通过提高标准技术水平, 配合国家相关政策和法规的实施, 提高市场准入门槛, 淘汰落后的生产工艺、技术和产品, 以满足煤炭工业可持续发展的需要;
(3) 国际接轨原则。对国际、国外先进标准进行充分调查, 加快采用国际标准和国外先进标准, 为提高我国经济增长的质量和效益服务。
总之, 只要坚持市场导向、实事求是、务求实效和推进技术进步的原则, 同时遵循科学性、协调性、系统性、先进性、兼容性、超前性和可扩展性的原则, 就一定能完成好煤矸石综合利用标准体系建设任务。
4 实施煤矸石综合利用标准体系建设的措施
4.1 组织措施
在国家标准委、国家安监总局和全国煤炭标委会的领导和支持下, 由矿井水与废物资源化分会牵头, 组织有关科研院所、大专院校、地勘单位及煤矸石产出和利用的厂矿企业人员参与煤矸石综合利用标准体系建设工作。
在煤矸石综合利用标准体系建设的整个过程中, 要实行产、学、研相结合, 充分发挥专家、生产一线科技人员和标准编制者的作用, 从而保证标准的科学性、先进性、适用性和有效性。
4.2 实施步骤
煤矸石综合利用标准体系建设考虑分三步实施。
(1) 前期研究。充分研究和分析国内外对煤矸石的来源、组成、性质、分类等基础研究所取得的成果, 全面调研煤矸石综合利用的现状, 掌握煤矸石利用途径、生产产品、工艺技术等相关资料, 开展必要的现场踏勘、采样、分析测试、试验研究工作。在此基础上, 提出既符合实际又具有前瞻性的煤矸石综合利用标准体系框架。
(2) 规划编制。在前一步工作完成后, 编制煤矸石综合利用标准体系建设规划。该规划应尽可能做到具体、翔实, 便于操作和落实。
(3) 标准制定。按照标准制定程序和具体要求, 落实规划中提出的每一项标准的编制。完成标准体系建设的全部工作, 初步估计需要 3～5 年时间。
413 经费来源
就我国的现实情况来看, 标准编制工作更多地体现为社会效益, 对于承担单位而言, 由于标准编制工作经费的不足, 一直是令人头疼的问题。因此, 希望得到社会各方面更多的理解和支持。笔者认为, 煤矸石综合利用标准体系建设所需经费可以采取“三点式”办法解决, 即国家财政补助一点, 相关企业赞助一点, 编制单位资助一点。笔者相信, 只要政府高度重视, 社会各界积极参与, 煤矸石综合利用标准体系建设需要的经费是不难解决的。
参考文献:
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[6 ] 中国矿业学院, 华东地区煤矸石分类研究 [J ]. 煤炭加工利用 ,1986 (4)
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[9 ] 邓寅生, 我国煤矸石分类探讨 [J ]. 煤炭加工与综合利用 ,1889 (3)
[10 ] 王国平, 浅论煤矸石资源化及其分类 [J ]. 煤炭经济研究 , 2004 (5)
[11 ] 冷发光, 煤矸石综合利用的研究与应用现状 [J ].四川建筑科学研究 , 2000 (4)
[12 ] 姜振泉, 煤矸石的环境问题及其资源化利用 [J ].环境科学研究 ,1998 (3)
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