煤炭共伴生资源有哪些
煤炭共伴生资源有：
1.固体共伴生矿产
(1)金属类
能供工业上提取某种金属元素的矿物资源，根据其工业用途及金属元素性质的不同又可分为:黑色金属、有色金属、轻金属、贵金属、放射性、稀有及分散元素等。在煤系中常见共伴生的金属矿产以稀有、分散及放射性元素(以微量元素出现)较常见。如锗、镓、铀、钍等。含煤岩系中的铀是铀矿床的重要工业类型之一 煤中钒主要以含铝硅酸盐类矿物形式富集于石煤中。某些煤层顶底板和夹矸中，常可见共生的锗、镓等元素富集层。少许地区也曾发现某些贵金属富集于煤层本身或其顶底板中，如金、铂、银。铁矿物以菱铁矿、赤铁矿、揭铁矿较常见。
(2)非金属类
能供工业上提取某种非金属元素或直接利用矿物或矿物集合体的某种工艺性质的矿物资源。根据其工业用途可分为:冶金辅助原料类、化工原料、化肥原料类、工业制造业用矿物原料类、陶瓷及玻璃原料类、建筑材料及水泥原料类、工艺美术及宝石类、铸石材料、研磨材料等等。总之，非金属矿产类指的是除金属，燃料矿产和地下水资源外能开发利用的其它有用矿物、岩石、砂砾和能混合加工成工业产品的一切矿物和岩石的总称。与煤系共伴生的非金属矿产种类繁多，分布广泛，储量丰富，绝大部分为沉积成因。煤系中常见的种类有:高岭土、耐火粘土、硅藻土、膨润土、叶腊石、石墨、硫铁矿、石膏、硬石膏、石灰岩、白云岩、石英砂、宝石类(如琥珀)。
(3)可燃有机岩
指固态的可以燃烧的，由生物有机质沉积形成的岩石，主要成分为碳及碳氢化合物。主要有油页岩、固体沥青、高碳质页岩、地蜡和泥炭(固结一半固结)等。
2.液态共、伴生矿产
①可燃有机矿产:石油、软沥青、煤成油等。
②从广义讲，亦可包括可利用地下水、矿泉水、地热水等。
3.气态共伴生矿产
以含煤岩系中有机质在煤化过程中形成的气态碳氢化合物为主，称为煤成气，主要成份为甲烷，含不等量的重烃、少量氮和二氧化碳。赋存在煤层中的煤成气则称为煤层气(煤层甲烷，煤层瓦斯)。煤成气的开发具有重大的经济效益，因而已成为国内外能源开发研究的热点。
一般来说，加热到950-1050℃，便会结焦。（挥发份越低越不易结焦；灰分含铝、硅越高，含铁、镁钙越少，越不易结焦。）
相关资料：
将烟煤在隔绝空气下加热，随温度升高，烟煤发生错综复杂的变化，经过一段时间的热分解，挥发物逐渐析出，残留物逐渐热缩聚，加热到一定温度，便炼制成焦炭。
各种烟煤的结焦性能
1 肥煤：肥煤的大分子中侧链的数量最多，长度适中，含氧量少，热解产物中相当一部分的分子量较大，在320-460度期间呈液态，因此肥煤的胶质体最多，流动性好，热稳定性高，温度间隔为3度/分，胶质体存在时间约为50分钟。这就决定了肥煤的粘结性最强，是我国炼焦配煤中的基础煤之一。
当配煤中弱粘结性煤的配比提高时，肥煤的配比极为重要，可增加配合煤胶质体的数量，并改善胶质体的流动性和热稳定性。从而提高配合煤的粘结性。
但是，肥煤的挥发分较高，其半焦的热分解和热缩聚比较剧烈，收缩量和收缩速度较大，故单独炼焦时，焦炭裂纹较多，较宽，较深。又因其粘结性较强，焦炭熔融性好而焦炭强度高，当相邻层温度不同而收缩速度不同时，相邻层间的应力大，所以焦炭的横裂纹较多，易碎成小块，还因其焦质体数量多且粘度大，膨胀压力大，单独炼时易发生焦饼难推，另外焦炭气孔率高，焦饼中心有海绵焦，所以肥煤的结焦性较差，不如焦煤。
2 焦煤：焦煤的变质程度比肥煤稍高，大分子的侧链稍少，含氧量更低，热分解的液态产物比肥煤少些，但热稳定性更高，胶质体数量较多，粘度大，固化温度较高，由此，膨胀压力很大（0.15-0.6公斤/平方厘米），粘结性仅次于肥煤。焦煤的挥发分中等，其半焦的收缩量和收缩速度小，所以焦炭不仅耐磨强度高，且块度大，裂纹少，抗碎强度好。
因焦煤炼焦膨胀压力大，易造成推焦困难甚至有损炉墙，同时储量不多，故结焦性虽好却不宜多用。炼焦配合煤中配入适当比例的焦煤可以调节半焦收缩，改善其结焦性，从而提高焦炭强度。
3 气煤：气煤变质程度较低，大分子中侧链多而且长，含氧较高，热解时不仅侧链从缩合芳环上断下，侧链本身又在氧链处断开，热解产物的分子量较小，在350—400度下多呈气态，因此气煤胶质体的数量少，热稳定性差（温度间隔约有90度）。形成半焦之后，由于热缩聚剧烈，收缩大，并且收缩开始的温度早，刚形成很薄半焦层时就达最大收缩速度，又因其粘结性较弱，难于抵抗收缩应力，故气煤焦炭的裂纹最多/最宽/最深，焦炭细长易碎。
气煤粘结性较差，但有挥发分高和收缩量大等特点，而且在我国储量丰富。所以在炼焦配煤中配入一定的数量，不但可以获得好的焦炭，还可以增加化学产品，便于推焦，保护炉体，并且合理利用煤炭资源。
