煤矸石綜合利用標準體系建設初探
1 問題的提出
煤矸石是煤炭生產、 加工過程中產生的固體廢物, 是一種煤的共生資源,是成煤過程中與煤伴生、 灰分通常大于50 %、 發(fā)熱量一般在315 MJ /kg～813 MJ /kg 范圍內的一種碳質巖石。煤矸石的主要來源: 一是露天剝離以及井筒和巷道掘進過程中開鑿排出的矸石; 二是在采煤的煤巷掘進過程中, 由于煤層中夾有矸石或削下部分煤層頂底板, 致使運到地面上的煤炭中含有煤矸石; 三是煤炭洗選過程中排出的矸石; 四是發(fā)熱量很低的劣質煤炭。
煤矸石是各種工業(yè)廢渣中排放量最大、占地最多、污染環(huán)境較為嚴重的固體廢物。在目前我國煤礦生產條件下, 煤炭開采過程中矸石排放量大約為原煤的 10 %～20 %; 煤炭洗選加工過程中矸石排放量大約為原煤入選量的 15 %～20 %。2006 年我國各類煤礦生產煤炭總計 23125 億 t , 洗煤 612 億 t , 按此計算, 全年矸石排放量在 414 億 t 左右。近年來, 盡管全國煤炭工業(yè)部門加大了煤矸石的處理與利用, 但據不完全統(tǒng)計, 目前全國煤礦區(qū)歷年累計堆放的煤矸石約 45 億 t , 規(guī)模較大的煤矸石山有 1 600多座, 占用土地約 115 億 m2 , 而且每年還以 115 億～210 億 t 的速度增加, 壓占耕地面積每年還以300 萬～400 萬 m2 的速度增加。除了占用大量耕地外, 煤矸石露天堆放還帶來嚴重的環(huán)境污染, 是礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的主要污染源之一, 其對水體、大氣的污染在很多地區(qū)已經造成了嚴重的后果。煤矸石堆放不僅對礦區(qū)自然景觀造成一定影響, 有時還會產生滑坡、泥石流等災害, 甚至發(fā)生爆炸。解決煤矸石造成的環(huán)境問題是關系煤炭工業(yè)能否健康和可持續(xù)發(fā)展的重要問題。目前, 國內外主要從兩個方面解決煤矸石的環(huán)境問題: 第一, 采用一定的措施控制矸石山的物理與化學作用 (如矸石山綠化, 采用密封隔氧、挖掘排熱、注漿隔氧控制矸石山風化、淋溶及自燃) ; 第二, 對煤矸石加以綜合利用, 通過減少煤矸石的地面堆積量達到治理的目的。兩者相比, 對煤矸石綜合利用是從根本上解決煤矸石占地、污染問題, 同時可獲得較高的商業(yè)利益和社會效益, 也是世界各主要采煤國解決煤矸石環(huán)境問題的主要途徑。煤矸石綜合利用有著十分廣闊的前景, 對實現我國煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著深遠的意義。
把煤矸石作為一種資源加以開發(fā)利用, 不僅成為根治煤矸石堆存所造成的環(huán)境危害的有效途徑, 還能變廢為寶, 物盡其用, 最大限度地發(fā)掘其經濟價值。煤矸石的綜合利用是國家極力倡導的一個可持續(xù)發(fā)展產業(yè)方向, 也是國家一項重要的產業(yè)政策。為了更好地促進煤矸石綜合利用, 加強政策指導, 早在 1998 年原國家經貿委、原煤炭部、財政部、建設部等 8 個部門就組織制定了《煤矸石綜合利用管理辦法》 。
1999 年原國家經貿委發(fā)布了《煤矸石綜合利用技術政策要點》 , 進一步強調煤矸石綜合利用是一項長期的技術經濟政策, 指出“煤矸石綜合利用技術以鞏固、推廣為主, 完善、開發(fā)并舉。鞏固已有的技術成果, 推廣技術成熟、經濟合理、有市場前景的技術, 逐步完善比較成熟的技術, 研究開發(fā)新技術, 積極引進國外先進技術和裝備, 在消化吸收的基礎上努力創(chuàng)新, 不斷提高煤矸石綜合利用的技術裝備水平, 促進煤矸石的擴大利用。 ”該《技術政策要點》明確規(guī)定了煤矸石綜合利用的主要技術原則: “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和產品” 。
