介绍

煤矸石是煤炭开采、洗选和加工过程中产生的固体废物。据不完全统计，目前全国各地堆放的煤矸石约有45亿吨，大型煤矸石山有1600多座，占地约1.5万公顷。而且，累计量还在以每年1.5-2亿吨的速度递增。煤矸石的堆放不仅占用大量土地，而且在一定条件下还会引起自燃甚至爆炸事故，造成人员伤亡和煤矸石排放系统的破坏，影响安全生产。同时，煤矸石自燃排放的二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物、烟尘等有害气体污染周围大气环境，严重影响矿区居民健康。

一、我国煤矸石的综合利用现状

我国煤矸石的综合利用已有几十年的历史，但到目前为止，我国煤矸石的综合利用水平还不高。主要表现在技术装备落后、企业规模小、发展潜力不足、竞争力弱等方面。目前，我国煤矸石综合利用技术和装备水平达到90年代国际先进水平的比例不高，一些技术含量高的煤矸石综合利用技术还没有得到广泛应用。据资料报道，美国、英国、德国等西方国家煤矸石的整体利用率达到90%以上，而中国这个以煤炭为主要能源的国家，煤矸石的整体利用率不到50%。这导致我国煤矸石的堆积量每年以1.5 ~ 2亿吨的速度递增，煤矸石山的危害日益严重。

因此，应加强煤矸石的综合利用，加强煤矸石综合利用技术的开发、推广和应用，最终变废为宝，促进煤炭工业的健康发展和国民经济的可持续发展。

二、煤矸石综合利用的主要途径

(一)煤矸石发电

煤矸石发电是煤矸石综合利用的重要途径。煤矸石电厂主要采用煤矸石洗挖，热值在6.53-8.37 MJ/kg之间。目前煤炭系统煤矸石发电多采用流化床燃烧技术，应用最广泛、最成熟的是35t/h和75t/h循环流化床锅炉。

我国煤矸石发电已形成一定规模，全国煤矸石电厂装机容量已发展到500万千瓦。煤矸石发电每年消耗的煤矸石总量约为4500万吨，约占煤矸石综合利用量的60%。可见，煤矸石发电不仅大量消耗了煤矸石，变废为宝，而且节约了大量煤炭资源，缓解了煤电日益紧张的局面，其经济、社会和环境效益十分显著。

(二)利用煤矸石生产建筑材料

煤矸石可生产的建筑材料及制品主要有:煤矸石砖、煤矸石砌块、煤矸石通用水泥、煤矸石专用水泥、轻集料、马赛克和琉璃瓦等。这是煤矸石综合利用的另一个重要方向，可以大量消耗煤矸石。

1、煤矸石制砖技术。利用粘土成分相近的煤矸石制砖，可以做到不用土、不用煤或少用煤制砖，节约土地和能源。煤矸石制砖的主要工艺流程为:破碎→研磨→搅拌→压制→成型→干燥(除湿)→焙烧→成品。与传统的粘土砖相比，煤矸石砖的强度和耐腐蚀性都优于粘土砖，而且干燥快，收缩率小。

2.煤矸石被用来制造水泥。国内外对煤矸石在水泥工业中的应用做了大量的工作。研究和实践表明，利用煤矸石生产水泥熟料、普通硅酸盐水泥、无熟料或少熟料水泥、特种水泥(如快硬水泥、双快硬水泥、喷射混凝土等)。)具有广阔的应用前景。

3.煤矸石制轻集料。煤矸石是生产轻集料的理想原料。煤矸石烧制的轻集料性能良好，可用于配制200 ~ 300 #混凝土。具有容重轻、吸水率低、强度高的特点，适用于制作各种建筑预制件。

(3)利用煤矸石生产肥料

利用煤矸石为原料生产农用肥料在国内外已有应用。煤矸石中含有约15% ~ 20%的有机质，以及丰富的植物生长所必需的硼、锌、铜、钴、锰、钼等微量元素。一些煤矸石中的氮、磷、钾和微量元素含量是普通土壤的数倍，可以加工成有机肥和微生物肥料。

微生物肥料是近年来发展生态农业和绿色食品的新产品。煤矸石含有大量有机质，是承载固氮、释磷、释钾等微生物的理想基质和载体。煤矸石微生物肥料生产工艺简单，能耗低，投资少，生产过程中无废渣排放。如南票矿务局与中国农业科学院合作研制的“金丰牌”1微生物肥料，山东龙口矿务局与北京宝科技研究所合作研制生产的“天力宝”微生物肥料，均取得了良好的社会效益和经济效益。

(4)煤矸石制化工原料

煤矸石的主要化学用途是通过各种方法从煤矸石中提取某种元素或生产硅铝材料。对于高铝含量的煤矸石，开发的化工产品主要有结晶氯化铝、聚合氯化铝、硫酸铝和4-ARING。沸石等。

1.结晶氯化铝。主要用作精密铸造的硬化剂(强度比氯化铁高)，纸张施胶沉淀剂，净水凝结剂，木材防腐剂，制造氢氧化铝胶。

2.聚合氯化铝。又称碱式氯化铝，是一种无机高分子化合物，一种新型的混凝沉淀剂，广泛应用于水质净化和污水处理，以及造纸、制革、铸造、医药、轻工、机械等诸多领域。利用煤矸石生产聚合氯化铝具有投资少、成本低、工艺简单的优点。

3、4 & Aring沸石。4 & Aring沸石是目前最好的无磷洗涤剂，去污效果与三聚磷酸钠(STPP)相当，且对人体无害，对织物无害，易生物降解，有利于环保，应用前景广阔。传统的生产4A沸石的方法主要是以NaSiO3和NaAIO3为原料进行水热合成，原料成本高。利用煤矸石生产4 & Aring沸石原料充足，成本低，效益高。

