刘树森，云治厚，其其格，白云松，柴 静

(1.锡林郭勒职业学院褐煤粉煤灰工程技术研究院，内蒙古 锡林浩特 026000；2.中国人民政治协商会议内蒙古自治区委员会，内蒙古 呼和浩特 010010)

我国资源丰富，但种类之间却缺乏均衡，“富煤贫油少气”的资源禀赋使我国能源结构长期倚重于煤炭[1-3]，截至2018年，我国能源结构中煤炭占比近60%，且预计到2025年仍将占据能源结构中近50%的比例[4](图1)。以煤为主的能源结构决定了煤电在我国电力结构中较高的占比，国家统计局2020年数据显示，2019年我国火电装机容量119 055万kW，约占全国电力总装机容量的60%[5]。作为煤炭燃烧产物的粉煤灰也随之大量产生，我国粉煤灰产量在2014年左右达到5亿余吨的峰值，利用率70%左右，每年净增加1亿多吨[5]。内蒙古自治区是国家重要的煤电能源基地，据自治区住建厅统计，2018年全区粉煤灰产量近7 000万t，但综合利用率仅30%左右，给脆弱的草原生态带来了巨大的压力。因此，明晰当地粉煤灰消纳问题及其产生的原因，形成符合地区资源环境特点的合理解决对策，促进粉煤灰综合利用水平的提升，将可以在解决固废污染的同时，丰富产品总类，兼具社会效益与经济效益。

1 研究基础

1.1 研究背景和研究方法

内蒙古自治区政协聚焦自治区粉煤灰的产生与利用，将“提高粉煤灰综合利用水平，加大粉煤灰污染防治力度”列入了《(内蒙古)自治区2019年度政协协商计划》和内蒙古自治区政协主席会议安排，组织专题调研组对粉煤灰相关管理部门和粉煤灰生产的代表性盟市进行调研。调研组通过座谈交流和实地察看的方式对锡林郭勒盟、呼伦贝尔市、鄂尔多斯市的粉煤灰产量、类型、综合利用方式、比例以及现存粉煤灰相关问题进行了考察，通过座谈、函调等方式对包括自治区住建厅、能源局、环保厅等相关部门在粉煤灰消纳领域的政策、所掌握数据及后续工作方向进行了了解。本文以内蒙古自治区政协调研组所获得的数据与信息为基础，结合文献，系统深入地分析内蒙古自治区所面临的粉煤灰消纳问题，并针对性地提出解决对策。

1.2 内蒙古自治区粉煤灰分布现状

由于我国煤炭资源分布相对集中，内蒙古、山西、陕西三省/自治区的煤炭保有量占全国的60%左右[7]，也因此以上省区的火电厂较多，集中产生的大量粉煤灰的消纳问题较为突出。相比沿海和东部地区，煤炭主产区多存在经济发展滞后、远离市场的情况，这更加剧了粉煤灰的产消失衡。

内蒙古自治区是全国主要的煤电基地之一，根据内蒙古自治区工业和信息化厅2019年统计数据，截至2018年底，全区火电装机8 219 万kW，居全国第三，2018年外送电量1 806 亿kW·h，全国第一[8]。随着大量煤炭的使用，每年产生的粉煤灰已近7 000万t(数据来自内蒙古自治区住房和城乡建设厅的统计结果)，随着燃煤电厂的继续投建，该数字还在继续扩大(表1)。

表1 2008—2018年全区粉煤灰产量*

**：预测值。

1.3 内蒙古自治区粉煤灰的主要类型

内蒙古自治区粉煤灰的差异主要体现在Al2O3含量上。以Al2O3含量为标准，内蒙古自治区粉煤灰可分为两类，以锡林郭勒盟和呼伦贝尔市两地区为代表的低铝粉煤灰(Al2O3含量30%以下)和以鄂尔多斯地区为代表的高铝粉煤灰(Al2O3含量30%以上)。其中高铝粉煤灰铝含量最高可达51%，属于优质的提铝原料(表2)。

表2 三盟市粉煤灰中Al2O3含量*

*：数据来源于各盟市政府提供的对2018年粉煤灰的统计数据。

表2中数据显示，相比锡林郭勒和呼伦贝尔，鄂尔多斯地区的粉煤灰中氧化铝含量较高，40%的含量使其具备了提铝的条件。据估算，当地高铝煤全部转化为粉煤灰后预计将产生粉煤灰150亿t[9]，有望成为重要的铝资源，补充我国铝矿的不足。而另外两个地区的粉煤灰中氧化铝含量偏低，在现有技术条件下，经济性较差，不能满足规模化提铝的要求。

