固废协同处置新政策动态及解读、协同处置热门技术路演、行业市场壁垒突破交流
水泥、钢铁、火电等工业窑炉，炼油、煤气化、污泥、烧碱等石化化工行业企业、替代燃料相关企业
摘要：煤炭是我国主要能源，是能源安全的压舱石。煤矸石作为采煤和洗煤加工过程中的必然产物，每年产出量达7 亿t 以上，亟需规模化、生态化利用技术，以破解煤矸石作为企业发展绊脚石的难题。在分析煤矸石大规模利用中的生态损伤机理的基础上，提出煤矸石规模化生态利用原理，从技术视角探讨了环境安全的规模化生态利用具体解决途径，提出了酸性煤矸石山原位污染控制与生态修复和煤矸石地面充填造地两大规模化生态利用方式关键技术。结果表明：① 煤矸石规模化生态利用的关键是环境污染的防控，通过对矸石的可利用性和经济性评价，结合风险管控手段，可实现煤矸石规模化生态利用。② 对已堆积的矸石山采用原位污染控制基础上的植被恢复以实现生态化利用，提出了污染源头诊断−防灭火与污染阻隔−植被恢复一体化的生态利用技术。基于矸石氧化产酸产热导致污染的机理分析，采用热红外与测绘技术相耦合进行煤矸石山深部燃点(氧化点) 定位；研发了杀菌剂与还原菌耦合的氧化抑制剂并结合惰性材料覆盖碾压进行抑氧隔氧污染阻隔；对自燃区采用喷浆控火与注浆灭火结合的安全灭火技术；氧化抑制剂结合惰性材料覆盖碾压的长效防火技术；提出以乡土草灌为主的防燃型植被恢复技术，可实现酸性煤矸石山的原位污染控制与生态修复。③ 通过地面充填生态化利用可行性分析、充填生态化利用技术和维护管理长期监测，可实现煤矸石地面充填造地的生态化利用。其关键是矸石材料筛选的污染风险分析、地面充填场地选择的可行性分析以及充填全过程的环保措施，包括充填前的场地底部防渗阻隔、渗滤液导排等安全环保措施，充填中的分层充填技术、防火控酸的污染防控和土壤剖面重构技术，充填后的侵蚀控制、植被恢复等技术。煤矸石规模化生态利用不仅解决了矿区固废堆存带来的生态环境问题，还通过对新、旧矸石的科学合理利用，打造矿区生态修复的新模式。
关键词：煤矸石；规模化；生态利用；污染防控
中图分类号：TD88 文献标志码：A 文章编号：0253−9993(2024)02−0978−10
煤炭作为基础能源在我国一次能源消费中的占比长期大于50%，为我国的经济建设、社会发展贡献了重要力量。2022 年，我国煤炭产量达到45.6 亿t，煤炭消费量占一次性能源消费总量的56.2%[1]。随着碳达峰、碳中和战略实施以及国家能源产业结构的调整，煤炭消费量在一次能源消费总量的占比将会有所下降，但煤炭作为我国能源安全的压舱石地位短期不会发生改变[2]。
煤矸石是采煤和洗煤加工过程所排出的主要固体废物，产量占原煤产量的15%～30%，有的地方甚至达到30%～ 40%， 占中国工业废弃物年排放量的25%[3]。2021 年我国煤矸石产生量达到7.43 亿t，根据预测到2025 年，我国煤矸石年产量将达到8.00 亿t[4] 。不同聚煤阶段沉积的含煤地层的岩性和矿物成分不同，煤矸石的成分也不同，呈现出一定的区域差异。由于成分差异较大，煤矸石的综合利用途径也不同。在资源节约、能源利用、生态保护、污染防治等政策要求和相关激励机制的支持下[5]，煤矸石综合利用途径越来越多。目前，煤矸石在建筑[6]、发电[7]、农业[8]和回填[9]等领域得到了广泛应用。也探索了将煤矸石转化成化工产品、环保材料[10]，进行有价元素提取[11]和用于对采空区的充填[12]等方面的应用。多年来，研究人员一直致力于开发大规模有效利用煤矸石的方式。2020 年，我国56% 的煤矸石用于采空区回填、筑路和土地复垦，30% 左右用于发电，其余用于生产建筑材料[13]。据《2022 年煤炭行业发展报告》，2022 年全国煤矸石综合利用率为73.2%[14]。且东西部差异巨大，我国西部山西、内蒙古、陕西、新疆和贵州等产煤大省其煤矸石产生量占到全国总产生量的78.74%[5]，但利用效率明显低于东部地区，其主要原因为：一方面煤矸石井下充填成本高，经济合理性有待提高；另一方面煤矸石发电、制砖等利用方式不仅在总量上无法满足处置要求，而且受市场因素影响波动较大。因此，缺乏合理利用途径、大量煤矸石堆积已成为阻碍矿区可持续发展的“绊脚石”。
