概述
1.定义
煤矸石是煤矿生产排放量最大的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。
它也是中国工业固体废物中产生量和堆积量最大的固体废物，产生量一般为煤炭产量的10%左右。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）。
2.危害
2.1影响土地资源的利用 煤矸石的大量堆放一方面占用大量土地面积，另一方面还在影响着比堆放面积更大的土地资源，使得周围土地变得贫瘠不被利用。
2.2空气污染 长期堆放的煤矸石由于空气氧化而很容易自燃而排放出大量SO2,H2S,CO,氮氧化物和CO2等气体，由于风化作用表面风化成粉尘，在风的作用下这些粉尘悬浮，造成大气污染。
2.3水和土壤污染 煤矸石受到降雨的喷淋或长期处于浸渍状态，会使其中有害成分，尤其是一些有毒重金属如铅、镉、汞、砷、铬等溶解进入水体或渗入土壤，严重影响水体环境和土壤环境，且通过食物链危害人体健康。
2.4滑坡与泥石流 煤矸石山堆积过高，坡度过大，就容易形成滑坡。当降雨等作用使煤矸石山的含水量达到饱和状态，就有可能形成泥石流，造成附近土地被淹。国外曾发生一起煤矸石堆滑坡事故，以致埋没了山谷下的一所小学校，造成多人伤亡事故。
技术原理
1.主要依据
1.1碳含量
碳含量是选择煤矸石工业利用的重要依据之一。一般按碳含量的多少分为四类：一类是少于4%；二类是4%～6%；三类6%～20%；四类煤矸石发热量高，一般先用作燃料，燃烧后的灰渣再做其他用途。
1.2全硫含量
全硫含量作用有两个：（1）决定其中硫是否具有回收利用价值，一般全硫含量达5%的煤矸石可回收利用。（2）决定煤矸石的工业利用范围。
1.3铝硅比
煤矸石中的铝硅比也是确定其综合利用的主要因素，铝硅比大于0.5的煤矸石，铝含量高，硅含量低，其中矿物成分以高岭石为主，可塑性较好，可用作制造高级陶瓷和分子筛的原料，铝硅比大于0.3的煤矸石，矿物成分主要是石英、长石、菱铁矿等，可塑性差。
2.综合利用途径
目前煤矸石主要被用于生产矸石水泥、混凝土的轻质骨料、耐火砖等建筑材料，此外还可用于回收硫铁矿；煤与矸石混烧发电；制取结晶氯化铝、水玻璃等化工产品以及提取贵重稀有金属；土地复垦，矿井回填，也可作肥料。
2.1用煤矸石发电
一般利用热值大于3768.12J/kg的中碳至高碳煤矸石作燃料，通过沸炉带动背压式汽发电机发电。我国已有一批煤矸石电站在运转之中。如我国自行设计施工的第一座大型煤炭矿井——山东省协庄煤矿便是一例。该矿于1993年开始兴建一座设计能力为24MW的煤矸石热电厂，装机容量为12MW的一期工程1995年底竣工投产。截止1998年，已发电1.2亿，消耗煤矸石1.13hm2。不仅有效降低了环境污染，而且取得了显著的经济效益。这些煤矸石燃烧后的还具有较高的活性，是生产建材的良好原料。
2.2用煤矸石制砖
我国大量的建筑及设施砖结构，砖的消耗量惊人，据统计，每天砖作为墙体材料约需要1000亿块，如果这些砖全用黏土烧结，将毁掉良田67～100公顷，消耗近5000万t标准煤，破坏了环境，浪费了能源。因此开发利用煤矸石代替黏土砖，可变废为宝，且节地节能，具有良好的环境效益和社会效益，符合可持续发展要求。
