11月5日，山西忻州市一村民在棄土棄矸平田造地場撿拾煤塊時死亡，死者親屬、從事喪葬服務(wù)者5人去現(xiàn)場入殮時昏迷，經(jīng)搶救無效相繼死亡。

近日，山西忻州政府網(wǎng)公布的中央生態(tài)環(huán)境保護督察組“回頭看”轉(zhuǎn)辦群眾舉報案件邊督邊改公開情況顯示，6名村民系一氧化碳中毒死亡，造地項目未辦理立項、環(huán)評審批等手續(xù)。

當(dāng)?shù)卮迕窠榻B，煤礦傾倒煤矸石已有多年，周邊村民常去撿拾煤塊，偶爾會有煙氣冒出，并伴有刺鼻氣味。

從河曲縣政府獲悉，經(jīng)專家組分析認(rèn)為，特殊地質(zhì)條件、地形地貌、煤矸石堆集和氣象條件等綜合因素，導(dǎo)致了6名村民死亡。

忻州市政府網(wǎng)站公布的“回頭看”文件顯示，事故發(fā)生后，河曲縣成立了專家組。經(jīng)查，事發(fā)地丁家溝村周邊屬于高硫性地質(zhì)礦床，上世紀(jì)70年代曾進行硫磺礦開采，可能存在硫化氫等有害氣體溢出，同時平田造地場煤矸石堆集，也會釋放硫化氫等有害氣體。

此外，事發(fā)地北東西三面背風(fēng)，通風(fēng)條件極差。此區(qū)域在微風(fēng)、靜風(fēng)、濕度較大等氣象條件下，有害氣體容易集聚占位，導(dǎo)致空氣中含氧量降低，易造成人員窒息性休克傷亡。

另據(jù)河曲縣氣象局監(jiān)測，11月4日至5日，事發(fā)區(qū)域有霧霾天氣，易短時間形成局部特殊氣象條件，不利于有害氣體擴散。

煤矸石的危害

矸石在矸石場存放過程中，隨著表面水分的逐漸蒸發(fā)，遇到大風(fēng)天氣易產(chǎn)生風(fēng)蝕揚塵。長期暴露于空氣中易受風(fēng)化而發(fā)生自燃，產(chǎn)生大量的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氫、含氮氧化物等有毒有害氣體使空氣受到污染。

矸石露天堆放，經(jīng)降雨淋溶后，可溶解性元素隨雨水遷移進入土壤和水體，可能會對土壤、水環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，其影響程度取決于淋溶液中污染物的排放情況及所在地的環(huán)境性質(zhì)。

矸石壩存在潰壩風(fēng)險，矸石場潰壩一方面破壞下游植被，另一方面危害下游居民人身安全。

因此，積極發(fā)展煤矸石綜合利用項目，有利于緩解矸石污染問題，避免資源浪費。

煤矸石用途

煤矸石綜合利用的途徑很多，但因受到技術(shù)條件和外部因素的限制，實際上正在實行的項目不多。煤矸石的傳統(tǒng)利用途徑主要為回填煤礦采空區(qū)、鋪路、土壤改良、做建筑材料和發(fā)電等。

1  回填煤礦采空區(qū)

煤矸石回填煤礦采空區(qū)就是將煤矸石用于礦井回填，用煤矸石置換出煤炭，可以采用煤矸石不出井的采煤方式，直接填充采空區(qū)，減少煤矸石的排放量和地表下沉量。利用煤矸石作塌陷區(qū)充填原料，可大量地消耗煤矸石，是目前最好的煤矸石處理方式之一。

2  鋪路

法國道路公路技術(shù)研究部和道路橋梁實驗中心的研究表明，煤矸石可以作為很好的建筑充填材料。將煤矸石分層鋪成35cm左右厚的路基，壓實后密度可達(dá)1.8t/m3，這樣路基就具有良好的防透水性。法國北部所有的載重車道路都是使用這種材料做路基。近些年來，以煤矸石作為路基材料，廣泛用于城市鄉(xiāng)村道路、輕重型汽車道路、鐵路路基、人行道、公園小路和運動場地等。徐豐公路龐莊礦區(qū)段塌陷區(qū)1.2km長路段的路基，全部采用煤矸石填筑，使用性能良好。