4 瘦煤：瘦煤的变质程度高，大分子侧链少，热分解液态产物少，所以胶质体数量少，温度间隔窄（500-450=50度），粘结性差。但因挥发分低，半焦收缩缓和，半焦结构松弛，故焦炭裂纹少，块大，但耐磨强度不高，适当的配比可减少焦碳裂纹，增大块度，提高抗碎强度M40指标。
5 贫煤：贫煤和热分解时只能产生少量胶质体甚至不产生胶质体。配煤中一般不用或细粉碎后少量配用作为瘦化剂。
6 弱粘煤：弱粘煤比较复杂，变质程度较低，挥发分比气煤稍低，胶质体数量比气煤少，粘结性很弱。但一般灰分和硫分低，在配合煤粘结性好时，配入一部分，可增加收缩量，保护炉体，并能保证焦炭质量。
7 长焰煤：长焰煤的变质程度浅，含氧量高，热分解产物的分子量小，液态产物很少，粘结性极弱，在配煤中起瘦化作用，试验证明：配煤中配入长焰煤时，将降低焦炭的耐磨强度。
8 褐煤：褐煤有机质元素组成中氧占百分之十七--百分之二十六，热分解产物分子量很小，不能形成气.液.固三相共存的胶质体，且易氧化变质，在我国的炼焦配煤中未曾使用过。
一、煤矸石的分类
1.煤矸石分类的意义
我国目前煤矸石堆积量达50×108t以上，每年至少增加1.8×108t。而且煤矸石占用了大量的土地，严重污染环境。因此，世界上许多国家，如美国、德国、波兰、日本、澳大利亚等都很重视煤矸石的资源化利用和对煤矸石的治理。在对煤矸石进行利用或处置之前，掌握煤矸石的组成、特征及分类是基本的前提条件。
对煤矸石进行科学分类的意义具体表现为以下几个方面：①充分合理地利用、处置煤矸石。根据煤矸石的理化特征、化学组成确定其加工利用方向，能最大限度地利用煤矸石中有用成分。②通过煤矸石的科学分类，可初步提出煤矸石的加工利用方向。③对煤矸石进行科学分类，有利于对煤矸石的归类，有利于指导开发煤矸石新的利用途径。通过对煤矸石及煤矸石山进行科学合理的分类，有利于在复垦过程中了解煤矸石表层风化土壤的有关特性，为煤矸石山的综合复垦方向、选择煤矸石山绿化树种及其栽培方式和煤矸石山绿化的后期养护管理等提供依据。④对煤矸石及煤矸石山进行科学分类，有利于了解煤矸石堆积后可能产生的环境效应，特别是煤矸石堆积后是否产生酸性污染、是否自燃，为煤矸石山的环境治理和自燃的防治提供依据和指导。
2.煤矸石分类现状
煤矸石的分类是综合利用煤矸石的基础性工作，也是一项综合性较强的工作。由于不同地区的煤矸石成分、物理化学特性各异，煤矸石不同利用方向对其的化学成分及物理化学特性要求不一样，使得国内外至今对煤矸石的分类和命名没有一个完整统一的方案。目前，我国煤炭生产部门经常用颜色来对煤矸石分类命名，如黑矸、灰矸、白矸、红矸等；也有用煤矸石产出层位来分类命名，如顶板矸、夹矸等；也有用岩石类型来分类命名，如粘土岩矸石、砂岩矸石等。这些分类方案由于不能反映煤矸石自身的化学成分和物理化学特征，因此也不能根据这些分类方案制定煤矸石的利用方向。
针对煤矸石分类存在的上述问题，国内外学者对煤矸石分类进行了尝试。煤炭科学研究院重庆分院提出了煤矸石的三级分类命名法。中国矿业学院1986年曾对华东地区煤矸石进行了分类研究。焦作矿业学院葛宝勋、刘大锰同志对平顶山煤矸石进行了二级分类。在国外也有对煤矸石分类的研究报道。前苏联将煤矸石的来源、特征、成分等不同指标分等级列出“分类符号”。然后根据矸石在工业利用方面的质量要求，填入所需要的分类符号。根据这些分类符号，就可以选择矸石的利用方向了。
3.煤矸石分类
（1）煤矸石大类的划分
依据我国煤矸石来源情况，以煤矸石产出方式作为划分依据，并采用生产中一些习惯叫法命名，将煤矸石分为煤巷矸、岩巷矸、自燃矸、洗矸、手选矸和剥离矸6大类。
1）煤巷矸。煤巷矸为在煤炭开采过程中沿煤层掘进工程所排出的煤矸石。煤巷矸主要由采动煤层的顶板、夹层与底板岩石组成，一般排量大，且含有一定的含碳量及热值。
2）岩巷矸。岩巷矸为在煤矿建设与岩巷掘进过程中，凡是不沿煤层掘进的工程所排出的煤矸石。岩巷矸岩石种类复杂，排出量较集中，基本不含碳，基本无热值。
3）自燃矸。自燃矸为经过自燃的煤矸石。自燃矸一般呈红褐色、灰黄色及灰色。岩石种类以粉砂质泥岩及泥岩居多，其烧失量低，且有一定的活性。
4）手选矸。手选矸是混在原煤中产出，在井口或选煤厂拣出的煤矸石。手选矸具有一定的粒度，排量小，热值变化较大。
5）剥离矸。剥离矸为煤矿在开采或基建时，煤系上覆岩层因剥离而排出的矸石。剥离矸的特点是岩石种类复杂，一般无热值，目前多用来填沟造地。
（2）煤矸石亚类的划分