（1）制烧结砖 利用煤矸石全部或部分代替粘土，采用适当的烧结工艺生产烧结砖，这是一条大批量利用煤矸石的主要途径。生产烧结砖对煤矸石的化学组成要求是SiO2为55%～70%，Al2O3为15%～25%，Fe2O3为2%～8%，CaO<2%,MgO<3%。
（2）制免烧砖 免烧砖是有机械压制成型且不用烧结的一种新型建筑材料，它的主要原料是劣质黏土、煤矸石或建筑垃圾等材料，在这些原料中加入少量水泥、石灰、化学添加剂作为黏结剂和胶固剂。免烧砖具有以下优点：免烧砖由于是高压成型，其密度大，强度高，耐久性好，吸水性小，吸水率小于20%，而浸水后不弱化，强度降低小；免烧砖模压成型，外观漂亮，棱角整齐，成品率高，可加快墙体砌筑速度，提高工程质量。节省原材料和劳动力。降低了施工费用；利用免烧砖砌筑的墙体保温和隔音效果好。
2.3用煤矸石制水泥
煤矸石中SiO2,Al2O3及Fe2O3的总含量一般在80%以上，它是一种天然黏土原料，可代替黏土配料烧制硅酸盐熟料，生产普通硅酸盐水泥，煤矸石快硬硅酸盐水泥和煤矸石无熟料水泥。
2.4用煤矸石生产轻骨料
轻骨料和用轻骨料配制的混凝土是一种轻质、保温性能好的新型建筑材料，可用于建造大跨度桥梁和高层建筑。用煤矸石烧制轻骨料有两种方法，即成球法和非成球法：成球法是将煤矸石破碎、粉磨后制成球状颗粒，入窖焙烧；非成球法是将煤矸石破碎到一定粒度直接焙烧。煤矸石轻骨料的质量主要取决于煤矸石的性质和成分。适宜烧制轻骨料的煤矸石主要是碳质页岩和选煤厂排出的洗矸，矸石中含碳量不要过大，以低于13%为宜。
2.5从煤矸石中提取化工产品
（1）从高硫煤矸石中回收硫铁矿 我国与煤伴生、共生的硫铁矿资源十分丰富，分布较广，储量约数十亿吨，煤中的硫铁矿经分选后绝大部分富集在煤矸石中。硫铁矿是化工和化肥工业的重要原料，它的主要用途是制造硫酸和提炼硫黄。而我国的硫产量不能满足国内生产的需要，经营进口硫黄以补充生产不足，因而在加工煤炭的同时回收硫铁矿无疑具有十分重要的意义。另外，脱硫的矸石减轻了对环境的污染，也便于进一步加工利用。
（2）制取硫酸铝 含铝量高、含铁量低的煤矸石经焙烧或在沸腾炉中燃烧，可使没有化学活性的高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）转变成具有相当化学活性的煅烧高岭土（Al2O3·2SiO2），其中Al2O3易于酸起反应，用硫酸浸取可得硫酸铝，经过滤、提纯、蒸发结晶和脱水烘干后得到成品十八水硫酸铝，产品质量符合中华人民共和国化工行业一级品标准（HG/T-92）。
（3）制取水玻璃 据研究，可利用煤矸石在同一工艺过程中制取碱式氯化铝和水玻璃。将煤矸石破碎、熔烧、酸溶、过滤，滤液中的氯化铝用碱调整盐碱度就可得到合格的液态碱式氯化铝。滤渣中的SiO2与加入的NaOH在120～150℃在反应釜中反应2～3h，然后在储池中沉淀，滤去不溶物，滤液浓缩后便得到水玻璃。过程中产生的残渣含有大量活性物质，可用作建筑材料。
（4）制备沸石分子筛 沸石是一族具有框架结构的含水铝硅酸盐矿物类的总称。它具有三维聚阴离子结构，这一结构由SiO4和AlO4四面体通过氧原子链构成。以煤矸石中的煤系高岭石为原料，采用低温水热合成法可生产A型沸石，通过调整铝硅比可进一步合成X型沸石，Y型沸石。
2.6用煤矸石生产肥料