黨的第十六屆五中全會強調, 要加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會, 并且提出了大力發(fā)展循環(huán)經濟, 加大環(huán)境保護力度, 切實保護好自然生態(tài), 認真解決影響經濟社會發(fā)展特別是嚴重危害人民健康的突出環(huán)境問題的要求。2005 年 6 月, 國務院發(fā)出《國務院關于做好建設節(jié)約型社會近期重點工作的通知》 , 提出要以提高資源利用效率為核心, 以節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、資源綜合利用和發(fā)展循環(huán)經濟為重點, 盡快建立健全促進節(jié)約型社會建設的體制和機制, 逐步形成節(jié)約型的增長方式和消費模式, 以資源的高效和循環(huán)利用, 促進經濟社會可持續(xù)發(fā)展。
2006年4月國家標準化管理委員會、國家發(fā)展和改革委員會等14 個部門聯(lián)合發(fā)布了《2005— 2007 年資源節(jié)約與綜合利用標準發(fā)展規(guī)劃》 。 《規(guī)劃》以科學發(fā)展觀為指導, 堅持政府推動、行業(yè)管理、企業(yè)為主、適應市場、突出重點、國際接軌的原則, 對節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、新能源與可再生能源、礦產資源綜合利用、廢舊產品及廢棄物回收與再利用、清潔生產等 8 個領域的標準制修訂工作做具體規(guī)劃。 2007 年 7 月, 為貫徹落實《國務院關于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》 (國發(fā) [ 2007 ] 15 號) , 健全和完善資源節(jié)約標準體系, 國家標準化管理委員會下發(fā)了編制《2008 — 2010 年資源節(jié)約與綜合利用標準發(fā)展規(guī)劃》的通知, 將會同國家發(fā)展和改革委員會等相關部門編制《2008 —2010 年資源節(jié)約與綜合利用標準發(fā)展規(guī)劃》 。
《煤矸石綜合利用技術政策要點》中明確指出: “加強煤矸石資源化利用的評價工作, 對煤矸石的分布、積存量、矸石類型、特性等進行系統(tǒng)研究和分析, 逐步建立煤矸石資料數據庫, 為合理有效利用煤矸石提供翔實可靠的基礎資料。根據煤矸石的礦物特性和理化性能確定綜合利用途徑。”
綜上所述, 認為, 煤矸石綜合利用標準體系建設, 實質上是以強化煤矸石綜合利用技術的開發(fā)及推廣應用為目的進行的一系列基礎研究工作, 對于綜合利用煤矸石具有重要的理論和實踐指導意義。建立煤矸石綜合利用標準體系也完全符合國家對資源節(jié)約與綜合利用提出的一系列政策的要求, 同時也是煤炭企業(yè)發(fā)展的客觀需要。建立煤矸石綜合利用標準體系的目的, 一是要對煤矸石綜合利用的相關因素制定相應的標準加以控制, 實現煤矸石綜合利用的標準化和規(guī)范化管理, 建設節(jié)約型社會, 發(fā)展循環(huán)經濟, 促進環(huán)境保護, 保證我國煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展; 二是使企業(yè)能夠按標準進行生產和管理, 并使其產品能夠穩(wěn)定地占領市場且獲得最佳效益。
2 國內外煤矸石綜合利用發(fā)展現狀
世界各國都很重視煤矸石的處理和利用, 矸石利用率 (不包括用于充填、鋪路材料) 一般在 20 %～30 %,高者可達60 %～80 %。自20 世紀60 年代開始, 煤矸石的綜合利用就已經引起很多國家的重視, 到 70 年代, 法國、德國等國的煤矸石利用率已達 30 %～50 %。部分礦區(qū)煤矸石利用率已達到 100 %。英國將煤矸石的綜合利用, 特別是對將熱電轉換引入到過程集成節(jié)能技術及其應用進行了系統(tǒng)研究, 其他產煤大國也有不少技術人員介入這一領域, 開展專項研究工作。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)合成立了海爾德克斯矸石利用公司, 這些機構專門從事煤矸石的處理和利用。