亚类的划分主要依据煤矸石的化学组分、矿物成分及其理化特性来确定。划分的目的是确定煤矸石的利用方式，使煤矸石物尽其用。根据全国的煤矸石资料，采用煤矸石类型、岩石类型、有机碳含量、全硫、Al2O3/SiO2的比值、Fe2O3的含量、灰熔点等项指标作为亚类划分的依据，并使用不同的代号表示，同时将此七项指标用阿拉伯数字表示等级次序，然后根据煤矸石的综合利用方向选择合适的数值列为一个亚类，这样共划分20多个煤矸石亚类（表2-1）。
1）煤矸石的岩石学特性及矿物组成特征。按此标准将煤矸石分为：高岭石泥岩（高岭石含量大于50%）、伊利石泥岩（伊利石含量大于50%）、砂质泥岩（或粉砂岩）、砂岩及灰岩。
2）有机质碳含量。有机质碳含量决定了煤矸石工业利用方向。按照煤矸石中有机质碳量，将煤矸石分为四类：一类碳含量4%，二类为4%～6%，三类为6%～20%，四类为20%。碳含量大于20%时，煤矸石具有较大的能源潜力（＞8.36 MJ/kg），可以用作燃料；有机碳含量在6%～20%时，其发热量介于3.34～8.86MJ/kg，可以作为矿物燃料掺和料。
3）全硫量。全硫量决定了热加工的工艺方式及工业利用范围。煤矸石在综合利用时，有两条界线是需要考虑的。一是硫资源回收的最低界线；另一是煤矸石在利用过程中，多数制品对矸石硫含量的最高允许值。基于这两条界线，可将硫含量分为：①＜0.5%；②0.5%～3%；③3%～5%；④＞5%。全硫含量达5%的可从洗矸中回收硫铁矿。
4）铁含量。铁含量也影响煤矸石的热加工工艺方式和工业利用范围。按铁化合物含量分为：①少铁的＞0.1%；②低铁的0.1%～1.0%；③中铁的1.0%～3.5%；④次高铁的3.5%～8.0%；⑤高铁的8%～18%；⑥特高铁的＞18%。
5）煤矸石无机成分。煤矸石无机成分中铝硅比可以作为矸石亚类划分的主要依据。铝硅比不仅反映了煤矸石无机成分特征，也可决定着一般煤矸石的综合利用方式。
铝硅比大于0.5。这类煤矸石含铝量高，含硅量相对较低，矿物成分主要为高岭石，有少量伊利石、石英等。此类煤矸石可塑性好，具有膨胀现象，可作为陶瓷、4A分子筛的原料。
铝硅比在0.5～0.3之间。这类煤矸石铝、硅含量适中，矿物成分主要为高岭石、伊利石，含有少量的石英、长石、方解石等。此类煤矸石可作为生产聚合铝的原料。
铝硅比＜0.3。这类煤矸石硅含量比铝含量相对高得多，矿物成分主要是石英、长石、方解石、菱铁矿等，含少量粘土矿物。质点粒径大，可塑性差。
总之，煤矸石的科学分类，为其综合利用与处置提供了方向。
表2-1 煤矸石分类大类
二、煤矸石山分类
1.煤矸石山的分类现状及意义
目前在煤矸石山的分类方面的理论和实践研究较少，而且大部分都是局域性煤矸石山分类，例如刘青柏等通过调查阜新地区煤矸石山的植被，根据煤矸石山的排矸年限、堆放高度和土壤风化层厚度对煤矸石山进行了分类，认为煤矸石山随着停止排矸年限增加，风化物养分状况逐渐改善。认为在排矸年限7年之内的煤矸石山上先锋植物处于优势地位；在排矸年限7～15年的煤矸石山上除生长先锋植物外，又出现适于山坡或草地生长的糙隐子草、丛生隐子草等多年生中旱生草本植物；在排矸年限15～25年的煤矸石山上先锋植物逐渐减少，逐渐出现了适合中生立地类型的植被。但是这种分类方式只是针对阜新地区的煤矸石山，根据煤矸石山已有的植被覆盖状况来研究的，对煤矸石山的地理位置、区域条件、山体构成等影响煤矸石山生态重建的因素缺乏综合的考虑。
张军等对阜新矿区煤矸石山的调查与分析，以能全面反映煤矸石山生态环境的三个主要因子——停止排矸年限、表层风化碎屑厚度、植物群落组成及盖度作为其生态分类的依据，将这一半干旱地区的煤矸石山的生态环境分为I度风化、Ⅱ度风化、Ⅲ度风化、Ⅳ度风化四种生态类型，并对各类型的特点进行描述，丰富了煤矸石山的分类理论。
通过对煤矸石山进行科学分类，可以掌握煤矸石山基质的物理化学性质和自然环境条件，为有效控制煤矸石环境污染和植被恢复和生态重建，乃至推动煤矸石资源化利用，都具有十分重要的理论和实际意义。
2.分类原则
煤矸石山分类的主要目的是植被恢复和生态重建。因此，在煤矸石山分类中应遵循了以下四个原则。
（1）综合性原则
由于影响煤矸石山生态重建的因素较多，对于煤矸石山的分类要综合考虑影响植物成活和生长的各种因素，使煤矸石山类型的划分能代表煤矸石山的主要特点，并能够在煤矸石山生态重建中指导规划和实践。
（2）可操作性原则
在煤矸石山分类指标选择中，为了能够合理地评价和分类煤矸石山，要选择具有代表性的指标。另外选择的指标要容易获得，以方便确定煤矸石山的类型和在规划中确定煤矸石山生态重建目标，并利于选择合理的工程技术方法。
（3）因地制宜原则
