我国煤矸石综合利用的现状、问题与建议

我国煤矸石综合利用的现状、问题与建议

我国富煤 、 贫油 、 少气 ， 在碳达峰中适宜走煤炭托底的能源发展道路 。 煤炭开采 、 洗选过程中会产生煤矸石 。 煤矸石属于大宗工业固体废物 ， 含有碳等有机物和无机硅酸盐 、 高岭土类矿物 ， 若不加以综合利用 ， 而是直接排放或充填回井 ， 会浪费资源 、 侵占土地并造成大气 、 水体和土壤污染 。 因此 ， 探索煤矸石因地制宜的综合利用 ， 对煤炭行业绿色 、 低碳和循环发展意义重大 。

1 我国煤矸石的产生和综合利用现状

1.1我国煤炭产量逐年提升，煤矸石总体产量伴随增长

根据国家统计局数据 ， 2021 年 ， 受国内下游需求加速增长和国际能源供求关系影响 ， 我国原煤产量提升至 41 . 3 亿 t， 同比增长 5 . 9 %。 根据 《 2021 — 2022 年中国大宗工业固体废物综合利用产业发展报告 》 测算的数据 ， 2021 年煤矸石产生量约为 7 . 43 亿 t， 增长 5 . 84 %， 增幅明显 。 历年煤矸石产生量情况如图 1 所示 。

1.2 不同地区煤矿产矸率差异大，产地集中现象比较突出  

我国现役煤炭矿井约 4700 处 ， 单井平均规模达 110 万 t， 各矿井产能相近 ， 但产矸率差异较大 ， 如山西省太原市与临汾市 、 河北省唐山市与邯郸市 、 安徽省淮北市等地多数矿井产矸率超 30 %， 而内蒙古鄂尔多斯市 、 陕西省榆林市等地新建矿井的产矸率低于 10 %。 同时 ， 我国煤炭产区主要集中在山西 、 陕西 、 内蒙古 、 新疆 ， 这些地区的煤矸石产量占全国总产量的 78 . 74 %。 我国主要产煤地区的原煤产量及煤矸石产量见下表 。

我国主要产煤地区的原煤产量及煤矸石产量 表

1.3 煤矸石组分地域差异明显，多用途综合利用发展迅速  

根据共生黏土矿物的组分差异 ， 可将煤矸石分为高岭石泥岩 、 石灰岩 、 页岩等类型 。 其中 ， 山西省朔州市与大同市等地的煤矸石属于多伴生煤系高岭石型 ， 陕西省渭南市与铜川市 、 黑龙江省七台河市等地的煤矸石属于石灰岩型 ， 辽宁省抚顺市的煤矸石则属于页岩型 。 因组分差异大 ， 煤矸石综合利用的用途和方式也各不相同 。 同时在资源节约 、 能源利用 、 生态保护 、 污染防治政策的倒逼和相关激励机制的支持下 ， 煤矸石综合利用的路径越来越多 （ 见图 2 ）。 目前煤矸石综合利用的全产业链路径主要包括 ： 回收煤 、 黄铁矿 、 高岭土等有价组分 ； 矸石发电 、 脱碳生产蒸汽 ； 矸石充填 、 土地复垦 ； 煤矸石制备土壤改良剂 、 生态土壤等 ； 煤矸石制备路基料 、 烧结墙体材料 、 烧结陶粒 、 岩板等建筑材料 。 近年来 ， 随着煤矸石制砖 、 充填等规模化消纳项目的涌现及技术的推广 ， 煤矸石综合利用率逐年提高 。 据工业固废网统计 ， 2021 年全国利用煤矸石 5 . 43 亿 t， 综合利用率 73 . 1 %， 同比增长 0 . 9 个百分点 （ 见图 3 ）。

   

