石炭採掘により鉱石が生産され、山西省、内モンゴル自治区、陝西省、新疆ウイグル自治区には50億トンの鉱石が蓄積されている。主要な石炭生産州はどのようにして炭素ピークに到達できるのでしょうか?

私の国は石炭資源の採掘の主要国です。統計によると、2023年には我が国に4,300以上の炭鉱があり、石炭生産能力は47億1,000万トンに達します。中でも山西省と内モンゴル自治区は10億個以上の生産量を維持し、他省をリードしている。陝西省、新疆ウイグル自治区、貴州省、河南省なども1億個を超える生産能力を持っています。この7つの省は、国内の原炭生産能力の87.7％を占めている。

データソース: 国家統計局、中国石炭産業協会

しかし、石炭の採掘と選鉱の過程では、大量の固形廃棄物、すなわち石炭脈石が発生します。石炭脈石は、石炭の形成過程で石炭層に付随する、石炭よりも炭素含有量が少なく硬い黒灰色の岩石です。石炭を包む岩石、層間石、石炭洗浄で採取された脈石が含まれており、それぞれ45％、35％、20％を占めています。鉱石排出量は、炭層の状態、採掘条件、選鉱技術によって大きく異なります。一般的に、坑道鉱石は原炭生産量の約10％を占め、石炭選別鉱石は選別原炭の12％〜18％を占め、我が国の石炭生産量の平均15％〜20％を占めており、毎年1億トンの原炭が生産され、1,500万トン以上の鉱石が排出されていることになります。中国環境報告書によると、わが国は2021年に7億3500万トン、2022年に7億9100万トン、2023年に8億2900万トンの石炭鉱石を生産・排出しており、現在までに備蓄量は50億トンを超えている。

しかし、問題は、これほど大量の石炭鉱石をどう処理すべきかということです。

1) 埋め立てと道路建設

埋め立てと道路建設は、最も単純かつ直接的な利用方法です。適切な粒度分布、水分含有量、圧縮度の条件下では、石炭脈石で作られた路盤は優れた強度、安定性、支持力を備え、関連規格の要件を満たすことができます。邢台から河北省と山西省の国境区間に至る興汾高速道路の建設にあたり、初めて石炭鉱石を利用して道路を建設する方式が採用され、邢台の七里河南岸に40年かけて堆積した鉱石山を吸収した。鉱石山は面積400エーカー以上、高さは120メートルに及んだ。

興芬高速道路、出典：インターネット

2) 脈石レンガ建築資材の利用

1990年代には、赤レンガの窯工場が田舎のいたるところで見られたことを覚えているでしょうか。彼らは粘土を取り、赤レンガを焼きました。しかし、時代の発展とともに粘土は戦略的な資源となったため、粘土レンガの生産は禁止され、レンガ工場は放棄されました。代わりに、石炭脈石、尾鉱、その他の焼結レンガやセメント蒸気養生レンガが使用されます。その中で、石炭脈石は焼成過程で一定の発熱量を持ちます。焼成工程により燃料を節約し、エネルギー消費量を削減できるため、内燃レンガと呼ばれています。

廃墟となったレンガ工場、出典：インターネット

3) 燃料利用

脈石は石炭ではありませんが、石炭に関連する岩石であり、一定量の炭素成分を含んでいます。脈石中の炭素含有量が15％を超えると、粉砕して燃焼させた後に大量の熱を放出し、発電所で発電に使用することができます。全国で、発電用の石炭鉱石に依存する発電所の設備容量は500万kW以上に達し、現在の発電用の石炭鉱石の年間処理能力は5,000万トンを超えています。

4) 地下埋立

高い硬度は石炭脈石の注目すべき特徴です。炭鉱跡を埋め戻す際によく使用される充填材です。もちろん、一定の割合で土地や耕作地の構成要素として使用することもできます。関連する国の規制によれば、石炭鉱石は地下に直接埋め戻すことも可能です。

5) 要素抽出

石炭脈石やフライアッシュには、リチウム、ガリウム、ゲルマニウム、水銀、ニッケル、セレンなどの希少元素が豊富に含まれており、そこから貴重な元素を抽出することができます。一部の鉱山地域では石炭脈石アルミニウム電解工場が設立され、金属アルミニウムの抽出に成功していますが、リチウム、ガリウム、ゲルマニウムなどの他の微量元素に関する研究のほとんどはまだ実験室段階にあり、微量元素の発生、濃縮、浸出、分離に重点が置かれています。

関連報道によると、我が国の石炭鉱石の現在の総合利用率は73.6％である。しかし、埋め立てと道路投棄が全体の35％～45％を占めています。石炭火力発電所での燃焼やその他の燃料利用が10％～15％を占める。脈石レンガやその他の建築資材の利用率は5％～10％です。地下採掘と埋め立ては3%～7%を占める。元素を抽出する方法が比較的少なく、資源回収率も高くありません。

我が国の「石炭は豊富だが石油は少ない」という資源特性により、石炭は今後も我が国の主要エネルギー源であり続けるだろうし、現状を変えることはできない。石炭の採掘が続けば、石炭に関連する廃棄物がさらに増えることになります。これらの石炭鉱石をいかに有効活用するかは、石炭産業の「カーボンニュートラル・カーボンピーク」目標の実現に関わってきます。

転載元を明記してください：「河北省固形廃棄物建築材料利用科学技術重点実験室」

主な参考文献:

国家統計局、中国統計年鑑 2023

中国石炭産業協会「2023年石​​炭産業発展年次報告書」

中国環境、「我が国の石炭鉱石備蓄量は50億トンを超えています。どのように対処すればよいでしょうか？」 》

美魯仙、周瑞青、馬騰。石炭脈石の総合的利用と資源応用経路に関する研究[J]内モンゴル石炭経済、2023年、(23):73-75。

張少華、王浩東。我が国の石炭鉱石総合利用の現状と産業化分析[J]資源保全と環境保護、2024年、(02):24-27+46。

郭福強、劉崑崙、余喬、楊欽利、蘇鵬。石炭脈石の総合的利用に関する議論[J]石炭処理と総合利用、2023年、(08):89-93+98。