一、概述
煤矸石是煤炭在形成过程中与煤炭共生、伴生的一种脉石矿物，在煤炭洗选和加工过程中所产生的固体废弃物。我国矸石产量占原煤总产量约为15%~20%，目前积存已达到70亿t，占地面积为70km2，且每年以1.5亿t的速度增长，在工业固体废弃物的总量的40%以上。堆积煤矸石占用了大量的土地，并且会在土地中释放大量的有害元素，煤矸石的综合利用已不容懈怠。
煤炭被称作是工业的粮食，对于现代化工产业来说，不管是轻工业还是重工业，煤炭都占据着不可替代的地位。因此，煤矸石的产量也在不断上升，如何把煤矸石良好的利用是我们目前必须要解决的问题，目前国内外对煤矸石的研究与利用，主要集中在以下几个方面，煤矸石用于发电，生产化工产品，用作填充物，用作耐火材料、合成陶瓷，合成高效能复合外墙外保温材料，制成砖用作建筑材料等。到目前为止，煤矸石已经被广泛利用。由于很多原因，国内的煤矸石利用率任然很低，只能达到30%左右，每年的处理量远远小于排放量，在综合利用中，煤矸石的发热量在4500~12550 kJ/kg范围的可用于发电，杂质含量低而氧化铝含量高的煤矸石可用于化工生产。比如硫酸铝、结晶氯化铝、4A筛、氢氧化铝、白炭黑、炭黑、等铝质材料。尽管如此，但煤矸石的处理量还是比较低，因此，煤矸石处理的新工艺有待进一步的开发。
煤矸石中富集着很多有用成分，如果可以将其充分利用，不仅能将煤矸石变废成宝，而且能减轻对环境的污染，还能节省大量的空间，在工业上具有广阔的应用前景。
二、煤矸石的特性
煤矸石在化学成分上主要是由无机质组成，主要的无机质主要包括Al、Si、O、Fe、Ca、Na、Mg、K、P、Ti以及重金属和稀土元素等，其中SiO2和Al2O3所占比重最大SiO2一般占到40%~60%，Al2O3大约在15%~30%。
三、煤矸石综合利用技术
1.煤矸石用于制备建筑材料
将煤矸石与粉煤灰、水泥、磷渣、以一定的比例混合，可以制成复合保温彻块，其彻块密度能够达到1160kg/m3，抗压强度能够达到5.5MPa，符合GB/T15229－2011的标准。此外用煤矸石烧制成的烧结砖强度高、装饰性好，并且其强度在30 MPa以上，可以用在饭店、宾馆以及别墅上作为艺术墙建材，也可将其用来绿化广场道路、铺设道路和人行道，且其质轻的优点能有很好的应用在铺设停车场垫层方面。也可以将煤矸石通过一级粉碎、混合搅拌，二级粉碎、陈化、成型、干燥、焙烧制作成空心砖，该砖不仅热惰性大而且在具有较好的保温性能。煤矸石烧结空心砖、多孔砖、是节能型墙体材料的一种，可以代替实心黏土砖用在永久性建筑。该产品具有抗震性能好、自重轻、施工周期短、强度高，综合造价低以及隔音、保温、隔热等特点，因此在市场上有着很好的效益。
2.活化煤矸石用作水泥混合材
造成活性差异的主要原因是热活化对煤矸石矿物结构及其组成，取自某地区四处煤矿的煤矸石，将其标为分别为建设(JS)、桂花(GH)、金河(JH)、王庄(WZ），把4种样品放在105℃的烘箱中干燥2h，粉磨后通过80μm筛子，再分别送样XRF、XRD、热分析进行检测分析。采用机械热力复合活化工艺，选择合适的工艺参数，活化煤矸石的可行性分析在用作水泥混合材方面，并分析煤矸石水泥活性与其结构组成。具体活化步骤如下：将4种原状煤矸石经破碎，然后在球磨机中统一粉磨1小时，然后在不同温度下的电阻炉中煅烧2小时自然冷却至室温制得试样，将其密封保存备用。将煤矸石以30%的掺量代替水泥，按GB/T 17617—1999成型、并测试试件的力学性能、养护试件。也能以电石渣作为矿化剂，对采对煤矸石进行增钙煅烧活化处理方法。借助SEM-EDS、XRD、游离氧化钙胶砂和强度测定等分析方法来评定煤矸石被激发的活性效果。
3.煤矸石粉填充聚丙烯复合材料
塑料制品将煤矸石粉用作填料，不仅降低塑料的成本，还可以使废弃的煤矸石得到有效利用。如果聚合物填充煤矸石后性能可以得到有效的改善，这不仅能节约能源还能变废为宝。通过试样制备、性能测试、熔体流动速率、拉伸性能、冲击性能、比基本功和比非基本功的测定后，得到当煤矸石粉的质量分数小于30%时，二元复合材料的熔体流动性和拉伸屈服强度影响较小，当煤矸石粉的质量分数小于5%时，试样的冲击强度下降较大，当加入改性剂PP-G-MA大约5%时，粒子的煤矸石与基体PP间的界面黏合较好，二元复合材料的PP-G-MA明显低于三元复合材料的WE，之后PP-G-MA含量再增大，WE值又有显著降低，而三元复合材料的WP则仅在二元复合材料的WP上下略波动，但其二元复合材料与塑性功WP均有较明显提高。