3  土壤改良

近年來，以煤矸石為載體生產(chǎn)有機復(fù)合肥和微生物有機肥料等的技術(shù)發(fā)展很快。利用煤矸石制備有機復(fù)合肥料，主要是利用煤矸石中含有的植物生長所必須的元素，如N、P、K、B、Cu、Zn、Mo、Co等。以煤矸石和磷礦粉為原料基質(zhì)，外加添加劑等，可制成煤矸石微生物肥料，這種肥料可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、種植業(yè)等。研究表明，煤矸石中的有機質(zhì)含量越高越好。有機質(zhì)含量在20%以上，pH值在6左右的碳質(zhì)泥巖經(jīng)粉碎并磨細(xì)后，按一定比例與過磷酸鈣混合，同時加入適量添加劑，攪拌均勻并加入適量水，經(jīng)充分反應(yīng)活化并堆漚后，即成為一種新型實用的肥料。錢兆淦等利用碳含量較高的煤矸石作為主要原料制成的有機-無機復(fù)混肥料，在陜西渭南地區(qū)進行田間試驗表明，蘋果施用煤矸石肥料比施用等養(yǎng)分含量的摻合化肥和市售蘋果專用肥增產(chǎn)效果明顯，平均增產(chǎn)19%～37%。

4  建筑材料

由于煤矸石具有一定的可塑性和燒結(jié)性，在經(jīng)過均化、破碎、凈化和陳化等工藝加工處理后，可用于制磚。目前，煤矸石制磚已成為煤矸石利用最為普及的一個方面，應(yīng)用地區(qū)廣，生產(chǎn)工藝成熟。我國每年生產(chǎn)煤矸石磚約130億塊，生產(chǎn)廠家超過1000個，種類包括燒結(jié)實心磚、空心磚、多孔磚、免燒磚、內(nèi)燃磚、釉面磚、高檔瓷磚等。利用煤矸石制空心磚，實現(xiàn)了制磚不用粘土，燒磚不用燃料，其社會環(huán)境、經(jīng)濟效益均超過了粘土實心磚。

5  煤矸石燃燒發(fā)電

煤矸石發(fā)電廠是指利用煤矸石作為燃料的發(fā)電廠。煤矸石發(fā)電，其常用燃料熱值應(yīng)在12550kJ/kg以上，可采用循環(huán)流化床鍋爐，產(chǎn)生的熱量既可以發(fā)電，也可以用作采暖供熱。將煤矸石用于在沸騰爐中燃燒發(fā)電或者供暖，這種方法不但可以節(jié)省一部分能源消耗，而且燃燒后的灰渣還可以作為生產(chǎn)水泥等建筑材料的原料來使用，一舉兩得。攀枝花煤業(yè)集團將燃燒后的粉煤灰用于水泥摻合料，粉煤灰的添加量達(dá)到40%。目前，煤矸石等低熱值煤發(fā)電裝機規(guī)模不斷增長，為國家的節(jié)能減排做出了巨大貢獻。經(jīng)過30多年的發(fā)展，全國煤矸石等低熱值煤發(fā)電裝機已約達(dá)3000萬kW，加上在建機組，總裝機規(guī)模約達(dá)3500萬kW。雖然煤矸石發(fā)電裝機在全國煤電總裝機中占比不到4%，但年可燃用煤矸石、煤泥、中煤等低熱值燃料1.35億t，相當(dāng)于4000萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，同時代替了上千臺礦區(qū)供熱小鍋爐，對保護礦區(qū)生態(tài)環(huán)境起到了重要作用。