1.4 市场需求持续释放，产品创新与标准化工作不断加强  

随着煤矸石综合利用产品在建筑建材领域的应用占比提高 ， 研发积极性保持高涨 ， 技术创新和产品标准化工作不断加强 。 2021 年新技术申请专利 248 项 ， 授权 135 项 ， 为煤矸石综合利用的科技成果转化提供了重要支撑 。 当前 ， 我国已制定煤矸石综合利用相关标准约 13 项 ， 包括推荐性国家标准 4 项和行业标准 2 项 ， 相关内容主要涉及煤矸石制备生物肥料 、 煤矸石回收再利用等方面 ； 地方标准 7 项 ， 其中河北省 2 项 、 山西省 2 项 、 吉林省 1 项 、 安徽省 1 项 、 辽宁省 1 项 ， 相关内容主要涉及煤矸石烧结砖隧道窑余热发电 、 生态修复等方面 。 综合利用产品的标准化会进一步促进煤矸石的高质量综合利用 。

2 我国煤矸石综合利用的探索与主要路径

一些区域在煤矸石综合利用方面走出了新路 。 例如 ， 辽宁省阜新市煤矸石历史堆存量约 5 亿 t。 近些年 ， 该市制定了 《 阜新市 （ 新邱 ） 循环经济产业园总体规划 》《 新邱区煤矸石综合利用产业发展规划 》 等 ， 引入中科盛联等企业建设煤矸石预处理中心等项目 ， 成立了隧道窑产业联盟 ， 通过对煤矸石余热的利用延伸产业发展链条 ， 塑造煤矸石综合利用产业生态 ， 形成了 “ 制坯不用土 、 烧砖不用煤 、 造纸不排水 、 发电靠余热 ” 的阜新模式 。 山西省怀仁县煤矸石历史堆存量超过 5000 万 t， 年新增量超过 800 万 t。 该县积极布局煤系高岭土新型煅烧工艺开发与关键设备产业化 ， 重点突破中低品质高岭土资源化利用技术 ， 建设了多个处理规模大 、 技术含量高的煅烧高岭土项目 ， 经济效益可观 ， 夯实了北方重要日用陶瓷生产基地的地位 。

一些企业在煤矸石综合利用方面形成了产业优势 。 例如 ， 陕煤集团于 2020 年成立了固废综合利用中心 ， 制定了 《 陕煤集团固体废物综合产业发展规划 》， 规划了韩城 、 铜川 、 黄陵三大固废综合利用产业园 ， 设计了煤矸石制陶粒 、 煤矸石制岩板等五个项目 ， 重点实现了集团固体废物内循环 。 山东创联建材有限公司利用当地丰富的煤矸石制砖和制砂 ， 利用余热给社区供暖及生产豆制品 ， 然后再利用豆制品残余物养鱼 ， 形成了联动模式 ， 2021 年总产值 6 . 5 亿元 ， 经济和社会效益可观 。 内蒙古超牌新材料股份有限公司着眼于高岭石泥岩型煤矸石的高值化利用 ， 研发超细煅烧高岭土产品 ， 用于涂料 、 造纸 、 电泳漆 、 塑料橡胶 、 高性能混凝土 、 陶瓷 、 建材等领域 ， 目前总产能达 35 万 t。 此外 ， 山西永昌集团采用 “ 100 % 煤矸石超内燃式制砖 + 国内首创隧道窑高温带和冷却带余热回收发电 + 发电余汽供暖梯级利用 ” 的先进技术装备 ， 建设投产了年处理 100 万 t 煤矸石 、 制备 2 亿块烧结砖的生产线 。

目前 ， 一些地区和企业密切合作 ， 开展顶层规划 ， 加快项目布局 ， 形成了具有区域特色的煤矸石综合利用路径 。 总体上看 ， 在矿产资源丰富的中西部地区 ， 煤矸石集中度高 ， 下游建材市场需求不足 ， 资源化利用多以制备烧结砖为主 ， 市场需求相对单一 。 但在矿产资源匮乏的华东地区 ， 煤矸石作为一种稀缺资源 ， 广泛用于制备装配式建筑材料 、 免烧陶粒 、 陶瓷等建材制品 ， 煤矸石综合利用产业的经济效益得到充分体现 。 不论是哪个地区 ， 都采取了余热利用的低碳节能措施 。