煤矸石山的分类坚持因地制宜的原则，就是要根据各地煤矸石山的实际情况和不同煤矸石山的特点，综合煤矸石山立地条件对植物成活和生长限制因子，结合煤矸石山的地形地貌和景观特色，划分煤矸石山的类型。
（4）景观协调原则
生态重建不仅是恢复煤矸石山的生态环境，还要结合煤矸石山的景观环境、人文环境和矿区的发展等创建煤矸石山的风景。因此，煤矸石山的景观特点和协调性作为与煤矸石山生态重建目标有关的重要因素，在分类中要有所体现。
3.煤矸石山分类体系
煤矸石山的分类体系的构建是以煤矸石山的生态重建为最终目标，通过煤矸石山分类体系的建立，能够为制定煤矸石山的生态重建目标、选择合理的工程措施和技术提供理论的支持。我们认为应主要根据煤矸石山的地域分布、堆积和积存过程中的变化、煤矸石山限制植物成活和生长的因素等对煤矸石山进行综合分类。
本书的煤矸石山的分类体系包含四个层次，即：以地域分布为依据的分类、以环境条件为依据的分类、以煤矸石山物理化学性状和地形特点为依据的分类和以煤矸石山生态重建限制因子为依据的分类。
第一层是以地域分布为依据的分类。地域的不同决定了不同区域有着不同的植被区划、自然环境条件、社会经济和人文环境条件。因此煤矸石山分类体系的第一层次是以煤矸石山的地域分布划分，可以划分为干旱地区煤矸石山、半干旱地区煤矸石山、半干旱半湿润地区煤矸石山、湿润地区煤矸石山（图2-1）。
图2-1 煤矸石山地域分布的分类
第二层次是以山体状况为依据的分类。煤矸石山自身的山体状况是煤矸石山生态重建的基础，决定了煤矸石山生态重建和景观创建的目标，并对煤矸石山生态重建技术措施的选择起着主导作用，影响煤矸石山生态重建工程的施工。因此，第二层次是以煤矸石山在堆积积存过程中发生的与植物定居和重建工程有关的变化为依据划分的。第二层包含了煤矸石山的自燃状况、堆积状况、风化层状况、地形状况等（图2-2）。
图2-2 煤矸石山山体状况的分类
第三层是以煤矸石山物理化学性状和地形特点为依据的分类。其中自燃状况包括发生自燃、部分自燃和无自燃；堆积状况包括堆积方式、位置、年限、高度等；风化层状况包括风化层厚度、土壤养分、土壤水分、酸性、重金属污染等；地形特点包括坡度、山体形状、景观状况等（图2-3）。
图2-3 煤矸石山分类体系的第三层次
第四层是以煤矸石山生态重建限制因子为依据的分类。该层的限制因子是在分类体系第三层的基础上，找出影响生态重建的各项重要因子，根据生态重建和景观设计的要求，提出相应的量值分类煤矸石山，以便于在生态重建规划和工程技术选择时作为依据。该层主要包括煤矸石山自燃状况的分类（表2-2）、堆积状况的分类（表2-3）、煤矸石山风化层状况的分类（表2-4）、煤矸石山地形地貌状况的分类（表2-5）。
对煤矸石进行分类后，有助于我们根据不同煤矸石山的特点，因地制宜地治理与复垦煤矸石山。如对于干旱地区的煤矸石山，由于地温高、极易蒸发，需要覆土复垦绿化，其他地区的煤矸石山都具有无覆土复垦绿化的可能。自燃是煤矸石山矿区环境污染和限制植物生长的主要因素，分类中将煤矸石山分为自燃、部分自燃和无自燃煤矸石山，煤矸石山的自燃与煤矸石山生态重建的立地改良和植物选择有关。对于正在自燃的煤矸石山往往需要先考虑灭火再考虑绿化措施；有自燃潜能的煤矸石山是指暂没自燃但有很大的自燃可能，甚至有的区域出现自燃前兆，对这类煤矸石山的绿化需要先采取措施防止自燃，做好防火措施，然后采取绿化措施；不自燃煤矸石山是指基本没有自燃可能的煤矸石山，这种立地条件可以直接复垦绿化。煤矸石山的堆积方式、位置、地形地貌等因素与煤矸石山生态重建的风景景观有密切的联系，可为煤矸石山的生态重建规划目标和风景景观规划设计提供依据。煤矸石山风化层的厚度、土壤养分、酸度等理化性质直接决定这煤矸石山的立地改良措施和植被恢复时植物种类的选择。煤矸石山坡度的大小是考虑植物生长、水土流失、地形整理工程等因素确定的。
表2-2 煤矸石山自燃分类
表2-3 煤矸石山堆积状况类型
续表
表2-4 煤矸石山风化层类型
表2-5 煤矸石山地形类型
总之，不同地区、不同的自燃情况、不同的风化程度和不同的地形条件，对煤矸石山治理与生态重建的技术要求是不同的，在进行煤矸石山治理与生态重建可行性分析和规划设计时，必须首先确定煤矸石山的类型。
4.煤矸石山实用分类体系
根据煤矸石山治理多年的实践，发现煤矸石的酸碱性对煤矸石山的治理起着举足轻重的作用。因此，我们将煤矸石山分为酸性和非酸性两类。酸性煤矸石山不仅污染严重，而且容易氧化产酸，极易引发自燃，是最难治理的一种，往往需要用覆盖、碱性处理、防灭火等特殊的措施进行治理；对非酸性煤矸石山，由于不容易自燃和产酸污染，治理的方法相对容易，甚至可以进行无覆盖土壤的植被恢复。