6  煤矸石的高效利用

在我國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟轉(zhuǎn)型期，煤炭產(chǎn)業(yè)面臨調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化重組，延伸產(chǎn)業(yè)鏈、尋求戰(zhàn)略合作的新格局。煤矸石的充分利用，多元開發(fā)市場，與下游產(chǎn)品企業(yè)對接合作，不失為一條發(fā)展之路。煤矸石其化學(xué)組成主要為SiO2和Al2O3等，可以作為下游精細(xì)加工業(yè)的原料，以此來提高煤矸石的附加值。其終端產(chǎn)品的市場分布在陶瓷、耐火材料、橡膠工業(yè)、涂料、塑料、4A分子篩、鋁硅鐵合金等十多個行業(yè)。

(1)  分離有用成分

根據(jù)煤矸石中不同的化學(xué)元素，從煤矸石中提取的化工產(chǎn)品包括：①鋁系化工產(chǎn)品，如氧化鋁、氫氧化鋁、硫酸鋁和結(jié)晶氯化鋁等。任根寬等以煤矸石和石灰石為原料，采用煅燒活化方法制備得到的Al2O3，鋁的提取率可以達(dá)到90%以上。②硅系化工產(chǎn)品，利用煤矸石中的硅元素可以生產(chǎn)SiC、Na2SiO3、SiCl4等多種硅系化工產(chǎn)品。③碳系化工產(chǎn)品，如白炭黑、硅鋁炭黑等。④其他化工產(chǎn)品，如鈦白粉和鎵等。由于部分煤矸石中含有Ti、Ga等稀貴金屬元素，同樣也可以采用適當(dāng)?shù)姆椒◤拿喉肥谢厥誘iO2和金屬Ga等。

(2)  生產(chǎn)水玻璃

煤矸石中的鋁硅礦物主要以高嶺石為主，研究者通常側(cè)重于用酸法提取其中的氧化鋁，而對酸渣的合理利用較少涉及。事實上，煤矸石提取氧化鋁后的渣量是煤矸石的70%以上。學(xué)者們發(fā)現(xiàn)煤矸石酸解渣可用來制備水玻璃，二氧化硅的浸提率可達(dá)80%以上。

(3)  合成耐高溫陶瓷材料

由于煤矸石的主要成分是SiO2、Al2O3和MgO等，這些氧化物是合成堇青石和莫來石的主要成分。以煤矸石、用后滑板磚和用后鎂鈣磚為原料，采用石墨、淀粉和復(fù)合添加劑為造孔劑，可以制備出多孔堇青石材料。該材料氣孔率為44.9%，熱膨脹系數(shù)為2.14×10-6K-1，荷軟點為1290℃，具有優(yōu)良的高溫使用性能。以50%的煤矸石，50%的純相氧化物(Al2O3、MgO、SiO2)為原料，在1150～1250℃煅燒3～5h可以得到顆粒狀堇青石陶瓷粉體。近幾年，國內(nèi)對煤矸石高溫氮化反應(yīng)合成Sialon復(fù)相材料的研究越來越多。以煤矸石和炭黑為原料，采用二次氮化法制備了b-Sialon材料，最后分別以不同量的SiC取代a-Al2O3粉，可以制備不同復(fù)合比例的b-Sialon-SiC復(fù)合材料。

(4)  生產(chǎn)建筑用節(jié)能保溫材料

利用廢棄煤矸石生產(chǎn)保溫磚，既利用固廢、保護環(huán)境，又能促進新墻材的應(yīng)用，推進建筑節(jié)能，有巨大的綜合效益。以煤矸石為原料生產(chǎn)的多孔保溫磚的氣孔率為45.7%，導(dǎo)熱系數(shù)小，為1.49W/(m2?K)，用作墻體磚時，比普通墻體磚所需的保溫材料大幅減少。