3 我国煤矸石综合利用存在的主要问题

3.1 顶层设计缺乏，煤矸石综合利用产业无序发展  

具体表现为 ：（ 1 ） 一些煤炭产地特别是煤炭依赖型城市 ， 尚未针对煤矸石综合利用制定专项规划和长远设计 。 煤炭依赖型城市多关注煤炭资源开采所带来的短期经济收益 ， 而未对煤矸石固体废物带来的长期生态环境隐患给予足够的重视 ， 既未制定综合利用政策和规划 ， 也未制定促进煤矸石综合利用的地方法规和规章 。（ 2 ） 大型煤矿企业对煤矸石的持续管理重视程度不够 。 很多煤矿企业建设早 ， 那时综合利用煤矸石缺乏技术和政策支持 ， 因而有的未针对煤矸石处置制定利用规划方案 ， 即使制定了规划方案 ， 执行也大多不尽如人意 ， 对煤矸石的处置仍以 “ 一堆了之 ” 等简单粗暴的处理方式为主 ， 留下了严重的生态环境隐患 。 2016 年生态环境保护督察工作启动后 ， 一些地方按督察和整改要求补充了煤矸石山生态修复和土地复垦等内容 ， 但与预期目标还存在差距 ， 2022 年 4 月披露的生态环境保护督察典型案例也反映出这一情况 。（ 3 ） 部分企业将煤矸石交由缺少固体废物处理资质或未配套相应环保设施的第三方企业进行不合规处置 。 由于监管缺失 、 责任认定复杂 、 地方政府与企业法律意识淡薄等原因 ， 有的企业的煤矸石被非法转移 、 倾倒 、 乱堆或不规范填埋 。 例如 ， 在回收完煤矸石中高岭土等有价组分后 ， 将剩余煤矸石随意堆放 ， 对环境造成严重污染 ， 违反 《 固体废物污染环境防治法 》 的处置要求 。

3.2 区域供需不均衡，前端分类预处理缺乏规范  

具体表现为 ：（ 1 ） 煤矸石区域供需不均衡 。 在煤矸石排放量巨大的地区 ， 煤矸石堆存占地面积大 ， 已成为城市 “ 顽疾 ”， 带来了沉重的安全生产和环境保护负担 。 但在资源短缺的东部地区 ， 煤矸石则摇身一变 ， 成为生产水泥 、 砖瓦等建筑材料的抢手资源 。 然而如将煤矸石及其综合利用产品运至东部地区 ， 运输成本过高 ， 并不划算 。（ 2 ） 前期缺乏煤矸石分类预处理的规范要求 。 煤矸石组成复杂 ， 即使同一矿区排放的煤矸石 ， 其物相成分有时也有差异 ， 利用方式也不尽相同 。 例如 ， 山西 、 内蒙古部分地区的煤矸石以高岭土系为主 ， 具备代替高岭土矿资源的属性 ， 可有效甄选和利用其中的高岭土成分 ， 而其他煤矸石则无此属性 ， 只能寻求其他利用路径 。 此外 ， 有些煤化工企业同时排放煤矸石 、 气化渣等多种固体废物 ， 因缺乏相关标准和规范要求 ， 未开展前期分类便将不同类型煤矸石混合堆放 ， 或者将煤矸石与其他固体废物混合堆放 ， 给后端分类和综合利用带来了困难 。

3.3 限制与支持政策存在矛盾，部分政策执行力度不足  

具体表现为 ：（ 1 ） 限制性政策与支持性政策存在矛盾 。 近几年 ， 一些部委与地方政府出台政策和实施方案 ， 大力支持煤矸石综合利用 ， 但并未针对煤矸石综合利用项目明确能耗优先配置或豁免等鼓励措施 ， 大多数地区仍将煤矸石中的热值计入地方能耗指标 ， 将煤矸石制备建材等项目与传统建材项目同等对待 ， 纳入 “ 两高 ” 或限制类产业进行管理 ， 导致综合利用项目落地难 。（ 2 ） 部分政策执行力度不足 。 近年来 ， 国家鼓励使用节能环保的新型墙材 ， 但部分地区对黏土 、 页岩等传统资源制备建材的产能腾退力度不足 ， 实心砖 、 黏土砖制品依旧盛行 ， 导致煤矸石综合利用产品的市场竞争力低 、 市场空间小 ， 进而导致新建项目立项审批难 ， 阻碍了煤矸石综合利用产业的发展 。

