煤矸石的结构

煤矸石是洗煤厂洗煤过程中排放的固体废弃物，这些废弃物的长期堆存不仅占用土地，也对环境造成了一定程度的污染，近年来有关部分也对煤矸石的处理进行了相关的研究和实践，并取得了一定的成效。在这个过程中，有些细心的投资者发现，煤矸石中嵌布有粗细不均匀的金色结晶体，那么这些嵌布在煤矸石中的金色结晶体是什么呢？他们有什么用途呢？

实际上有经验的人一眼即可分辨出嵌布在煤矸石中的金色结晶体实际上就是硫铁矿，主要成分为二硫化亚铁，硫铁矿是一种非常重要的矿产资源，在化工，军工，农业都有非常重要的应用，而且市场需求量一直呈上升的趋势。如果可以通过合理的方法和设备把煤矸石中的硫铁矿提取出来，不仅可以解决煤矸石处理的问题，还可以产生非常可观的经济效益。

硫铁矿比重4.9-5.2，煤矸石比重最多不超过3.0，因此煤矸石和硫铁矿之间有明显的比重差，而且大部分的煤系硫铁矿都为粗粒嵌布的结构，通过破碎或粗磨就可以实现煤矸石和硫铁矿的单体解离。以上这些特点就决定了从煤矸石中提取硫铁矿最简单，最实用的方法为重选法，采用最常用的重选跳汰机即可回收煤矸石中的硫铁矿，且硫铁矿选矿的效果以及效率都能够达到理想的指标。利用跳汰机从煤矸石中回收硫铁矿的工作现场：

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，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。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）。