对煤矸石的分类和命名不仅是煤矸石综合利用的基础工作，而且也是一项综合性较强的工作。各地煤矸石成分复杂，物理化学性能各异，不同的煤矸石综合利用的途径对煤矸石的化学成分及物理化学特征要求也不一样。为煤矸石进行科学、合理的分类对推动煤矸石资源化利用具有十分重要的理论和实际意义，主要体现在最大限度地堆煤矸石进行物尽其用、基于利用途径对煤矸石进行归类堆放、为探索高附加值利用煤矸石技术途径和其长远发展提供决策性依据。
关于煤矸石的分类命名，目前国内外至今尚无系统、完整和统一的方案，多是不同研究者根据某些特征提出自己的分类标准。煤矸石的分类及命名方案很多，其中最简单、最常用的是以煤矸石的产地来分类。煤炭生产部门则习惯用颜色来分类命名，如黑矸、灰矸、白矸、红矸等；或根据矸石产出层位来分类命名，如顶板矸、夹石矸等。煤矸石常见的分类依据有按来源分类、按自然存在状态分类、分级分类法以及按利用途径分类法。
1、按来源分类 根据煤矸石的产出方式即来源可以将煤矸石分为洗矸、煤巷矸、岩巷矸、手选矸和剥离矸，有的研究中将自燃矸也作为按来源分类中的一类
（1）洗矸 从原煤洗选过程中排出的尾矿称为洗矸。洗矸的排量集中,粒度较细,热值较高,黏土矿物含量较高,碳、硫和铁的含量一般高于其他各类矸石。
（2）煤巷矸 煤矿在巷道掘进过程中，凡是沿煤层的采、掘工程所排出的煤矸石，统称煤巷矸。煤巷矸主要是由采动煤层的顶板、夹层与底板岩石组成，常有一定的含碳量及热值，有时还含有共伴生矿产。
（3）岩巷矸 在煤矿建设与岩巷掘进过程中，凡是不沿煤层掘进的工程所排放出的煤矸石，统称岩巷矸。岩巷矸所含岩石种类复杂，排出量较为集中，其含碳量较低或者不含碳，所以无热值。
（4）手选矿 混在原煤中产出，在矿井地面或选煤厂由人工拣出的煤矸石称为手选矿。手选矿具有一定的粒度，排量较少，主要来自所采煤层的夹矸，具有一定的热值，与煤层共伴生的矿产业往往一同被拣出。
（5）剥离矸 煤矿在露天开采时，煤系上覆岩层被剥离而排出的岩石，统称为剥离矸。其特点是所含岩石种类复杂，含碳量极低，一般无热值，目前主要是用来回填采空区或填沟造地等，有些剥离矸还含有伴生矿产。
（6）自燃矸 自燃矸也称为过火矸，是指堆积在矸石山上经过自然后的煤矸石。这类矸石（渣）原岩以粉砂岩、泥岩与碳质泥岩居多，自燃后除去了矸石中的部分或全部碳，其烧失量较低，颜色与煤矸石原岩中的化学组成有关，具有一定的火山灰活性和化学活性。
2、按自然存在状态分类 在自然界中，煤矸石以新鲜矸石（风化矸石）和自燃矸石两种形态存在，这两种矸石在内部结构上有很大的区别，因而其胶凝活性差异很大。
（1）新鲜矸石 （风化矸石）是指经过堆放，在自然条件下经风吹、雨淋，使块状结构分解成粉末状的煤矸石。该种煤矸石由于在地表下经过若干年缓慢沉积，其结构的晶型比较稳定，其原子、离子、分子等质点都按一定的规律有序排列，活性也很低或基本上没有活性。
（2）自燃矸石是指经过堆放，在一定条件下自行燃烧后的煤矸石。自燃矸石一般呈陶红色，又称红矸。自燃矸石中碳的含量大大减少，氧化硅和氧化铝的含量较未燃矸石明显增加，与火山渣、浮石、粉煤灰等材料相似，也是一种火山灰质材料。自燃矸石的矿物组成与未燃矸石相比有较大的差别，原有高岭石、水云母等黏土类矿物经过脱水、分解、高温熔融及重结晶而形成新的物相，尤其生成的无定形SiO2和Al2O3，使自燃煤矸石具有一定的火山灰活性。
3、分级分类法 以上方法对煤矸石进行分类只能反映煤矸石某一方面的特性，不利于煤矸石的综合作用。欧洲各主要产煤国、美国、澳大利亚等国对煤矸石的综合利用进行了大量的研究，提出过多种分类方案，其中以前苏联的研究最具代表意义。他们按煤矸石的来源、特点、成分等不同指标分等级列出分类符号，然后根据各种利用途径对煤矸石质量的要求，填入所需的分类符号。根据分类符号所规定的质量要求，可以方便地选择煤矸石的加工工艺和综合利用途径。
20世纪80年代以来，我国科技工作者针对我国的煤矸石情况进行了较为深入的研究，同时借鉴国外的分类方法，提出了各种分类方案，并采用多级分类命名的方法，希望能够充分反映煤矸石的物理化学以及岩石矿物学特征，以期为煤矸石的利用提供方便，其分类方法如下介绍。
（1）重庆煤炭研究所提出煤矸石的三级分类命名法，三级分别为矸类（产出名称）、矸族（实用名称）、矸岩（岩石名称）。该方案首先按煤矸石的产出方式将其分为洗矸、煤巷矸、岩巷矸、手选矸和剥离矸五个类，最后按煤矸石的岩石类型划分矸岩。