除铝含量差异外，内蒙地区粉煤灰多富含微量有价元素，如鄂尔多斯地区粉煤灰中含镓[10]，锡林郭勒地区粉煤灰中含锗[11]，这些元素都有重要的应用价值，直接影响到粉煤灰的利用和消纳方式。

1.4 粉煤灰综合利用现状

调研数据显示，2018年区内所产生的粉煤灰中有2 000余万t实现了综合利用，利用率仅为30%，主要用于生产水泥、建筑用砖和山体修复等方面，其余基本通过回填的方式实现了无害化处理。以2018年鄂尔多斯、呼伦贝尔和锡林郭勒三盟市的粉煤灰生产与消纳数据为例可以看出内蒙古自治区整体粉煤灰利用的现状(表3)。

表3 三盟市2018年粉煤灰产量、利用途径与利用率

**：数据来自于文献[12]。

可以看出，现有的利用途径已经实现了部分粉煤灰的综合利用，但仍有大量粉煤灰需要消纳。以利用率较高的锡林郭勒盟为例，粉煤灰综合利用率42.7%，主要利用方式包括生产水泥、蒸压砖、蒸汽砌块和进行山体修复等。经调查，2018年锡盟近30%的粉煤灰是通过外运至赤峰、北京周边等地进行消纳的。从三个盟市的数据上分析，都普遍存在当地利用规模和下游消费市场规模有限，要解决粉煤灰问题，可重点考虑在外运消纳上做文章。

从利用方法上看，内蒙古自治区粉煤灰利用的主要途径是生产水泥、建筑用砖和山体修复，在调研中也发现均存在一定问题，主要体现在：

(1)水泥生产中添加粉煤灰可以降低成本，但添加粉煤灰后会影响其强度[13，14]，而低强度水泥的市场需求较少，同时水泥的运距较短，因此水泥行业可以消纳的粉煤灰总量有限。

(2)建筑用砖一直是粉煤灰消纳的主要途径，蒸压砖[15]、蒸汽砌块[16]、烧结砖等[17]都是主要的建筑用砖，但这些砖都具有附加值低、运距短的缺点，只适合就地消化，而内蒙古自治区当地市场小，严重限制了该方向的粉煤灰消纳量。

(3)相比以上两个利用方向，山体修复的粉煤灰消纳量更大，但部分地区并未将其统计入综合利用的范畴。因为山体修复、矿坑/矿井回填等在传统概念上是填埋而非利用，且该过程对粉煤灰的处理较为简单，技术含量较低。而且，目前缺乏针对粉煤灰山体修复或矿坑/矿井回填的统一标准，这也从客观上增加了该方向的统计和监管难度。而从需求上看，多数煤炭开采区都有需要回填的矿坑矿井，如果能将山体修复或矿坑/矿井回填的需求与粉煤灰消纳的需求相结合，将可以同时解决两个由煤炭开采利用产生的问题，社会效益较大。

1.5 内蒙古有关粉煤灰综合利用现行政策分析

内蒙古自治区政府以及相关盟市已将粉煤灰综合利用列入了重点工作中，多地出台了相关的政策或指导意见。2017年印发的《内蒙古自治区生态环境保护“十三五”规划》(内政办发〔2017〕95号)中明确提出要鼓励固体废物综合利用和处置的优惠政策，拓宽废物综合利用市场，并指出要促进粉煤灰在提铝和筑路方向的应用。2018年出台的《内蒙古自治区促进新型墙体材料发展办法》(内蒙古自治区人民政府令第233号)，明确提出限制粘土砖的使用，为粉煤灰制品提供市场。2019年3月，自治区工信厅印发的《全区工业和信息化2019年工作要点》(内经信字〔2019〕138号)中，对推进以粉煤灰为主的大宗工业固废的综合利用提出了指导性意见。盟市中，锡林郭勒盟2018年出台了《粉煤灰综合利用管理暂行办法》(锡署发〔2018〕167号)，对粉煤灰的综合利用给出了相对具体的指导意见；鄂尔多斯市直接投入经费为当地电厂与煤化工企业建设规范化堆场，化解粉煤灰堆放问题。以上政策措施体现了自治区政府和相关盟市对于粉煤灰消纳问题的重视，但意见主要针对已有技术的方向指导，且多停留在宏观层面，缺乏直接支持鼓励企业将实用技术落地的具体政策；缺乏在科研层面对于新技术、新方向的支持与引导，不利于企业的投资和项目研发。