另外，由于利用煤矸石生产铝盐后留下的残渣主要成分是二氧化硅，所以该残渣可用于生产水玻璃、白炭黑等。除了高铝产品。

(5)煤矸石制备新材料

1.用煤矸石合成碳化硅。碳化硅具有优异的高温强度、高热导率、高耐磨性和耐腐蚀性，广泛应用于磨料、耐火材料、高温结构陶瓷、冶金、大功率电子等工业领域。碳化硅的工业生产主要以石英砂、石油焦或优质无烟煤为原料，通过炉内高温电加热还原生产碳化硅，是一个高能耗、高污染的行业。与传统原料相比，以高硅煤矸石和烟煤为原料合成的SiC反应速度更快，反应温度更低，可以替代石英砂和最昂贵的石油焦，降低能耗和生产成本，具有很高的应用价值和前景。这是煤矸石综合开发利用的一条新途径。

2.用煤矸石制备4 & Aring分子筛。国内外传统的分子筛生产，大多采用氢氧化钠、硅酸钠、烧碱等化工原料的合成方法。由于这些原料短缺且价格昂贵，生产工艺复杂，生产成本高，阻碍了分子筛应用范围的扩大。而利用富含高岭石的煤矸石生产分子筛，原料丰富廉价，工艺流程简单，成本低，具有较强的市场竞争力。

(六)煤矸石地下处理技术探讨

传统的煤矸石处理方法是将煤矸石提升出井堆放或再利用，不仅大大增加了矿井的运输量和运输成本，而且排出的煤矸石堆放在地表时还占用了大量宝贵的土地资源。同时，堆积成山的煤矸石会自燃，严重影响煤矿的安全生产和职工的生命安全，造成矿区大气和水源的污染。因此，如果能采取适当的措施，防止煤矸石出井或少出井，就可以从根本上解决很多因煤矸石在地表堆积而产生的问题。

目前，国内外煤矿工作者在长期的实践和研究中发现，在地下采煤过程中避免或减少矸石是完全可行的。主要技术包括以下内容:

1、少岩巷道、多煤巷或全煤巷布置。近年来，随着开采速度的加快和工作面单产的提高，巷道维护时间缩短。随着支护技术水平的提高，煤层巷道维护难度大大降低；运输设备的改进和新型运输设备的应用，使得对巷道曲率半径和坡度的限制越来越小，以及防止煤层自燃技术水平的提高等。，这些都为少岩巷、多煤巷或全煤巷的布置打下了良好的基础。近年来，德国、英国的煤炭企业逐步应用全煤巷开拓技术，部分煤矿取消了排矸系统；中国六安张村矿、神华集团大柳塔矿也实现了全部煤巷布置，基本不产生矸石。

2、井下应用机械煤仓。传统的地下煤仓一般布置在岩层中，用时开挖，用后丢弃，造成极大的浪费和大量的废石。为了减少或避免井下矸石，应采用机械煤仓。采区(或工作面)内的机械煤仓是可移动的煤仓，一个地方用完后可以移动到其他地方再利用。

3.把地下密室搬到地上。地下爆破器材库开挖在稳定的岩层中。“地下爆破材料仓库必须有独立的通风系统”，所以往往需要挖一条很长的通风隧道。但是，随着采矿机械化程度的提高，井下爆破设备的使用已经越来越少。如果将地下爆破器材仓库搬到地面，不仅可以减少硐室本身的开挖量和产生的废石，还可以减少硐室专用通风巷道的开挖量和产生的废石。

4.利用井下废石充填采矿空区是减少废石出井的重要方法。对于采空区(或工作面)倾角大于42o的情况，自重充填法最简单可行。矸石可由(胶带)输送机运至工作面后方回风巷，矸石可直接卸载至采区空区域；或用铲装自动卸料车直接卸下矸石运输至采矿空区；或者使用单轨吊车、轨道车、行李车等辅助运输工具直接将废石卸至采矿空区域。

5.地下选煤。采煤工作面生产的原煤中含有约15%的煤矸石。如果在井下进行矸石分选，不仅可以防止矸石出井，还可以减少矿井运输量，降低运输成本。井下选矸容易实现，比如在工作面挑矸；在井下原煤运输巷道中设置低速(胶带)输送机，或者为了不影响运输能力，并联低速输送机，以便机械或人工挑矸，等等。

三。煤矸石综合利用的建议

1.研发一批煤矸石综合利用技术，重点研发大型燃煤矸石循环流化床锅炉及成套发电技术、简易高效烟气脱硫、生态微生物复垦技术、高岭土深加工技术等技术，以及地面无矸石山综合处置利用技术和工艺开发。通过产学研联合研发，逐步建立技术引进、消化吸收、自主开发的技术创新机制，跟踪国际综合利用技术装备发展趋势，缩短我国煤矸石综合利用技术装备水平与世界的差距。

2.加快现有企业煤矸石综合利用技术改造，用先进实用的技术改造落后、污染环境的技术、工艺和设备，如老电厂的流化床锅炉，从根本上解决煤矸石电厂的污染问题；利用硬塑料和半硬塑料成型技术改造落后的软塑料成型技术和设备，使煤矸石制砖上一个更高的规模和水平。

3.推广一批先进适用的煤矸石综合利用技术，重点是75t/h以上的循环流化床锅炉、炉内石灰石脱硫和静电除尘技术等。

4.强化技术导向作用，加快先进成熟技术的推广应用，建立健全煤矸石综合利用技术和产品的推广和技术转移网络，有效发布技术和供求信息，促进科研成果有效转化。