（2）中国矿业大学以徐州矿区煤矸石的研究为基础，提出了华东地区煤矸石分类方案。该方案是以煤矸石在建材方面的利用为主要途径的一种分类方案。分类指标为岩石类型、含铝量、含铁量和含钙量，四个指标均分为四个等级，除岩石类型以笔画顺序排等级外，其他三个指标都以含量多少排等级，以阿拉伯数字表示等级次序。然后以岩石类型等级序号为千位数字，依次与其他三个指标的等级序号组成一个四位数，作为煤矸石分类代号。
4、按利用途径分类
分级分类方法虽然能比较全面的反映煤矸石的相关特征，但该方法过于复杂。鉴于煤矸石活性与煤矸石所含黏土矿物种类以及数量相关，便于煤矸石建材资源化利用，有些人层建议按煤矸石黏土矿物组成和数量对煤矸石进行分类，按煤矸石中高岭土、蒙脱土和伊利石含量多少将煤矸石分为高岭土质矸石、蒙脱土质矸石、伊利石质矸石和其他矸石，其他矸石是指所含黏土矿物总量小于10%的煤矸石。根据煤矸石主要利用途径，一是作为原料，二是利用其热值，结合煤矸石的矿物组成和碳含量，可以对煤矸石进行一下分类。
煤矸石中的碳含量决定着煤矸石资源化利用的方向，根据固定碳含量将煤矸石划分为四个等级；1级<4%（少碳的）、2级4%-6%（低碳的）、三级6%-20%（中碳的）和4级>20%（高碳的）。
根据煤矸石中的岩石矿物的组成特征可以将其分为高岭石泥岩（高岭石含量>50%）、伊利石泥岩（伊利石含量>50%）、碳质泥岩、砂质泥岩（或粉砂岩）、砂岩与石灰岩。岩石矿物组成的差异必然导致化学组成存在差别，根据煤矸石中Al2O3含量和Al2O3/SiO2比值可以将煤矸石分为高铝质、黏土岩质和砂岩质矸石三大类。
尽管当前煤矸石的分类方法很多，但尚未形成一个统一的、明确的分类及命名方案。只有对各地区的煤矸石物理、化学以及岩石矿物性质进行系统的研究，建立起比较完备的煤矸石数据库，才能基于煤矸石综合利用来确定煤矸石的分类。从有利于煤矸石综合利用，且分类简单的方面来说，有些人认为根据煤矸石的碳含量和矿物组成进行分类是一种比较适合的分类方法。
告别“大发展” 升级示范先行
“‘十三五’现代煤化工不能再提‘大发展’了。”这句话是记者在日前举行的中国煤炭加工利用协会六届四次理事会暨第九届全国低阶煤热解提质及下游产品技术研讨会上，听到与会代表说得最多的一句话。
“‘十二五’期间，现代煤化工的发展是石油和化工行业的最大亮点之一。从技术和产业规模看，我国现代煤化工已经走在了世界的前列。但是‘十三五’期间，现代煤化工产业最应该注重的是发展质量而不是发展速度。”中国化学工程集团股份有限公司总工程师汪寿建说。
石油和化学工业规划院副院长白颐也认为，“十三五”行业要重新认识现代煤化工，推动煤化工产业健康发展，而不能使其发展过热。发展煤化工对于我国来说是一个长期战略，无论油价涨跌，坚持煤炭资源清洁高效转化的大方向始终不变。当前的市场困境，恰恰可以使已经有过热苗头的煤化工产业冷静下来，重新审视和定位产业发展方向。
记者了解到，相比于昔日“逢煤必化”的发展冲动，如今煤化工行业已显得更为冷静和理性。比如，业界曾估算，2015年我国将形成煤制油产能1200万吨，但是根据最新的行业数据，预计到2020年，我国煤制油产能将达1200万吨，煤制天然气产能将达200亿立方米，煤制烯烃产能将达1600万吨，煤制芳烃产能将达100万吨，煤制乙二醇产能将达600万吨，相比之前的规划均有不同程度的缩水。
不少现代煤化工企业亦如此。今年1月，神华集团确定的“十三五”发展目标中，提出将现代煤制油化工产业建设成为行业升级示范标杆，主要煤化工产品中，油品583万吨、合成树脂366万吨、甲醇554万吨。
对此，白颐认为，“十三五”期间我国现代煤化工应该做好三件事一是研究低油价条件下的发展机会成本和竞争力二是加大各项技术创新和工艺优化的力度，提高发展效率三是完善和落实可持续发展措施，注重资源保护、环保和节能。
采访中，不少业内人士表示，目前现代煤化工发展遭遇困境，与其本身工艺技术还不够成熟不无关系，因此，“十三五”行业还应该以示范为主，并需要进一步升级示范。
中国煤炭加工利用协会理事长张绍强认为，投资大、水资源消耗大、碳排放强度大、对原料要求比较苛刻等，都是现代煤化工行业现存的问题。对此，业内要有清醒的认识，而不应该只盯着“高大上”的那几条工艺路线。
张绍强提出，“十三五”期间，要科学规划现代煤化工产业布局。总结煤制油、煤制烯烃、煤制气等示范工程取得的经验。深入研究煤质与气化炉的适应性，开展高富油、高挥发分低阶煤节水型干馏提质、高硫煤化工、新型催化剂等关键技术攻关，提高设备运行的稳定性和可靠性。有序建设一批大型煤制油、煤制烯烃、煤制气等示范项目，推进具有自主知识产权的煤炭间接液化技术研发示范和产业化进程，加大煤炭转化力度，推动煤炭由燃料向原料与燃料并重转变，提高煤炭对国家能源安全的保障能力。