2 内蒙古粉煤灰综合利用的主要问题

2.1 利用途径少，综合利用率低

内蒙古自治区煤炭资源丰富，是国家重要的能源与火电基地，粉煤灰产量大，待消纳量大；地域面积大、人口总量小，当地的市场规模有限；地处国家北疆，交通运输条件有限，且粉煤灰的运输需要专业运输方式，使得粉煤灰外运成本高且不便利。同时，内蒙古大草原也是我国北方重要的生态屏障，而草原生态相对脆弱[18]，对粉煤灰的堆存、回填等要求较高。这些特点与现状是导致目前内蒙古自治区大量粉煤灰难以消纳的根本原因，也凸显了内蒙古自治区解决粉煤灰问题的紧迫性。

所列举内蒙古自治区及三个代表性盟市的数据表明，目前内蒙古自治区粉煤灰利用比例接近30%，低于全国70%的平均水平，其余多通过回填进行消纳，利用率偏低。而利用方式中以建筑用砖/墙体材料和水泥生产以及山体修复为主，三者消耗的粉煤灰占粉煤灰总利用量的90%以上，利用途径少。虽然各盟市相关企业也在针对不同性质的粉煤灰尝试多种利用方式进行消纳，但目前还无其他可规模化应用的技术产生。

2.2 回填比例高却缺乏科学统一的标准规范

作为我国主要煤炭产区，煤炭开采中所产生的采空区也有回填和修复的实际需要。调研数据显示，内蒙古自治区通过回填消纳的粉煤灰占总产量的70%，是目前粉煤灰消纳的主导方式。虽然各地方政府以及煤电、煤化工企业均十分重视回填过程，但却缺乏统一的标准。调研显示，部分地区要求企业按照矿坑回填标准进行操作；有些地区要求企业按照垃圾填埋的标准进行操作；还有些地区管理部门无明确标准，要求企业根据环保要求设计厂内的回填操作规范。由于国家和自治区层面并无粉煤灰回填的统一标准和操作规范，容易衍生出新的环境问题，既不利于该消纳方式的推广，也不利于相关管理部门的监管，更直接影响到了相关优惠扶持政策的落实。

2.3 粉煤灰的资源属性开发度低

粉煤灰除主要成分SiO2、Al2O3外还含有Fe、Ca、Ni、Mg等金属氧化物[19]和多种重金属[20]，这使粉煤灰可能带来粉尘和重金属污染的同时，也拥有了丰富的应用潜能[19]。目前已经实现规模化利用的方式主要集中在墙材、建材领域，对粉煤灰的结构与性质要求较低。仅锡林郭勒地区部分含锗褐煤粉煤灰实现了小规模的商业级提锗应用，鄂尔多斯地区粉煤灰中铝和镓的提取仍然处于示范阶段。同时，以SiO2和Al2O3为主要成分的粉煤灰，具有成为优质吸附剂、催化剂和多种功能材料的潜能[21-24]，但目前这些潜在应用方向得到的关注远小于墙材和建材技术，多处于实验室研究阶段。

粉煤灰的消纳，从量上而言更多倚重大宗消纳技术，但其综合利用水平的提升与其资源属性的开发密不可分。在推进大宗利用技术落地的同时，也应重视并切实推动高附加值技术的研发与转化落地。否则粉煤灰所具有的资源属性得不到有效开发，只会使大量潜在资源被浪费。

2.4 政策导向偏差导致重利用轻储运

调研情况和各地出台的粉煤灰治理政策显示，各地对于粉煤灰的“利用”均较为重视，为粉煤灰“利用”企业提供了多种便利条件和优惠政策，这体现了当地政府对于解决粉煤灰问题的重视。但在重视就地使用的同时，却忽视了粉煤灰的储存和运输技术。粉煤灰综合利用的初衷是为了实现粉煤灰消纳，解决当地固废污染问题，在当地市场难以高比例消化所产生的粉煤灰产品时，通过科学合理的储存和多种渠道外运实现粉煤灰的消纳，十分重要且必要。目前，内蒙古自治区及各相关盟市均设有用于支持粉煤灰和相关固废综合利用技术开发的项目和经费，但缺少对储存和运输技术的项目与经费引导。以内蒙古自治区现有的粉煤灰产量和市场规模，很难通过产品的丰富实现粉煤灰的就地利用。而储存和运输技术的不足，使得大量无法被“利用”的粉煤灰只能通过填埋进行无害化处理，这是粉煤灰综合利用率低的重要原因之一。

