环境卫生工程 ›› 2026, Vol. 34 ›› Issue (4): 94-102.doi: 10.19841/j.cnki.hjwsgc.2026.04.012

• 固体废物处理生命周期评价与碳足迹 • 上一篇    下一篇

高铝煤矸石三级协同集成利用的 MFA-LCA 研究

翟凯雄,刘宇隆   

  1. 1.中国神华能源股份有限公司 哈尔乌素露天煤矿;2.国能准能集团有限责任公司
  • 出版日期:2026-08-25 发布日期:2026-08-25

Material Flow Analysis and Life Cycle Assessment Research on the Three-level Synergistic Integrated Utilization of High-alumina Coal Gangue

Zhai Kaixiong, Liu Yulong   

  1. 1. Ha’ erwusu Open-pit Coal Mine, China Shenhua Energy Co. Ltd.;2. China Energy Zhunneng Group Co. Ltd.
  • Online:2026-08-25 Published:2026-08-25

摘要: 针对准格尔矿区高铝煤矸石长期堆存引发的环境风险与资源浪费问题,提出“短流程铝硅协同冶炼-稀散元素靶向富集回收-硅钙残渣高值材料转化”三级协同集成技术体系,旨在突破传统单一提取技术资源利用率低、二次固体废物产生量大的系统瓶颈。通过构建物质流分析与生命周期评价耦合模型,量化该体系的资源利用效率、环境效益及经济可行性,以年处理2.0×105 t示范规模进行模拟核算。结果表明:该集成体系资源综合利用率达92.3%,年产铝硅合金约7.0×104 t(铝+硅≥95%)、高纯金属镓1.04 t(纯度≥99.9%),同时可将1.30×105 t硅钙渣全量转化为高性能发泡陶瓷(抗压强度≥3.5 MPa),实现固体废物近零排放。生命周期评价对比分析显示,相较于传统一步酸溶法,集成技术路线的全球变暖潜势降低38.5%,累计能源需求减少40%,酸化潜势与富营养化潜势分别下降约42%与34%。本研究为矿区煤矸石的大规模、高附加值及低碳化资源利用提供了一套具备工程可行性的系统解决方案与定量决策依据。

关键词: 高铝煤矸石, 三级协同, 物质流分析, 生命周期评价, 循环经济, 固体废物近零排放

Abstract: To address the environmental risks and resource wastage associated with the long-term stockpiling of high-alumina coal gangue in the Jungar mining area, a three-level synergistic integrated technology system of short-flow aluminum-silicon co-smelting-targeted enrichment and recovery of trace elements-high-value material conversion of calcium silicate residue was proposed, aiming to overcome the systemic limitations of traditional single-element extraction technologies, such as low resource utilization efficiency and high yield of secondary solid waste. By constructing a coupled model of material flow analysis and life cycle assessment, the resource utilization efficiency, environmental benefits and economic feasibility of this system were quantified. A simulation was conducted based on a demonstration scale with an annual processing capacity of 200 000 tons. The results indicated that the integrated system achieved a comprehensive resource utilization rate of 92.3%. It could annually produce approximately 70 000 tons of aluminum-silicon alloy (aluminum + silicon≥95%) and 1.04 tons of high-purity metallic gallium (purity≥99.9%), while fully converted 130 000 tons of calcium silicate residue into high-performance foamed ceramics (compressive strength≥3.5 MPa), which realized near-zero discharge of solid waste. Comparative analysis of life cycle assessment revealed that, compared to the conventional one-step acid leaching process, the global warming potential of the integrated technology route reduced by 38.5%, the cumulative energy demand reduced by 40%, and the acidification potential and eutrophication potential reduced by 42% and 34%, respectively. This study provided a engineering-feasible systematic solution and quantitative decision-making basis for the large-scale, high-value-added, and low-carbon utilization of coal gangue in mining areas.

Key words: high-alumina coal gangue, three-level synergy, material flow analysis, life cycle assessment, circular economy, near-zero discharge of solid waste

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