汪寿建认为，“十三五”期间，现代煤化工产业应围绕能效、环保、节水及技术装备自主化等内容开展产业化升级示范工程，依托示范项目不断完善现代煤化工自主创新升级技术，加快转变煤炭清洁利用方式，为煤炭绿色化综合利用提供坚强支持。
汪寿建告诉记者，“十三五”期间要有序推进现代煤化工产业化、技术升级示范工程，规范标定评价工作，做好三个有数。一是掌握标定示范工程物耗、能耗、水耗以及“三废”排放等主要指标，如示范工程能源转化效率和二氧化硫、氮氧化物及二氧化碳排放强度二是掌握示范工程的生产负荷等各机组及转动设备运行情况、产品品种及质量指标、安全环保措施、投资强度及经济效益，判断以上指标是否达到设计值三是掌握示范工程运行经验并总结查找分析存在的问题，为进一步优化操作和技术升级改造提供可靠的数据依据。
面临五大挑战 低油价最头痛
现代煤化工产业未来发展仍然面临诸多挑战，这是与会代表们所达成的共识。汪寿建将现代煤化工产业所面临的挑战归纳为五个方面。
一是煤化工规划布局制约问题。“十三五”期间，国家对现代煤化工项目的布局有严格的要求，要优先布局在有煤炭资源的开发区和重点开发区，优先选择在水资源相对丰富、环境容量较好的地区进行布局，并符合环境保护规划对没有环境容量的地区布局现代煤化工项目，要先期开展经济结构调整、煤炭消费等量或减量替代等措施腾出环境容量，并采用先进工艺技术和污染控制技术，最大限度减少污染物的排放。
二是水资源利用瓶颈问题。我国煤炭资源和水资源分布不匹配。主要煤炭产地和煤化工项目基地多分布在水资源相对匮乏、环境相对脆弱的地区。由于煤化工要消耗大量的水资源，主要用于工艺蒸汽用水获取氢源、循环冷却水蒸发或跑冒滴漏损失需要系统补充水、除盐水补充水及生活用水等。同时产生大量废水，对环境产生巨大威胁。
“若不采取确实可行的节水措施，如开式循环冷却水系统节水技术、空冷技术、闭式冷凝液回收技术、水的梯级利用及重复利用等措施，单位水耗和废水排放量降不下来，布局的煤化工项目就会成为泡影。”汪寿建说。
三是环境排放污染问题。此前，我国现代煤化工由于废水不达标排放，或者排放标准过低，出现了一些“三废”排放污染环境、污染水源和沙漠的事件。目前高浓盐水和有机废水的处理回收技术还没有得到很好的解决。大量的二氧化碳排放也是产业发展不容回避的问题，如何综合利用如捕集、驱油和埋存，相关问题还有待于探索和完善。
“今年年初，环保部发布的《关于华电榆横煤基芳烃项目环境影响报告书审批权限的复函》指出，华电榆横煤基芳烃项目包括年产300万吨的煤制甲醇装置环境影响评价文件将由环保部直接审批。这说明，从2014年开工以来，目前华电榆横煤基芳烃项目还没有通过环保部环评。这也从侧面说明了现代煤化工环评难。”汪寿建说。
四是产品同质化问题。现代煤化工产业起步时间短、研发时间不长，加上投入资源有限，核心装备技术又不能完全掌握，导致煤化工的中间产品雷同现象比较严重。产业链也做不长，不少终端产品是低附加值产品，比如聚乙烯、聚丙烯等，产业竞争力不强。若不走差异化的发展道路，现代煤化工产业还将形成新一轮的产能过剩。
五是低价油气冲击经济性问题。在高油气价格的前提下，现代煤化工的竞争力毋庸置疑。但是到了低油气价阶段，如油价在每桶60美元、50美元以下的时候，煤化工成本优势遇到了极大的挑战。如何采取应对措施扶持政策，是行业和有关部门必须考虑的问题。
在业内人士看来，“十三五”现代煤化工面临的诸多挑战中，首当其冲的便是油价问题。
近日，国际原油期货价格跌至12年来新低点。对此，不少分析机构预计，整个“十三五”期间国际油价都将保持在中低位。
白颐表示，预计“十三五”期间，石油价格大部分时间将保持在每桶50～70美元，前3年价格会低一些，后2年价格会上涨一些，但是也有分析机构预计的油价更低。这说明，现代煤化工产业很可能将长期受到低油价的冲击。
新型煤化工包括煤制油、煤制气、煤制烯烃、煤制芳烃、煤制乙二醇等，白颐指出，这些工艺产品对油价的承受能力各不相同。
煤价在每吨200～300元的情况下，煤制油项目可承受每桶70～80美元的油价，若煤制油项目享受30%税费优惠，则可承受每桶60～70美元的油价。
煤制天然气方面，目前世界各地区天然气定价机制存在显著差异，气价与油价脱钩已逐渐成为世界天然气贸易定价的新趋势，我国煤制天然气与油价不完全挂钩，所以煤制天然气项目更多的不是考虑油价，而是考虑目标市场和运输途径。