4.用煤矸石代替铝土矿提取氧化铝
煤矸石中硅、铝主要以高岭土的形式存在，活性很低，国内外学者为了增强煤矸石反应的活性，通常采用石灰烧碱结法或酸溶解法来使煤矸石活化。用石灰烧结法来提取Al2O3，熟料溶出过程会直接影响煤矸石中Al2O3的溶出率，如果恰当控制好条件，不仅能降低二次反应，还能提高Al2O3的溶出率。二次反应是指熟料在溶出的过程中，溶液中的硅酸钙分解产物与溶解出来的铝酸钠反应，生成难溶物水化石榴石和水合铝硅酸钠并形成固相。使用正交试验方法对溶出过程优化和煤矸石进行活化可以有效控制二次反应的进行并提高A2O3的溶出率。
5.煤矸石用于发电
煤矸石是混合物，含有碳和其他可燃物质，从而可作燃料使用。目前我国煤矸石的发热量大多低于6300 kJ/kg以下，其中1300~3300 kJ/kg、3300~6300 kJ/kg以及低于1300 kJ/kg的三个级别各占0.3，高于6300 kJ/kg的仅仅只占10％，而用于发电的煤矸石其发热量要求到达6270 kJ/kg以上。由此知，大部分的煤矸石都不符合要求，仍有大多数的煤矸石被浪费。煤矸石燃烧后剩余的炉渣和废灰，由于具有较高的化学活化性能，从而可用作农业原料、建材、化工等加以合理的利用，这样可减少对环境的再次污染。目前利用煤矸石发电已经具有了一定的规模，具取得了显著的经济效益、环境效益以及社会效益等。
6.煤矸石用做肥料
煤矸石可以通过化学的方法用于生产化肥，主要是生产微生物和有机肥料，将含有较高有机质的煤矸石打成粉后和过磷酸钙按照要求比例混合，再加入活化添加剂且搅拌，加入适量的水，从而形成有机化肥。煤矸石制成的有机肥不但有利于增加土壤的通透性和疏松性而且能够提高土壤肥力等众多作用。
7.煤矸石用于造气
内蒙古某公司高温热解煤矸石20万t/a通过利用HTCW。主其建设目的为处理现在及过去填埋的煤矸石60万t/a；新建了10组高温热解气化炉和其配套的2×25 MW余热锅炉。
四、存在的问题及发展方向
目前国内煤矸石每年用于发电的利用率为10%~40%，自2010年以来，用于发电的煤矸石占到煤矸石利用总数的33%左右，在这发电的煤矸石中含有煤矸石总产量的21%和可入低热值燃料炉的21%，煤矸石用于发电具有很大的发展空间，其次，将煤矸石用于填埋、以及筑路和充填采空区、烧砖等是最主要的处理方式，占到总处理量的50%~80%之间，占到煤矸石生产总量的30%左右，而煤矸石用在建材方面的处理能力是比较低的，仅仅占总处理量的13%左右，每年煤矸石的仍然以8%的速度增长，其堆存数量仍再继续增大。这些研究表明，目前煤矸石的资源利用比较低，此外，目前主要以煤炭企业的处理和消纳煤矸石为导向，煤矸石的资源化利用水平不高，煤炭企业对此承受着巨大的负担。
造成这些问题的主要原因是各种利用途径的产业链短，利润小。开发高附加值利用技术，不仅可以扩展煤矸石利用途径，还能提高煤矸石的利润空间，充分调动非煤企业的投资，进一步提高煤矸石利用的社会化比例，是让“无害化”向“资源化”转变的方法，此外，进一步提高煤矸石的综合利用率以及利用水平，使煤矸石资源利用的重要切入点。
煤矸石是在一种可以利用的资源，如果不能良好的利用不仅会对环境造成污染也是一种对资源的浪费，对煤矸石有以下几种利用途径。
1.根据煤矸石的热值的差异用于能量系统，热值大于8.36 MJ/kg的用于发电、供热，热值在(6.27~8.36)MJ/kg的可用于电厂发电，热值在4.18~6.27MJ/kg的可用于回收低热值煤做燃料。
2.根据生产利用系统可以用于农业和工业，在农业上用于煤矸石的复垦，农作物种植、园林绿化。在工业上可用于制砖瓦、水泥、空心砌块等建筑材料。
3.根据工程利用系统可用于平铺路、充填采空区、充填塌陷区，能够充填压实稳定路基，减少地表下沉，充当工程材料。
4.根据回收系统可以用化工方法和直接分离法，化工上可以用于提取氯化铝、明矾和一些稀有元素，可以利用直接分离法直接分离出优质煤、劣质煤和黄铁矿，优质煤可用于锅炉燃料、劣质煤可用于建筑材料、黄铁矿可用于化工原料。
5.根据工艺利用系统可将煤矸石加工利用生产陶制工艺品。
此外，还可以将煤矸石用于制造水泥，既节约能源又保护环境，通过研制煤矸石能量触发剂，可以制成内能燃料，还能将其制成高强度的水泥砂浆，还能将煤矸石与过氧化氢、氢氧化铝和陶土粉制成复合型阻燃发泡剂，还能制成粉状煤矸石发泡剂，煤矸石的利用方向和方法很多，在很多方向都有着广阔的前景。
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