2.5 科技人才缺乏

内蒙古自治区教育与科技资源相对缺乏[25]，在基础研究与应用技术上均缺少高水平、高层次的研究成果。虽然许多技术可以通用，但粉煤灰的利用技术和消纳方式却因粉煤灰结构性质的差异和地区间资源环境的不同而难以统一。要解决内蒙古自治区的粉煤灰问题，完全靠技术的直接引进是难以实现的。当地科研团队的自主开发和对引进技术的甄别与改造十分重要。粉煤灰处理过程中的原则/政策制定、科研方向确定、技术引进等都需要专业知识的支撑，而人才缺乏容易导致认识和决策上的偏颇。目前全区普遍存在的自有技术缺乏、回填中未考虑二次利用、重视附加值而轻视大宗化利用等问题，专业人才的缺乏可能是导致这些问题产生的重要原因。

3 内蒙古自治区粉煤灰消纳对策

3.1 重视粉煤灰的储存技术和运输方式的开发

在全区普遍存在粉煤灰利用率低、现有大宗利用技术难以实现粉煤灰消纳的前提下，为防止资源浪费和环境污染，自治区应在政策上将粉煤灰的储存列入综合利用范畴进行引导与鼓励；鼓励有能力和基础的企业进行储存技术的开发与示范；将粉煤灰储存技术列入自治区科技规划指南或设立科研专项，进行科研支持和技术储备。以此引导粉煤灰储存技术的开发与应用，通过科学合理的技术手段将粉煤灰作为资源进行储存，保留其二次利用的可能。同时，重视粉煤灰运输方式的设计开发，从交通路网设计、运输载体设计、粉煤灰预加工技术等方面入手，打破其远距离运输载体的限制，降低运输成本，增加运距，为粉煤灰的外运消纳提供技术支持。

3.2 规范回填作业

在各种综合利用技术暂时难以彻底消纳粉煤灰之前，应在保证不污染环境的前提下，允许部分地区通过矿井/矿坑回填、山体修复等方式进行粉煤灰无害化处理，但应配合明确清晰的政策和指导文件。尽快形成全区范围内可实施的粉煤灰回填标准和规范的作业指导，使企业在回填中有据可依，监管部门的监督管理有据可依。

3.3 重视人才团队培养与自有技术的培育

在内蒙古自治区人才引进工作中重视对粉煤灰治理相关专业人才的引进与培养；在科技、教育、人力资源等领域给予粉煤灰专业经费和立项倾斜或设立专项进行引导；鼓励煤炭、电力等相关企业自主开展或与高校、研究院所合作进行粉煤灰应用技术的开发。对内蒙古自治区而言，粉煤灰处理较为紧迫，但科研团队需要时间才能成长，必须在引进人才和技术的同时重视当地科研团队的培育，提升当地在粉煤灰利用领域的科技创新能力，避免因粉煤灰组成或其他原料、环境差异而带来的引进技术水土不服问题。为此，应更加重视基础研究。基础研究虽不能快速产生经济效益，但却是科研能力与教育水平的基础，也是应用研究的根本，唯有长期支持基础研究，在某些领域培育出自治区自有的高水平基础研究团队，才有可能更好地解决自治区特有的问题。

4 结论与展望

研究显示，目前内蒙古自治区粉煤灰利用途径有限，整体利用比例低，回填量较大，却缺乏统一的执行与监管标准，粉煤灰所具有的资源属性开发程度较低。导致这些问题的原因除地理位置与环境因素外，也与当地科技人才缺乏和对储存运输技术的重视不足有关。综合对内蒙古地区现有粉煤灰分布与利用情况的分析，笔者认为，应更加重视粉煤灰的储存和运输技术，提升异地消纳能力；通过从政策和资金上对相关技术引进落地、自主研发进行鼓励引导，加强当地自有人才队伍建设等，从而更好地解决当地粉煤灰消纳问题。