(5)  生產(chǎn)多孔陶瓷

煤矸石中含有較多的Al2O3、SiO2，再加上其本身的理化性能，可以用來制備多孔陶瓷材料吸附或者吸聲等。秦巧燕等將煤矸石進行高溫焙燒再硫酸活化后用來吸附含鉻廢水，去除率可達(dá)99%以上。張繼香等以煤矸石為主要原料，加入造孔劑和其他外加劑，采用凝膠注模工藝制備得到高頻吸聲性能優(yōu)越的多孔吸聲材料，其孔隙率可達(dá)81.6%。隨著材料制備技術(shù)的發(fā)展，研究者們不僅可以利用煤矸石制備出SiAlON、堇青石、莫來石、SiC等陶瓷材料，而且他們希望將制備得到的陶瓷材料微納米化、多孔化。微米級多孔陶瓷是擔(dān)載型微孔陶瓷膜的支體，同時也是各種催化劑的載體。侯新梅等以煤矸石、滑石為原料，以活性炭粉為造孔劑，合成的堇青石多孔陶瓷的抗折強度為29.1MPa，顯氣孔率為39.8%。

(6)  生產(chǎn)分子篩

同樣地，煤矸石中含有大量的SiO2和Al2O3，這些組分也正是合成分子篩的主要原料。以煤矸石制備分子篩不僅解決了分子篩合成的高成本問題，而且又能提高煤矸石制品的附加值。楊建利、孔德順、王茜等分別研究制備了4A型、P型和X型的分子篩。

(7)  生產(chǎn)分子篩-活性炭復(fù)合材料

以煤矸石為原料，對于分子篩/活性炭復(fù)合物的開發(fā)，研究學(xué)者曾利用不同的方法得到過該種材料。譚建冬等通過往煤矸石和瀝青組成的混合原料中加入白炭黑作為硅源補充來提高原料的硅鋁比，并經(jīng)過炭化、活化及水熱晶化成功合成出了X型分子篩活性炭復(fù)合物。Ma等將煤矸石原料經(jīng)過K2CO3浸漬，隨后在800℃下進行活化，水熱反應(yīng)后可以得到條狀活性炭/A型分子篩復(fù)合材料。本課題組以富含石英的煤矸石為主要原料，經(jīng)氫氧化鈉堿熔活化、水熱反應(yīng)合成出13X型分子篩-活性炭復(fù)合材料。

(8)  煤矸石制備鋁硅鐵合金

通常情況下，研究者都是先將煤矸石中的鐵元素去除后再進行其他產(chǎn)物的提取與合成。若將煤矸石成分中這一部分鐵元素也利用起來，采用直流自焙電弧爐冶煉法，可以用來制備鋁硅鐵合金。

(9)  煤矸石制備甲醇

除上述應(yīng)用途徑之外，含碳量較高的煤矸石可以用來制備甲醇。內(nèi)蒙古天時建環(huán)保科技有限責(zé)任公司利用HTCW高溫?zé)峤鈿饣夹g(shù)承擔(dān)了20萬t煤矸石制甲醇示范項目。也可以先將煤矸石熱解氣化，產(chǎn)生的煤氣用來發(fā)電，剩余的粉煤灰采用合適的方法分離出氫氧化鋁和硅系化合物，然后用煤氣發(fā)出的電用于氫氧化鋁電解鋁的生產(chǎn)，實現(xiàn)煤矸石的綜合利用。

(10)  其他國內(nèi)外最新應(yīng)用方向

煤矸石富含石英、高嶺石和碳等，還可作為高分子復(fù)合材料填料。近年來，煤矸石用作高分子材料填料的應(yīng)用也開始活躍起來。王萬軍等采用沉降提純、漂白、粉粹和煅燒等工藝處理煤矸石，獲得了白度達(dá)到76.3%的微米粉體，用硅烷偶聯(lián)劑進行表面改性后作橡膠填料，獲得了與炭黑相當(dāng)?shù)难a強效果。另外，由于污水處理對廉價絮凝劑、吸附劑的巨大需求以及煤矸石富含硅、鋁和鐵的成分特點，近年來對煤矸石制備復(fù)合絮凝(混凝)劑和吸附劑進行了許多研究，隋智慧將煤矸石焙燒(700℃)后與硫鐵礦燒渣配合，再經(jīng)酸浸、高壓堿溶與聚合，制備了聚硅酸鋁鐵，產(chǎn)物對造紙綜合廢水具有明顯的處理效果。