4 促进我国煤矸石综合利用的政策建议

4.1 加强顶层设计，统筹煤矸石综合利用项目的规划  

建议充分发挥规划的顶层设计和引导作用 ， 加强煤炭依赖型城市和大型煤炭企业对煤矸石综合利用项目的统筹布局 。（ 1 ） 针对煤炭依赖型城市 ， 地方发展与改革 、 工信 、 自然资源 、 生态环境等部门 ， 依据本地区煤矸石的存量 、 增量及组分 ， 出台本地区的煤矸石综合利用规划 ， 完善相关产业准入 、 产业支持 、 产业限制等政策 ， 根据地方产业发展目标统筹调配煤矸石资源 ， 构建煤矸石综合利用项目链 ， 引导煤矸石综合利用产业健康有序发展 。（ 2 ） 各地按照 “ 无废城市 ” 建设相关要求 ， 针对大型煤炭企业要求编制煤矸石综合利用解决方案 ， 加强煤矸石综合利用项目布局 ， 争取到 “ 十四五 ” 时期末实现煤矸石等固体废物贮存的零增长 。（ 3 ） 建议地方政府对属地煤炭企业的煤矸石综合利用开展检查评估 。 在全国范围内评选示范引领区域和企业 ， 并给予财税减免 、 资金补贴等支持 。

4.2 建立产品标准化和绿色采购等制度，解决综合利用产品销售难的问题  

（ 1 ） 建立健全综合利用产品标准 ， 强化煤矸石技术标准引领 ， 从根本上消除消费市场对煤矸石综合利用产品安全性的疑虑 ， 提高其市场认可度 。   （   2   ）   建立绿色采购制度   。   地方政府在采购中优先选用符合标准的煤矸石综合利用产品   ，   如鼓励生态文化旅游产业等项目在建设中优先选用符合相关标准的新型煤矸石建材产品   ；   鼓励矿山企业在充填采矿法中优先选用煤矸石充填材料   ，   包括充填胶凝材料   、   充填骨料等   。

4.3 强化前端预处理，为提高资源利用效率奠定基础

前端预处理对煤矸石全量资源化利用提供重要保障 ， 各地应重视煤矸石的预处理和分类管理 。（ 1 ） 在煤矸石集中的地区 ， 针对不同组分 、 不同热值的煤矸石做好前期摸底调查及检测分析 ， 因地制宜地制定煤矸石预处理规程 ， 依据不同利用途径开展相应的集中预处理 。 例如 ， 从全产业链的角度看 ， 可先利用煤矸石中的有机质 ， 为化工 、 冶炼等行业提供优质原料 ， 再将煤矸石用作砂石骨料 、 路基回填料 、 制砖原料 、 陶粒原料等 ， 实现煤矸石的全量化和高值化利用 。（ 2 ） 煤矸石产生企业按照不同固体废物的末端利用要求 ， 建设相应标准的堆存库 ， 做到分类堆存和分品种属性堆存 ， 既提升后端综合利用产品的质量 ， 也降低后端综合利用的难度和成本 。

4.4 精准施策，提高资源能源利用效率与行业低碳绿色发展水平  

加强部门政策协调 ， 提高支持政策的精准度和协同性 。（ 1 ） 建议国家基于 《 国家鼓励发展的重大环保技术装备目录 》《 国家工业资源综合利用先进适用工艺技术设备目录 》《 产业结构调整指导目录 》《 建设项目环境影响评价分类管理名录 》 等重点准入依据 ， 建立煤矸石综合利用项目技术与装备细分管理清单 ， 与传统的建材行业实施差异化管理 。（ 2 ） 煤矸石综合利用产品可替代一次性建材资源 ， 减少煤炭的开采和使用量 ， 具有节约资源能源和降低碳排放的综合效应 。 基于市场对建材需求的客观现实 ， 对于煤矸石综合利用类项目 ， 建议不将煤矸石原料本身的热值纳入能源消耗总量控制指标 。 这样可提高资源和能源综合利用效率 ， 减少煤矸石的堆存和自燃 。（ 3 ） 建议国家尽快制定固体废物综合利用项目的节能 、 降碳 、 减排等标准 ， 解决煤矸石综合利用项目立项难和落地难的问题 。

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