1 煤矸石规模化生态利用的概念与原理
1.1 煤矸石规模化生态利用的概念与原则
煤矸石规模化生态利用即以生态化的方式将煤矸石回归自然，实现大规模利用的同时，减少其对生态环境的影响。煤矸石规模化生态利用的方式主要包括2 类：已堆积煤矸石山原位生态修复方式和新排煤矸石地面充填造地方式。
1.2 煤矸石规模化利用的生态损伤机理
当矸石山内部供氧不足时，主要发生如下反应[15]：
当空气系数 > 1% 时，硫铁矿(FeS2) 与过量空气接触，燃烧反应激烈，释放出大量的热量和SO2[15]：
湿润环境中，在嗜酸性氧化亚铁硫杆菌的作用下，将FeS2 氧化为Fe2(SO4)3 和[16]：
这些氧化作用产生的SO2 等气态污染物随着大气传输，对周边大气环境造成污染；酸性物质进一步将煤矸石中可能存在的重金属等有毒有害物质溶出，并随着渗滤液和地表径流迁移，进入周边土壤或地下水，造成水土污染(图1)。
图 1 煤矸石规模化利用生态损伤机理
1.3 煤矸石规模化生态利用原理
1.4 煤矸石规模化生态利用流程
煤矸石规模化生态利用流程可大致分为2 个部分，分别是对于新排矸石的生态化利用和对现存煤矸石山的生态化利用。对于新排矸石规模化生态利用首先要进行可利用性和经济性评估，根据GB/T29163—2012《煤矸石利用技术导则》，根据其特性判断其是否可作为燃料、建材、路基、生产化工产品或是农用，综合考虑其运输、加工等可能的成本，综合判断其产品化利用的可能性。如果煤矸石不具备产品化利用的可能性，可考虑进行生态化地面充填。生态化充填首要考虑的是安全性的问题，要在对充填场地及其周边受影响区域进行生态环境、水文地质、气象、土地利用情况等现状进行调查和对需充填的煤矸石进行污染特征分析的基础上开展生态化充填的风险评估，包括对于充填造地需求的必要性分析、充填场地的地质稳定性的评估和环境风险评估。如果评估结果风险可接受，可以直接开展充填和配套的污染控制工程的设计、施工等；如果评估结果风险不可接受，则需要在充填前设计阻隔层等风险管控措施，最后进行生态恢复。对于现存的矸石堆场，首先也是要进行风险评估，评估堆场稳定性和对周边生态环境的风险，如果风险可接受则可以直接进行生态恢复；如果风险不可接受，则需要进行风险管控和污染的源头治理(灭火、防火、污染阻隔等)，最后进行生态恢复工程。无论是生态化充填造地还是煤矸石山原位污染控制与生态修复都需要实行长期监测，确保对周围的生态环境不会造成影响。具体技术流程如图2 所示。
2 煤矸石山原位污染控制与生态修复技术
2.1 自燃分期
2.2 自燃监测与治理分区
图 4 煤矸石山表面自燃温度监测定位示意
2.3 安全控火灭火技术
图 5 喷浆控火与注浆灭火结合的安全灭火技术
2.4 防火防污阻隔技术
图 6 覆盖碾压隔氧施工现场
2.5 植被恢复技术
植被恢复是煤矸石山生态化利用的最终目的。针对矸石山原生堆放和防灭火后的困难立地条件，开发了防燃型植被恢复技术(图7)，实现植被恢复后覆盖率在80% 以上。
图 7 植被恢复示意
3 煤矸石地面充填造地规模化生态利用技术
图 8 煤矸石地面充填生态利用技术流程
3.1 矸石充填造地生态化利用可行性分析
3.1.1 矸石材料的可行性
3.1.2 充填场地的可行性
3.2 充填生态化利用技术体系