我国利用煤矸石生产复合肥料已取得突破性进展。如重庆煤炭研究所利用煤矸石制取氨水，硫酸铵等肥料。用煤矸石制取硫酸铵的原理是煤矸石内部的硫化铁在高温下形成二氧化硫，在氧化而成三氧化硫，三氧化硫遇水而形成硫酸，并与氨的化合物生成硫酸铵，经过试验这种硫酸铵肥效较好。
煤矸石中不仅含有有机质，而且还含有多种植物生长所必需的微量元素。据检测，煤矸石中氮、磷、钾和微量元素的含量是土壤的数倍，酸碱度和有害元素的含量很适中，使用煤矸石作原料生产有机肥，一般都需要破碎筛分以降低煤矸石的粒度，另外还根据需要加入不同配比的添加剂和活性剂。北京市勘察院与中国地质大学合作利用煤矸石生产高浓度有机复合肥，具有速效和长效的特点。
2.7用煤矸石进行复垦、工程回筑和矿井回填
由于煤矸石中含有大量SiO2和Al2O3等，若再加上少量石灰或水泥，调制成灰浆-注浆材料，可提高充填体的强度，同时矸石的粗细颗粒混杂，制作的充填体密实性也好。特别是使用煤矸石作井下护巷充填材料，既部分代替了护巷材料，又减少排矸量，同时又减少了作填充作用沙子量和对耕地的保护。
对逐渐分化的煤矸石，可进行复垦绿化，对表面已风化成土的煤矸石，可直接种树或开垦为农田。还可以利用煤矸石充填沟谷、塌陷区等低洼的建筑工程用地或用于填筑铁路、公路路基等。
总之，煤矸石的综合利用具有良好经济效益和社会效益，可使矿区的经济发展、环境保护和社会协调发展。这正是科学发展观的集中体现，是可持续发展的基本要求。
国内发展和应用现状
1.现状
据统计目前我国煤矸石保守存量为34亿t，主要分布在山西、山东、黑龙江、河北、辽宁、安徽等产煤区。利用率最高的是山东省，2000年，全国煤矸石综合利用量达到6 600万t，比1995年增加1 000万t；综合利用率由1995年的38％上升到43％，提高了5个
百分点，结束了“八五”时期在38％左右长期徘徊的局面。五年累计综合利用煤矸石533．1亿t，年均增长率为4％；累计节约能源折合标准煤约3 300万t，节约土地l万多亩，煤矸石综合利用成为煤炭企业新的经济增长点。
截止2002年底，全国煤矿综合利用煤矸石约4200万吨。其中，煤矸石发电2800万吨，煤矸石水泥300万吨，煤矸石制砖1000万吨，其他耗用100万吨，另外，用于井下充填，复垦造田，筑路等处理煤矸石5600万吨。总利用和无害化处理煤矸石约9800万吨，占当年煤矸石排放量的50%。
2.发展趋势
“十一五”期间中国煤炭工业将大力发展循环经济，按照减量化，再利用、再循环的原则，重点治理和利用煤矸石、粉煤灰等煤炭工业废物。2010年，煤矸石综合利用量要达到3.9亿吨以上。利用率达到70%以上。
国外发展和应用现状
世界各国越来越重视煤矸石的处理和利用，并制定了一些保护性政策。
1.美国政府通过多项政策鼓励发展煤矸石发电和土地复垦，严格执行露天开采控制和复田法(1970年颁布)，要求采矿权必须配以相应的复垦任务，煤炭公司要交纳环保复垦保证金，开采结束后经验收观察5～10年，确认后再返还。
2.在德国煤矸石利用的主要措施是：一部分利用风力充填井下采空区，另一部分通过加工筛选作为建筑材料。
3.在俄罗斯除作为井下采空区的充填材料及用于道路工程、生产建筑材料外，还对有机质20％以上的煤矸石生产有机矿物肥料，可使农作物稳产15％～40％。