基本介绍中文名 ：煤矸石 外文名 ：coalgangue, shale 性质 ：煤伴生废石。 组成 ：有机化合物和无机化合物 简介,结构,用途,影响,制备方法,磨粉机,破碎机, 简介 煤伴生废石是矿业固体废物的一种，是在掘进、开采和洗煤过程中排出的固体废物。是矿业固体废物的一种，包括洗煤厂的洗矸、煤炭生产中的手选矸、半煤巷和岩巷掘进中排出的煤和岩石以及和煤矸石一起堆放的煤系之外的白矸等的混合物。是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，具有低发热值。含碳20%～30%，有些含腐殖酸。中国历年已积存煤矸石约1000Mt，并且每年仍继续排放约100Mt，不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾。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，此外还可用于回收煤炭，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，也可作肥料。 露天堆放煤矸石 结构 煤矸石是在成煤过程中与煤共同沉积的有机化合物和无机化合物混合在一起的岩石，通常呈薄层和在煤层中或煤层顶、煤层底。煤矸石按主要矿物含量分为黏土岩类、砂石岩类、碳酸盐类、铝质岩类。按来源及最终状态，煤矸石可分为掘进矸石、选煤矸石和自然矸石三大类。煤矸石排放量根据煤层条件、开采条件和洗选工艺的不同有较大差异，一般掘进矸石占原煤产量的10%左右，选煤矸石占入选原煤量的12%~18%。 煤矸石的无机成分主要是矽、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。其化学成分组成的百分率：SiO 2 为52～65；Al 2 O 3 为16～36；Fe 2 O 3 为2.28～14.63CaO为0.42～2.32MgO为0.44～2.41TiO 2 为0.90～4P 2 O 5 为0.007～0.24K 2 O+Na 2 O为1.45～3.9；V 2 O 5 为0.008～0.03。 高硫煤矸石中含有的主要有用矿物为硫铁矿和煤。纯硫铁矿相对密度高达5，与脉石相对密度差为2-2.3，而共生硫铁矿与脉石相对密度差为0.5-1。因此，使硫铁矿尽可能从共生体中解离出来，利用相对密度差即可将硫铁矿分选出来。煤矸石的原矿粒度较大，其中黄铁矿的组成形态以包括结核体、粒状、块状等巨观形态为主，经显微镜和电镜鉴定，煤中黄铁矿以莓球状、微粒状分布在镜媒体中，而在细胞腔中亦充填有黄铁矿，个别为小透镜状、细粒浸染状。矿物之间紧密共生，呈细粒浸染状，所以在分选前必须进行破碎、磨矿，煤矸石的解离度越高，选别效果越理想。 存在于煤中的黄铁矿经过洗选后大部分富集于洗矸中。洗矸中黄铁矿以块状、脉状、结核状及星散状四种形态存在。前三种以2-50mm大小不等、形态各异的结核体最常见，矸石破碎至3mm以下，黄铁矿能解离80%左右，破碎至1mm以下几乎全部解离。星散状分布的黄铁矿很少，多呈0.02mm立方体单晶，嵌布于网状脉岩中很难与脉石分开。黄铁矿的回收方法和工艺流程原则上是从粗到细把黄铁矿破碎成单体解离，先解离、先回收，分选解离、分段回收。 用途 煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。中国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。为了消除污染，自60年代起，很多国家开始重视煤矸石的处理和利用。 煤矸石代替燃料：化铁；烧锅炉；烧石灰；回收煤炭。生产水泥：生产普通矽酸盐水泥；生产特种水泥；生产无熟料水泥。生产建筑材料：煤矸石烧结砖，质量较好，颜色均匀；煤矸石生产轻骨料，轻骨料是为了较少混凝土的相对密度，而选用的一类多孔骨料；生产煤矸石棉，以煤矸石和石灰为原料，经高温融化，喷吹而成的一种建筑材料。生产化工产品：制结晶三氯化铝，以煤矸石和化工工业副产盐酸为主要原料，经过破碎、培烧、磨碎、酸浸、沉淀、浓缩结晶和脱水等生产工艺而制成，是一种新型的净水剂；制水玻璃；生产硫酸铵，煤矸石内的硫化铁在高温下生产SO 2 ，再氧化而生产SO 3 ，遇水生产硫酸，并与氨的化合物生产硫酸铵。 利用途径有以下几种： ①回收煤炭和黄铁矿：通过简易工艺，从煤矸石中洗选出好煤，通过筛选从中选出劣质煤，同时拣出黄铁矿。或从选煤用的跳汰机──平面摇床流程中回收黄铁矿、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作动力锅炉的燃料，洗矸可作建筑材料，黄铁矿可作化工原料。 ②用于发电：主要用洗中煤和洗矸混烧发电。中国已用沸腾炉燃烧洗中煤和洗矸的混合物（发热量每公斤约2000大卡）发电。炉渣可生产炉渣砖和炉渣水泥。日本有10多座这种电厂；所用中煤和矸石的混合物，一般每公斤发热量为3500大卡；火力不足时,用重油助燃。德意志联邦共和国和荷兰把煤矿自用电厂和选煤厂建在一起，以利用中煤、煤泥和煤矸石发电。 测试煤矸石的发热量应使用专门的仪器进行，微机量热仪可以满足发热量的测试。 ③制造建筑材料：代替粘土作为制砖原料，可以少挖良田。烧砖时，利用煤矸石本身的可燃物，可以节约煤炭。 煤矸石烧结空心砖，是指以页岩，煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的具有竖向孔洞（孔洞率不小于25%,孔的尺寸小而数量多）的砖。其外形尺寸，长度为290,240,190mm,宽度为240,190,180,175,140,115mm,高度为90mm。由两两相对的顶面、大面及条面组成直角六面体，在中部开设有至少两个均匀排列的条孔，条孔之间由肋相隔，条孔与大面、条面平行，其间为外壁，条孔的两开口分别位于两顶面上，在所述的条孔与条面之间分别开设有若干孔径较小的边排孔，边排孔与其相邻的边排孔或相邻的条孔之间为肋。 