煤制烯烃方面，在煤炭价格每吨200～300元的情况下，新建煤/甲醇制烯烃项目可承受每桶70～80美元的油价，已建煤或甲醇制烯烃项目的承受能力(按照边际成本考虑)可承受每桶50～55美元的油价。价格和市场环境是煤制烯烃企业必须考虑的因素。白颐认为，东部地区项目将主要面临海外低价原料产品的冲击，如果项目在东部地区，船运费用较低，就要考虑国外产品的竞争项目要是在西部煤炭产地，就要考虑液体运输半径和消费能力，尽可能在周边解决销售问题。此外，煤制烯烃除了生产聚丙烯、聚乙烯等通用产品外，产品还要往高端和精细化学品方向发展。
由于项目投资高，煤制芳烃项目对原油价格下降的承受能力略低于煤制烯烃，而且PX不宜长距离运输、PTA产能过剩，白颐建议企业在进行布点时充分考虑产业链衔接。
煤制乙二醇项目还无法与乙烷路线工艺竞争，因此新建项目应尽可能分布在中西部地区，目标市场控制在一定销售半径内，以产业链形式发展。
突围需靠创新 瞄准成套技术
业内人士普遍认为，在当前的形势下，技术创新依然是现代煤化工行业实现困境突围的重要途径。业内专家认为，在示范阶段，应在煤炭分质高效利用、资源能源耦合利用、污染控制技术(如废水处理技术、废水处置方案、结晶盐利用与处置方案等)等方面承担环保示范任务，并提出示范技术达不到预期效果的应对措施同时严格限制将加工工艺、污染防治技术或综合利用技术尚不成熟的高含铝、砷、氟、油及其他稀有元素的煤种作为原料煤和燃料煤。
技术创新不仅在于原创性发明，更在于具有重大应用价值的技术集成。汪寿建表示，“十三五”期间，应通过对煤化工单项工艺技术、工程技术和信息技术的重组，获得具有统一整体功能的全新成套技术，并努力形成现代煤化工的品牌要进一步加大核心工艺技术、工程技术和环保技术的创新力度，在关键及核心技术方面取得突破煤化工项目应创新工艺技术、工程技术和环保节能减排技术，项目建设规模应符合国家产业政策要求，采用能源转换率高、污染物排放强度低的升级工艺技术，并确保原料煤质相对稳定。
在汪寿建看来，有四类技术是构成“十三五”现代煤化工生存和发展的关键。
一是现代煤化工污染物控制技术(“三废”处理排放及废弃物回收利用环保技术、节能技术和节水技术)二是现代煤化工核心工艺示范升级创新技术(煤气化、合成气净化、合成、煤质分质分级综合利用技术)三是现代煤化工后续产品链技术(合成材料、合成树脂、合成橡胶等高端化学新材料技术以及精细化学品专业化、高附加值化技术)四是现代煤化工耦合集成技术(产品耦合技术、催化剂技术、多领域多元节能信息控制技术耦合和国产大型装备技术)。
“第一类解决环保问题，第二类解决生存问题，第三类解决同质化问题，第四类解决现代煤化工智能竞争力问题。这些技术都有很大的创新空间，等待行业去开拓。”汪寿建说。
白颐介绍说，在热解提质技术方面，行业要注重规模化应用的工业热解反应设备开发，装备和自控的系统集成和整体提升，热解产品深加工技术开发，配套的环保节能技术的应用和创新在煤气化技术方面，要开发安全环保、可靠性强、效率高、消耗小、适应性强的技术，对煤种、煤质的适应性强(如高灰熔点)的气化技术，煤气化新工艺如催化气化工艺、共气化、地下气化等，开发国产大型煤气化装备，超高温3000～4000吨/天的大型气化炉，大型粉煤输送泵，煤气化废水处理技术。
在煤间接液化领域，要注重新型催化剂技术开发，产品要向特种油品、精细化学品方向发展，工艺向系统优化集成方向发展，关键技术装置向大型化、低能耗方向发展。在煤制天然气领域，要注重国产甲烷化工艺的优化及工业化、新型甲烷化反应器技术，创新国产催化剂的工业化应用，提高寿命、耐高温特性，注重节能降耗、余热利用。甲醇制烯烃领域，要注重催化剂改性、工艺条件和反应器优化、产品分离工艺，加强下游产品技术开发，减少同质化，优化原料结构，废水处理，节能降耗等。甲醇制芳烃领域，要注重国产技术的工业化验证，加强关键技术优化、提高芳烃产率、芳烃技术集成、煤制芳烃技术多元化、反应设备及优化。甲醇制汽油领域，要注重提高国产催化剂的活性、寿命、选择性，加强大型化反应器开发。工艺系统优化、副产物集成利用。
北京凯瑞英科技股份有限公司总经理唐强博士认为，以甲醇为原料生产聚甲氧基二甲醚(DMMn)，将DMMn用作柴油调和组分，能明显减少污染物排放，提升油品质量，可以利用我国已经过剩的甲醇，替代部分油品，是“十三五”现代煤化工产品多元化的发展方向之一。该公司与清华大学、山东玉皇化工集团合作，已经开发全球首个万吨级DMMn生产装置，并通过鉴定，总体技术处于国际领先水平。目前，90万吨DMMn生产项目已被列为山东省重点建设项目，一期30万吨装置设备加工安装及现场建设工作已经启动。“我国目前柴油年消费量超过1.6亿吨，如果DMMn能替代20%柴油，其年需求量将超过3000万吨，市场空间十分广阔。”唐强告诉记者。
来源：中国化工报