在煤矸石綜合利用的基礎性工作 (尤其是基礎研究) 方面, 一些國家特別是發(fā)達國家花費了不少人力物力。例如, 美國礦業(yè)局從 20 世紀 70 年代開始, 對所有的矸石山進行采樣分析, 并做出煤矸石綜合利用規(guī)劃。前蘇聯(lián)煤炭部科技委員會于1987 年煤矸石的分類、性質和綜合利用的專題會議, 并研究了煤矸石分類、性質和綜合利用的有關技術、工藝和設備, 其煤矸石除了用于發(fā)電、制磚、生產多孔輕質骨料等建材外, 還用含碳較高的煤矸石生產有機礦物肥料。前蘇聯(lián)曾對煤矸石分類作過研究, 將煤矸石的來源、特征、成分等不同指標分等級列出分類符號, 然后根據矸石在工業(yè)利用方面的質量要求, 填入所需要的分類符號。根據分類符號所規(guī)定的質量要求, 就可以選擇煤矸石的加工工藝。此外, 前西德柏林工業(yè)大學花了10 年時間, 約有50 人對矸石進行了專門研究。國外有些資料報道了對煤矸石作過簡單分類工作, 如將煤矸石分為未燃矸和燃矸等。
我國煤矸石綜合利用已有二、三十年的歷史。作為我國資源綜合利用的重點工作, 并取得了一些成熟的經驗, 目前我國消化和利用煤矸石的主要途徑有: ① 作燃料發(fā)電; ②生產建筑材料及制品; ③ 復墾及回填礦井采空區(qū); ④ 回收有益組分及制取化工產品; ⑤ 生產復合肥料。
近年來, 隨著煤礦環(huán)保工作的深入開展和科學技術的進步, 煤矸石的利用率也不斷提高, 1990 年煤矸石利用率為 20 % , 1995 年提高到 2315 % , 目前達到30 %左右。盡管如此, 但無論從環(huán)保角度還是從煤矸石資源化、提高經濟效益角度來看, 這種狀況都與煤炭生產發(fā)展很不相適應。國家發(fā)改委公布的《 “十一五”資源綜合利用指導意見》提出, 到 2010 年煤矸石綜合利用率要達到 70 %。要實現這個目標, 還需要付出艱苦的努力, 尤其需要繼續(xù)加強煤矸石綜合利用的研究, 以此來促進煤矸石綜合利用產業(yè)的發(fā)展。
跟國外情況類似, 我國學者[ 2～4 ] 針對煤矸石綜合利用也開展過一些基礎性工作, 包括煤矸石的來源、組成、理化性質、分類、利用途徑、利用工藝等方面的研究, 取得若干成果, 發(fā)表了許多論文, 出版了不少專著。
僅以煤矸石的分類為例, 自上世紀 80 年代起, 我國就有不少學者進行過有益的探索和較為深入的研究, 提出了不同的分類方案, 各有優(yōu)劣。煤炭科學研究院重慶分院的王長根[ 5 ] 首次將矸石化學成分指標與矸石產出方式和矸石礦物組成及巖石組成結合起來, 提出煤矸石的三級分類命名法。但這一分類方案也存在著分類指標過寬、過細、分類指標重復等問題。
中國礦業(yè)學院[ 6 ] 1986 年曾對華東地區(qū)煤矸石進行了分類研究。將矸石分為巖石類型、含鋁量、含鐵量、含鈣量 4 個指標, 按筆劃順序或含量多少排成等級, 然后依據建材方面不同用途排成一組 4 位數。每組 4 位數表示某種建材利用質量要求。這種分類雖然簡明, 但僅限于矸石在建材方面的利用, 分類過于簡單, 矸石利用范圍劃得過窄。另外, 分類指標中巖類術語用得欠妥, 如把泥巖、黏土巖作為不同的巖石類型。
焦作礦業(yè)學院葛寶勛[ 7 ]等對平頂山煤矸石進行了二級分類。把平頂山礦區(qū)矸石按矸石類型分為5 個大類, 按矸石類型、巖石類型、有機碳含量、全硫、鋁硅比、Fe2O3 含量及 CaO + MgO 含量等 7 項指標分為19 個亞類。較詳細合理地提出了矸石的分類方含量; 且僅是針對平頂山礦矸石而言, 也未包括剝離矸石。
中國礦業(yè)大學北京研究生部許澤勝[ 8 ] 等, 在總結前人煤矸石分類方法的基礎上進一步完善了煤矸石的分類方案, 提出先將煤矸石分為煤巷矸、巖巷矸、自燃矸、洗矸、手選矸和剝離矸 6 大類; 再根據矸石的化學成分、礦物成分及其物理化學特性來確定矸石亞類。這樣劃分的目的是可以根據煤矸石的分類確定各矸石的利用途徑, 使煤矸石物盡其用。鄧寅生[ 9 ]等在焦作礦業(yè)學院分類方案的基礎上, 吸收國內外其他方案的優(yōu)點, 結合我國煤矸石研究及利用現狀, 提出了我國煤矸石的新分類方案。該方案先以產出方式為主要依據劃分出 6 大煤矸石類型, 再根據資源化利用途徑劃分出 21 個煤矸石亞類 (利用類) 。應用時, 首先根據煤矸石的特征按分類質量指標體系確定其質量指標等級, 分別用代號表示, 然后再根據各利用途徑對煤矸石的質量要求確定其利用分類[ 10～12 ] 。