煤矸石可以部分或全部代替粘土组分生产普通水泥。自燃或人工燃烧过的煤矸石，具有一定活性,可作为水泥的活性混合材料，生产普通矽酸盐水泥(掺量小于20%)、火山灰质水泥（掺量20～50%）和少熟料水泥（掺量大于50%）。还可直接与石灰、石膏以适当的配比，磨成无熟料水泥，可作为胶结料，以沸腾炉渣作骨料或以石子、沸腾炉渣作粗细骨料制成混凝土砌块或混凝土空心砌块等建筑材料。英国、比利时等国有专用煤矸石代替矽质原料生产水泥的工厂。 煤矸石可用来烧结轻骨料。日本于1964年用煤矸石作主要原料制造轻骨料，用于建造高层楼房，建筑物重量减轻20%。 用盐酸浸取可得结晶氯化铝。浸取后的残渣，主要为二氧化矽，可作生产橡胶填充料和湿法生产水玻璃的原料。剩余母液内所含的稀有元素（如锗、镓、钒、铀等），视含量决定其提取价值。 此外，煤矸石还可用于生产低热值煤气，制造陶瓷，制作土壤改良剂，或用于铺路、井下充填、地面充填造地。在自燃后的矸石山上也可种草造林，美化环境。 影响 到目前为止，煤矸石的利用力度还不够大。技术不完善，地区发展不平衡，对环境的影响依然很严重，主要表现在下述几个方面。 （1）影响土地资源的利用煤矸石堆场多位于井口附近，大多紧邻居民区，煤矸石的大量堆放一方面占用大量的土地面积，另一方面还在影响着比堆放面积更大的土地资源，使得周围的耕地变得贫瘠，不能被利用。 （2）污染大气煤矸石露天堆放会产生大量扬尘，这主要是由于在地面堆放的煤矸石受到长时间的日晒雨淋后，将会风化粉碎另外，煤矸石吸水后会崩解，从而很容易产生粉尘。在风力的作用下，将会恶化矿区大气的质量。此外，煤矸石中含有残煤、碳质泥岩和废木材等可燃物，其中C、S可构成煤矸石自燃的物质基础。煤矸石业务露天堆放，日积月累，矸石山内部的热量逐渐积累。当温度达到可燃物的燃烧点时，矸石堆中的残煤便可自燃。自燃后，矸石山内部温度为800~1000oC，使矸石融结并放出大量的CO、CO2、SO2、H2S、NOx等有害气体，其中以SO2为主。一座矸石山自燃可长达十余年至几十年。这些有害气体的排放，不仅降低矸石山周围的环境空气品质，影响矿区居民的身体健康，还常常影响周围的生态环境，使树木生长缓慢、病虫害增多，农作物减产，至死亡。 （3）危害水土煤矸石除含有粉尘、SiO2，A12O3以及Fe，Mn等常量元素外，还有其他微量重金属元素，如Pb，Sn，As，Cr等，这些元素为有毒重金属元素。当露天堆放的煤矸石山经雨水淋蚀后，产生酸性水，污染周围的上地和水体。当矸石堆场的矸石堆放不合理时，矸石堆易发生边坡失稳，从而导致矸石堆的崩塌、滑移，特别在暴雨季节，这种现象在山区尤为常见，易发生土石流，从而殃及下游的农田、河流及人员安全。 制备方法 从煤炭开采来看，中国每年生产1亿吨煤炭，排放矸石1400万吨左右；从煤炭洗选加工来看，每洗选1亿吨炼焦煤排放矸石量2000万吨，每洗1亿吨动力煤，排放矸石量1500万吨。2005年，国内各类煤矿生产煤炭1045亿吨，洗煤385亿吨，排放矸石量19-20亿吨。因而，全国国有煤矿现有矸石山1500余座，堆积量30亿吨以上（占中国工业固体废物排放总量的40%以上）。 煤矸石中二氧化矽、三氧化二铁、三氧化二铝的总含量在80%以上，它是一种天然的粘土质原料，可以用来烧制普通矽酸盐水泥、特种水泥和熟料水泥等各种建筑特殊用途水泥。 磨粉机和制砂机已经广泛用于煤矸石制作水泥生产线。不论是将煤矸石用于制砖，或是做水泥添加料还是供应给煤矸石发电厂，通常用到的加工设备有颚式破碎机、反击式破碎机、雷蒙磨粉机、超压梯形磨粉机、立式磨粉机、振动筛、振动给料机等。颚式破碎机具有破碎比大、产品粒度均匀、结构简单、工作可靠、维修简便、运营费用经济等特点。组成整套破碎生产系统，广泛用于矿山、水泥、化工、铁路、建筑等方面。反击式破碎机(反击破)能处理边长不超过500mm、抗压强度不超过350MPa的各种粗、中、细物料(煤矸石、花岗岩、石灰石、混凝土等)，广泛用于水电、高速公路、人工砂石料、破碎等行业。实地勘察，利用地形走势，合理配置，设备连线紧凑，占地面积小，提高了产量也节省皮带机长度和项目投资。产品具有结构独特、无键连线、高铬板锤、独特的反击衬板硬岩破碎、高效节能；产品形状呈立方体，排料粒度大小可调，简化破碎流程等优点。 磨粉机 随着经济体制改革的不断深化和我国工农业的健康快速发展，在能源日趋紧缺的情况下，矿山机械设备企业越来越注重对高效、节能环保设备的研发和生产，在矿山机械制造采用长寿命、低能耗及减轻重量的设计原则的同时，矿山机械设备企业也越来越开始重视二次开发利用矿山废弃物等资源。 煤炭作为我国的主要能源，它在社会经济发展中发挥着极其重要的作用。煤炭的开发和利用,既对社会经济起著巨大的推动作用，同时也对环境产生了重大影响。煤矸石和煤层气就是煤炭开发过程中产生的主要废弃物,长期以来被煤炭工业视为有害物质和灾害性气体。煤矸石是在煤的掘进、开采和洗选过程中排出的固体废物。中国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。近几年来，煤矸石不再仅仅被视为一种数量最大的工业固体废弃物,而作为一种资源，在化工、建材、冶金、轻工等领域得到了广泛的研究和套用,煤矸石资源化已成为煤矸石综合利用研究的重点。 破碎机 新型的煤矸石破碎机替代了早期单级有筛底的破碎机完美解决了高湿物料破碎困难问题，煤矸石破碎机针对个体用户和中小型企业是最有效的投资，有效的节约了客户购买设备的成本。该设备产量高噪音小细度低，整套设备便于维护而且无须特殊安装即刻开机使用。煤矸石破碎机采用双转子上下两级粉碎没有筛网篦底，对物料含水率没有严格要求，完全不存在糊堵筛板的问题，更不存在细粉不能及时排出，重复粉碎的问题，故粉碎效率高，不存在锤头无效磨损现象；高合金耐磨锤头锤头磨损后不需修复，移动位置反复使用，一副锤头可顶三副锤头使用。只需要一人即可轻松启闭，不仅轻巧快捷且安全可靠，便于维护，整体结构合理简单操作。