4.波兰水泥工业采用海尔得克斯公司的选煤矸石作水泥原料。用煤矸石作水泥原料有很多优点：矸石含可燃物质，其热值约为1 000×4．19一l 500×4．19kJ／kg[3】，可使燃料消耗降低10％左右；矸石中含氧化铁熔剂，煅烧过程中可以降低熟料烧成温度，并在窑衬上形成玻璃层，起到保护作用，延长窑衬寿命，使耐火材料耗量降低10％一20％。增加窑的运转时间。
总之，各国的煤矸石利用的程度因组成、环境要求及各国的政策而异，同时也制定了一些保护性政策，比较典型的是政府要求用于洁净能源并进行立法。
供应商信息
日本PM公司
美国CE公司
美国BW公司
清华大学热能工程系：带有火焰稳定器的直流煤粉燃烧器
华中理工大学：稳燃腔煤粉燃烧器
浙江大学：洗煤泥流化床燃烧技术
朝阳华龙集团联合东北大学资源与土木工程学院及北京华特建筑设计顾问有限责任公司专门成立了“煤矸石综合利用工程技术研发中心”。
地址Add：辽宁省朝阳市双塔区淮河路三段119号
电话Tel： 0421-2821720
传真Fax：0421-2821720
邮编：122000
电子邮件E-mail: cyhualong@163.com cyhulaong@126.com
华龙集团于２００２年建成投产的年产６０００万块煤矸石空心砖生产线，真正实现了制砖不用土，烧砖不用煤，节地、节能、利废、环保，２００３年被省环保局定为循环经济示范工程。几年来，已利用北票台吉地区的煤矸石资源，生产１亿多块煤矸烧结空心砖，处理了２０万吨煤矸石，填补了市场空白，成为取代传统实心粘土砖的新型墙体材料，产生了巨大的社会效益和经济效益。
此次成立的辽宁煤矸石综合利用工程技术研发中心，将就煤矸石的综合利用进行深入研究与开发，借助院地合作优势，创建环保产研基地。基地主要依托学院的科技成果和华特公司对工程的设计能力以及当地的资源优势，通过基地企业化运作方式，将最新的科研成果进行转化，实现规模化生产，创新做大煤矸石产业。
经典案例
1.同煤集团煤矸石综合利用现状及对策
大同煤矿集团公司成立58年，在这58年的企业生产中，生产煤炭的同时也产生了大量的煤矸石。这些煤矸石不仅压占大量土地，影响生态环境，而且还会污染周围的土壤和地下水。同时，因煤矸石中含有一定的可燃物，在一定条件下还会发生自燃，并排放出二氧化硫、氮氧化物和烟尘等大量有害气体，污染大气环境，严重影响矿区周围居民的身体健康。如果煤矸石山堆存方式不当，还有可能发生塌方、垮塌、崩塌等灾害事故。所以如何综合开发利用煤矸石，变废为宝，节约能源，治理环境污染，避免矸石山意外灾害事故的发生，创造经济效益、社会效益和环境效益，已成为当务之急。
利用现状和前景
近年来，同煤集团认真落实山西省“蓝天碧水工程”，特别是2006年初提出了“做强同煤，造福员工”的总体发展思路，从造福员工的高度出发，以建设“绿色同煤”为目标，强调环保是福，努力改善矿山环境面貌和空气质量，下大力气治理矸石山，仅2006年就投入387.5万元资金对燕子山矿、晋化宫矿等六家自燃煤矸石山进行了综合治理。同时，加大了矸石山综合利用的步伐，取得了一定的成绩和经验。利用煤矸石供暖、发电、制作水泥、生产矸石砖，还可以填坑造地或作为路基材料等。同煤大唐资源综合利用热电厂，新友粉煤灰综合利用厂，塔山循环经济园区，云冈矿、忻州窑矿矸石山覆土和绿化工程作为煤矸石综合利用的领军者，亮点纷呈。
电厂用洗选后的劣质煤和煤矸石发电，每年可消耗煤矸石120万吨，并实现集中供热，到时将可拆除大小锅炉278台，年节约标煤60多万吨，年节水440万吨，减少二氧化硫排放4000多吨，减少煤尘排放6940吨，减少灰渣排放5.2万吨，可节省投入脱硫装置资金3500万元。