盡管煤矸石綜合利用已經有了幾十年的歷史, 國內外對煤矸石綜合利用也進行了許多基礎性工作, 但是迄今為止, 有關煤矸石綜合利用的標準卻幾乎一個也未見到, 更遑論相對完整的標準體系了。由此看來, 對于那些有志于為煤矸石綜合利用作出貢獻的科技工作者和有關的組織機構來說, 建立一套煤矸石綜合利用標準體系既是一個機會, 也是一個挑戰(zhàn)。
3 煤矸石綜合利用標準體系的初步設想
參照國家標準化管理委員會等 14 個部門聯(lián)合發(fā)布的《2005 — 2007 年資源節(jié)約與綜合利用標準發(fā)展規(guī)劃》中對資源節(jié)約與綜合利用領域的劃分, 及標準體系框架構建模式等相關內容, 筆者認為, 未來要建立的煤矸石綜合利用標準體系應當包含以下標準:
(1) 煤矸石綜合利用術語;
(2) 煤矸石分類導則;
(3) 煤矸石檢測方法和檢測技術;
(4) 煤矸石評價指標;
(5) 煤矸石堆放技術條件;
(6) 煤矸石綜合利用導則 (包括不同利用途徑對煤矸石的技術要求, 利用過程對管理的要求、環(huán)境技術要求等) 。
在煤矸石綜合利用標準體系建設中, 要注意把握好以下幾個原則:
(1) 市場導向原則. 即是要從完善我國社會主義市場經濟體制的需要出發(fā), 按照市場經濟運行規(guī)則, 著力提高標準與市場的關聯(lián)性, 完善標準的配套性, 不斷增強標準的適用性和有效性;
(2) 技術進步原則。即是要加強與科技工作的結合, 積極采用科研新成果, 不斷提高標準的技術含量和前瞻性, 使標準成為科技創(chuàng)新轉化為先進生產力的橋梁, 促煤矸石綜合利用技術進步和產業(yè)升級。同時, 通過提高標準技術水平, 配合國家相關政策和法規(guī)的實施, 提高市場準入門檻, 淘汰落后的生產工藝、技術和產品, 以滿足煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要;
(3) 國際接軌原則。對國際、國外先進標準進行充分調查, 加快采用國際標準和國外先進標準, 為提高我國經濟增長的質量和效益服務。
總之, 只要堅持市場導向、實事求是、務求實效和推進技術進步的原則, 同時遵循科學性、協(xié)調性、系統(tǒng)性、先進性、兼容性、超前性和可擴展性的原則, 就一定能完成好煤矸石綜合利用標準體系建設任務。
4 實施煤矸石綜合利用標準體系建設的措施
4.1 組織措施
在國家標準委、國家安監(jiān)總局和全國煤炭標委會的領導和支持下, 由礦井水與廢物資源化分會牽頭, 組織有關科研院所、大專院校、地勘單位及煤矸石產出和利用的廠礦企業(yè)人員參與煤矸石綜合利用標準體系建設工作。
在煤矸石綜合利用標準體系建設的整個過程中, 要實行產、學、研相結合, 充分發(fā)揮專家、生產一線科技人員和標準編制者的作用, 從而保證標準的科學性、先進性、適用性和有效性。
4.2 實施步驟
煤矸石綜合利用標準體系建設考慮分三步實施。
(1) 前期研究。充分研究和分析國內外對煤矸石的來源、組成、性質、分類等基礎研究所取得的成果, 全面調研煤矸石綜合利用的現狀, 掌握煤矸石利用途徑、生產產品、工藝技術等相關資料, 開展必要的現場踏勘、采樣、分析測試、試驗研究工作。在此基礎上, 提出既符合實際又具有前瞻性的煤矸石綜合利用標準體系框架。
(2) 規(guī)劃編制。在前一步工作完成后, 編制煤矸石綜合利用標準體系建設規(guī)劃。該規(guī)劃應盡可能做到具體、翔實, 便于操作和落實。
(3) 標準制定。按照標準制定程序和具體要求, 落實規(guī)劃中提出的每一項標準的編制。完成標準體系建設的全部工作, 初步估計需要 3～5 年時間。
413 經費來源
就我國的現實情況來看, 標準編制工作更多地體現為社會效益, 對于承擔單位而言, 由于標準編制工作經費的不足, 一直是令人頭疼的問題。因此, 希望得到社會各方面更多的理解和支持。筆者認為, 煤矸石綜合利用標準體系建設所需經費可以采取“三點式”辦法解決, 即國家財政補助一點, 相關企業(yè)贊助一點, 編制單位資助一點。筆者相信, 只要政府高度重視, 社會各界積極參與, 煤矸石綜合利用標準體系建設需要的經費是不難解決的。
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