3.2.1 充填前的安全环保措施
图 9 充填体底部构造
3.2.2 充填中的工艺与技术
图 10 煤矸石地面充填造地工艺示意
3.2.3 充填后的生态化利用技术
3.3 后期维护、管理与长期监测
4 结论与展望
本文对目前亟待解决的煤矸石大规模消纳能否生态环境安全的难题，从技术视角探讨了环境安全的生态利用方法，为推动矸石山原位生态修复和矸石充填造地2 种已经现实存在的矸石规模化生态利用方式的推广应用提供依据和支撑。
来源：煤炭学报
各有关单位
各有关单位：
固体废物协同处置有利于化解区域废弃物处理处置的难题，是循环经济的重要领域，是推进“无废城市”建设的重要举措之一。《“十四五”时期“无废城市”建设工作方案》提出，推动利用水泥窑、燃煤锅炉等协同处置固体废物。我国陆续出台了固体废物协同处置相关政策规范，各行业协同处置利用固体废物产业迅速发展。目前，水泥、混凝土、陶粒、钢铁等行业利用各自的设备、工艺、材料等不同特点协同处置利用各种固体废物得到了广泛的研究与应用。此外，利用生活垃圾焚烧设施阶段性富余能力，协同处置一般工业固体废物已然成为一种新的发展态势。
为促进水泥、电力、钢铁、石化等传统行业深入了解我国固体废物协同处置的最新政策要求，交流固体废物协同处置相关技术、设备，促进固体废物协同处置的规范化发展，中国工业合作协会生态环保产业分会联合行业权威机构于11月29日-12月1日在石家庄共同举办“全国固体废物协同处置交流大会”。
大会将邀请固体废物协同处置相关管理政策研究、技术研发、设施运营管理、设备制造应用，以及投融资等领域资深专家和行业领军人物出席，共同探讨固体废物协同处置技术路径及商业模式。
现将会议有关事宜通知如下，欢迎相关单位或组织积极报名参加。
一
时间与地点
二
大会初步安排
固体废物协同处置管理现状与趋势 固体废物协同处置相关标准、规范编制 水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范与污染控制标准 《燃煤锅炉协同处理固体废物污染控制标准（征求意见稿）》编制说明 固体废物协同处置过程“减污降碳”核算方法与实施路径
工业窑炉协同处理技术国内外发展现状和趋势 燃煤锅炉协同处理固体废物技术与污染控制 钢铁冶炼窑炉协同处置固体废物技术研究进展 水煤浆气化炉协同处置固体废物技术与污染控制 有色冶炼窑炉协同处置固体废物技术与污染控制 循环流化床锅炉协同处置固体废物技术与污染控制 水泥窑协同处置飞灰的污染控制技术 焦炉协同处置固体废物技术 陶粒窑协同处置危险废物技术
生活垃圾焚烧炉协同处置一般工业固体废物 转炉协同处置油漆桶案例实践 污染土壤协同处置污染控制 工业炉窑替代燃料应用案例 固体废物生产建筑材料污染控制要求 固体废物协同处置预处理破碎技术与设备 工业窑炉协同处置危险废物环境监测及安全要求 工业窑炉协同处置危险废物关键设备选型 污泥协同处置技术与设备选型
（二）现场交流
本次大会将面向全行业征集当前固体废物协同处置亟待解决的疑难问题和关心的热点、焦点、难点，并在会议现场设置专家问诊台，邀请资深专家和业内精英现场与参会代表面对面交流，为企业答疑解惑。
为精准对接固体废物协同处置技术、设备和项目信息，推广先进适用技术和最佳环境实践、设备及其项目，本次大会共设置20个企业展位，展示企业自主知识产权的技术和设备，并与客户面对面交流互动，实现精准匹配供需。
三
参加单位
四
组织单位
五
收费标准
六
联系方式
中国工业合作协会生态环保产业分会
联系人：靳璇
电话：15340185730 (微信同步)
办公电话：15701689151
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