粉煤灰综合利用厂，利用电厂粉煤灰和炉底渣为主要原料，经过破碎、搅拌、消化、轮辗、压制成砖坯，进入蒸压釜，经过高温高压而成。与粘土砖相比，具有承重力强，重量轻等特点，而且具有保护耕地、节约能源、污染小的优势。年生产蒸压养护砖1亿块。随着国家禁用实心粘土砖力度的不断加大和利用粉煤灰技术的不断提高，沿用了5000多年的“秦砖汉瓦”将会被新型的粉煤灰砖所取代。
塔山工业园区作为集团公司发展循环经济的样板工程，采用资源——废弃物——再生资源——产品的循环发展模式，建设一矿八厂一条路，真正做到“吃干榨净”。矿井生产出的低热质煤和排放出来的煤矸石、煤泥等废弃物输送到资源综合利用电厂和坑口电站发电，电厂排放的粉煤灰送到水泥厂制成水泥，水泥厂排放出来的废渣送到砌体材料厂制成砖瓦。
云冈矿、忻州窑矿在治矸工作中，实施矸石山造景工程，积极探索矸石山表面覆土种植技术。效果显著。他们投入大量资金对矸石山进行了黄土覆盖和绿化，并砌筑了蓄水池，铺设了供水管网，安装了洒水设备，建立了专业化的治理矸石山绿化队伍和维护队伍。
虽然同煤集团在煤矸石综合利用方面做了大量工作，但仍然存在一些问题：矸石山灾害治理资金投入尚显不足，矿区矸石山自燃现象时有发生，给周围居民生产、生活带来不便；利用煤矸石技术的企业数量少，各矿曾陆续上马过一些煤矸石利用企业，但由于规模小、竞争力不强而遭淘汰；国家优惠政策落实不到位，不利于调动治理矸石山的积极性等。
电厂用洗选后的劣质煤和煤矸石发电，每年可消耗煤矸石120万吨，并实现集中供热，到时将可拆除大小锅炉278台，年节约标煤60多万吨，年节水440万吨，减少二氧化硫排放4000多吨，减少煤尘排放6940吨，减少灰渣排放5.2万吨，可节省投入脱硫装置资金3500万元。
粉煤灰综合利用厂，利用电厂粉煤灰和炉底渣为主要原料，经过破碎、搅拌、消化、轮辗、压制成砖坯，进入蒸压釜，经过高温高压而成。与粘土砖相比，具有承重力强，重量轻等特点，而且具有保护耕地、节约能源、污染小的优势。年生产蒸压养护砖1亿块。随着国家禁用实心粘土砖力度的不断加大和利用粉煤灰技术的不断提高，沿用了5000多年的“秦砖汉瓦”将会被新型的粉煤灰砖所取代。
塔山工业园区作为集团公司发展循环经济的样板工程，采用资源——废弃物——再生资源——产品的循环发展模式，建设一矿八厂一条路，真正做到“吃干榨净”。矿井生产出的低热质煤和排放出来的煤矸石、煤泥等废弃物输送到资源综合利用电厂和坑口电站发电，电厂排放的粉煤灰送到水泥厂制成水泥，水泥厂排放出来的废渣送到砌体材料厂制成砖瓦。
云冈矿、忻州窑矿在治矸工作中，实施矸石山造景工程，积极探索矸石山表面覆土种植技术。效果显著。他们投入大量资金对矸石山进行了黄土覆盖和绿化，并砌筑了蓄水池，铺设了供水管网，安装了洒水设备，建立了专业化的治理矸石山绿化队伍和维护队伍。
虽然同煤集团在煤矸石综合利用方面做了大量工作，但仍然存在一些问题：矸石山灾害治理资金投入尚显不足，矿区矸石山自燃现象时有发生，给周围居民生产、生活带来不便；利用煤矸石技术的企业数量少，各矿曾陆续上马过一些煤矸石利用企业，但由于规模小、竞争力不强而遭淘汰；国家优惠政策落实不到位，不利于调动治理矸石山的积极性等。
对策及建议
