煤基大宗固体废物“分级分质”利用技术现状、问题及对策研究

煤基固体废物(以下简称“煤基固废”)大量产生于煤炭开采和利用过程中，难以实现综合利用，其长期堆积导致资源浪费并对生态环境造成影响。本文针对我国煤基固废综合利用，总结了煤矸石、粉煤灰和煤气化渣的综合利用技术途径、场景及存在的问题，探讨了煤基固废综合利用理论与技术发展趋势，指出了煤基固废用于土壤改良与重构技术、煤矸石成土技术、煤基固废作为未来绿色资源的储备技术等潜在技术研发重点，以期为“无废城市”建设，尤其是西部煤炭富集区域“无废城市”建设提供技术支撑。

以煤矸石、粉煤灰、煤气化渣为代表的煤基大宗固体废物是煤炭开采与利用过程中所形成的一般工业固体废物，具有产生量大、产速快、成分复杂的特点，其堆存量远高于消耗量。我国煤基大宗固体废物产生量庞大，其中煤矸石、粉煤灰的年产生量约为8亿t，煤气化渣约为7100万t。一方面，煤基大宗固体废物的大量堆存不仅挤占土地资源，一旦处置不当还会造成矸石山自燃，对周边土壤、地下水和大气造成污染。另一方面，煤基大宗固体废物具备多样化的潜在利用价值：含碳量高的特点使其可用于能源回收利用，如部分企业采用特定的热解、气化技术将固体废物转化为热能和电能；硬度高、热值大的特点使其可用于生产建筑材料，如砖、砌块等；煤矸石含有一定的矿物质成分，可用于改良土壤，粉煤灰具有一定的胶凝性和火山灰活性，能在土壤改良中起到保持水分、增加透气性的作用，且可在湿地生态建设等项目中作为基质材料；煤矸石、粉煤灰、煤气化渣中铝、碳、硅等元素含量丰富，常用于生产铝系和硅系化学产品，如硫酸铝、聚合氯化铝、铝硅铁合金等；煤矸石中还含有镓、锗等稀有元素，在未来具有较高的潜在利用价值。

然而，受运输距离短、市场消纳小以及生态利用市场与整体体系不够完善等条件的限制，煤基大宗固体废物难以得到全面、完善的综合利用。随着人们对生态环境质量的要求不断提高，美丽中国建设稳步推进，“无废城市”建设已经深入到城市建设、工业升级和人们生活的方方面面，实现我国煤基大宗固体废物综合利用已势在必行。特别是在我国西部煤炭主产区鄂尔多斯市、榆林市、乌鲁木齐市等能源富集型“无废城市”试点区域，通过“多技术、多产业、多方位、多时空”的协同方式解决煤基大宗固体废物综合利用问题已成为必然选择。

煤基大宗固体废物综合利用技术发展趋势：当前的核心突破点在于对煤基大宗固体废物中有益元素的激发和有害元素固化技术的研发。在此基础理论指导下，重要的技术发展趋势包括：煤基固体废物用作土壤改良与重构技术、煤矸石成土技术、煤基固体废物作为未来绿色资源的储备技术。

图1 煤基大宗固体废物“分级分质”利用技术路线

图2 煤炭资源利用过程及矸石降产途径

图3 煤矸石综合利用途径

图4 粉煤灰综合利用途径

图5 煤气化渣综合利用途径

图6 丹麦卡伦堡生态工业园技术路线图

图7 新疆“煤来渣往”固体废物生态解决矿山生态环境问题利用模式示意图

图8 煤基大宗固体废物理论研究与技术发展

解决煤基大宗固废综合利用的关键是进行煤基大宗固废多技术、多场景的分级分质利用，从源头减量端持续发力，控制煤基大宗固废含碳量与含污量；从应用技术端持续推动多技术协同分级分质解决煤基大宗综合利用，整合区域不同行业资源，创造多产业协同的煤基大宗固废综合利用场景，在西部煤炭富集区域探索固废耦合矿区生态修复技术，支持煤基大宗固废作为未来资源的绿色封存技术。