挖煤排矸，晉蒙陜新等堆存矸石50億噸，煤大省如何碳達(dá)峰？

我國是煤炭資源開采大國，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年我國煤礦4300余處，煤炭產(chǎn)能47.1億噸。其中山西、內(nèi)蒙保持超過10億產(chǎn)量引領(lǐng)其他省份，陜西、新疆、貴州、河南等地也有上億產(chǎn)能，7省占據(jù)全國87.7%的原煤產(chǎn)能。

數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計(jì)局、中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)

但煤炭開采、洗選等過程會(huì)產(chǎn)生大量的固體廢棄物——煤矸石，是一種在成煤過程中于煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石，包括煤炭圍巖、夾石、洗煤挑出的矸石等，三者所占比例分別為45%、35%和20%。煤矸石排放量根據(jù)煤層條件、開采條件和洗選工藝的不同有較大差異，一般掘進(jìn)矸石占原煤產(chǎn)量的10%左右，選煤矸石占入選原煤量的12%~18%，平均占我國煤炭生產(chǎn)總量的15%~20%，也就是每年生產(chǎn)原煤1億t，排放矸石1500萬t以上。根據(jù)中國環(huán)境報(bào)道，我國2021年產(chǎn)排煤矸石7.35億噸、2022年產(chǎn)排7.91億噸、2023年產(chǎn)排8.29億噸，迄今堆存超過50億噸。

但問題是，如此多的煤矸石，我們該如何處置？

1）填埋和筑路

填埋和筑路是最簡單、最直接的利用方式。在粒徑級配、含水率和壓實(shí)度合適的情況下，由煤矸石路基具有較好的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、承載能力，能夠滿足相關(guān)規(guī)范要求。邢汾高速邢臺(tái)至冀晉界路段在修建時(shí)首先采用了煤矸石筑路的方式，消納了邢臺(tái)七里河南岸堆積40年、占地400余畝、高120米的矸石山。

邢汾高速，圖源：網(wǎng)絡(luò)

2）煤矸石磚建材利用

不知道大家有沒有印象，在90年代農(nóng)村隨處可見紅磚燒制廠，其就是取粘土燒制紅磚。但隨著時(shí)代發(fā)展，黏土已經(jīng)成為戰(zhàn)略資源，因此粘土磚也被禁止生產(chǎn)，磚廠也就廢棄。取而代之的是，煤矸石、尾礦等燒結(jié)磚和水泥蒸養(yǎng)磚。其中煤矸石在燒制過程中，自身具有一定熱值，燒制過程可節(jié)約燃料降低能耗，因此被稱為內(nèi)燃磚。

廢棄磚廠，圖源：網(wǎng)絡(luò)

3）燃料利用

煤矸石盡管不是煤炭，但其是煤炭伴生的巖石，內(nèi)部含有一定量的碳組分，而當(dāng)煤矸石中碳含量超過15%時(shí)，經(jīng)過粉碎燃燒后，可以釋放較高的熱量，可以應(yīng)用于發(fā)電站發(fā)電使用。放眼全國，依靠煤矸石發(fā)電的電廠裝機(jī)容量已達(dá)到500 萬kW以上，目前煤矸石每年用于發(fā)電的處理量超過5 000萬t。

4）井下填充

硬度大是煤矸石的顯著特點(diǎn)，是煤礦采空區(qū)回填常用的填充物質(zhì)，當(dāng)然也可以在一定的配比情況下，作為土地以及耕地的組成部分，按照國家有關(guān)規(guī)定，也可在井下將煤矸石直接回填

5）元素提取

一些煤矸石與粉煤灰含較豐富的鋰、鎵、鍺、汞、鎳、硒等稀有元素，可以對其進(jìn)行有價(jià)元素的提取。一些礦區(qū)已經(jīng)建立煤矸石電解鋁廠，成功地提煉了金屬鋁，但其他鋰、鎵、鍺等微量元素的研究大部分仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，研究重點(diǎn)是微量元素的賦存情況、富集、浸出和分離。

根據(jù)相關(guān)報(bào)道，當(dāng)前我國煤矸石綜合利用率73.6%。但填埋、鑄路占總量的35%—45%；煤矸石電廠燃燒和其他燃料利用占10%—15%；矸石磚等建材利用占5%—10%；井下開采充填占3%—7%；元素提取的方式相對較少，資源回收率不高。

由于我國“富煤少油”的資源特性，煤炭仍將長期做為我國的主要能源現(xiàn)狀無法改變。煤炭的持續(xù)開采，將進(jìn)一步產(chǎn)生更多的煤基伴生廢物，如何利用好這些煤矸石，關(guān)系到煤炭行業(yè)“碳中和、碳達(dá)峰”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

轉(zhuǎn)載請注明來源“河北省固廢建材化利用科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”

主要參考：

國家統(tǒng)計(jì)局，《中國統(tǒng)計(jì)年鑒2023》

中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì) 《2023煤炭行業(yè)發(fā)展年度報(bào)告》

中國環(huán)境，《我國煤矸石堆存量已超過50億噸，如何處理？》

梅陸森,周瑞清,馬騰.煤矸石綜合利用與資源化應(yīng)用路徑研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2023,(23):73-75。

張少華,王浩東.我國煤矸石綜合利用現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)化分析[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2024,(02):24-27+46。

郭富強(qiáng),劉昆侖,俞喬,楊秦禮,蘇蓬.煤矸石綜合利用途徑探討[J].煤炭加工與綜合利用,2023,(08):89-93+98。