加大煤矸石综合利用的宣传力度。应充分认识煤矸石综合利用的重要性和迫切性以及煤矸石综合利用的公益性。改变过去煤矸石是废弃物的传统认识，将它作为一种可利用的资源来看待。开展有关煤矸石综合利用的研究、宣传培训、技术推广、会议交流等，为促进煤矸石的综合利用起到积极的推动作用。
加强科技攻关，为矸石山灾害的防治与综合利用提供技术保障。增加技术攻关的资金投入。如在技术改造和科技攻关中列入煤矸石的综合利用内容。解决技术难题，组织有关专家对煤矸石的综合利用进行课题研究，促进环境、耕地保护及经济社会的和谐发展。
实行优惠政策，促进煤矸石的综合利用。制定煤矸石综合利用的优惠政策和措施，建立相应的激励机制，鼓励有关煤矸石综合利用项目的实施，鼓励各类企业和个人参与煤矸石的综合开发和利用。严厉打击以开发煤矸石为名，弄假掺假以矸代煤，损害大同煤品牌形象的行为。
煤矿企业要加大投入，做好防范与治理。煤矿企业应对矸石山隐患进行全面排查，认真落实矸石山灾害防治责任制，落实措施和经费，加快治理。
抓好典型示范，全面推进煤矸石的综合作用。在发电、新型墙体材料等方面开展示范，开展煤矸石修筑公路、充填塌陷地、煤矸石充填采空区技术以及回填复垦土地的开发利用试验，进行多种类型的农业、养殖业、旅游业等产业的试验，形成生态园区。
他山之石，可以攻玉。实施走出去，请进来战略，利用首届中国（太原）国际煤炭与能源新产业博览会平台，借鉴省内外、国内外先进经验，引进先进技术和先进设备，寻求煤矸石治理领域的合作与交流，实现同煤集团煤矸石资源的综合开发和利用。
加强科技攻关，为矸石山灾害的防治与综合利用提供技术保障。增加技术攻关的资金投入。如在技术改造和科技攻关中列入煤矸石的综合利用内容。解决技术难题，组织有关专家对煤矸石的综合利用进行课题研究，促进环境、耕地保护及经济社会的和谐发展。
实行优惠政策，促进煤矸石的综合利用。制定煤矸石综合利用的优惠政策和措施，建立相应的激励机制，鼓励有关煤矸石综合利用项目的实施，鼓励各类企业和个人参与煤矸石的综合开发和利用。严厉打击以开发煤矸石为名，弄假掺假以矸代煤，损害大同煤品牌形象的行为。
煤矿企业要加大投入，做好防范与治理。煤矿企业应对矸石山隐患进行全面排查，认真落实矸石山灾害防治责任制，落实措施和经费，加快治理。
抓好典型示范，全面推进煤矸石的综合作用。在发电、新型墙体材料等方面开展示范，开展煤矸石修筑公路、充填塌陷地、煤矸石充填采空区技术以及回填复垦土地的开发利用试验，进行多种类型的农业、养殖业、旅游业等产业的试验，形成生态园区。
他山之石，可以攻玉。实施走出去，请进来战略，利用首届中国（太原）国际煤炭与能源新产业博览会平台，借鉴省内外、国内外先进经验，引进先进技术和先进设备，寻求煤矸石治理领域的合作与交流，实现同煤集团煤矸石资源的综合开发和利用。
2.鸡西矿业集团煤矸石的综合利用
参考文献
[1]李永生等著.煤矸石及综合利用[M].北京：中国矿业大学出版社，2006
[2]张鸣林主编.中国煤的洁净利用——兼论兖矿煤化工产业发展[M].北京：化学工业出版社，2007.9
[3]朱银惠主编.煤化学[M]北京：化学工业出版社，2004.12
[4]牛冬杰、孙晓杰、赵由才主编.工业固体废物处理与资源化[M].北京：冶金工业出版社，2007.1
[5]张士权、李皓、胡君艳、任佳蕊.煤矸石对环境及其综合利用.现代农业科技[J]，2007（18）