我是抚顺人，从小生在抚顺，对琥珀再熟系不过了。琥珀是学名，我们当地俗称：煤黄。那时只要是在煤矿上（西露天矿）当工人的，谁家的抽屉里都有几块象鸽子蛋大的煤黄，每块少说有三四十克吧，煤黄对抚顺煤矿的人来说不是稀罕东西。我对煤黄的产地和开采过程再清楚不过了。下面谈谈几种琥珀的产出的情况。抚顺有专门以采琥珀为生活来源的人，我们叫他是砸煤黄的。砸煤黄是非法的要偷偷的躲开矿保卫人员，象今天的城管同小贩的关系。砸煤黄的人有两种：一种是砸块料的，一种是砸碎煤黄的。块料可做工艺品原料，碎料可做中药或热合成琥珀块料。两种都有人收购。琥珀块大品质好的另一个来原，是在矿上选煤厂的跳汰机上拣的，同样在跳汰机上有经验的人一眼便可分辩出那是琥珀那是煤块，并以非常快的速度和准确无误将大块琥珀抓到手里。当然都是大块高品位的好料。但要承担被发现罚款和下岗的风险，这种料的产出量不大，还是以砸煤黄的产出量为主。现在矿上没有砸煤黄的人了，但因琥珀价钱的抬升，在矸石山还有人在砸煤黄，琥珀今天的产量不能同那时同日而语了。以后再谈几种琥珀的具体产出的具体环境地点。 

 在抚顺砸煤黄人眼里并不觉得琥珀有多珍贵。那时好块料才18元一公斤，一天一人可砸到三四两，对那些靠砸煤黄生活的人来说，每月可收入一百多元也够糊口的了。他们用的工具非常简单，一个布袋一把锤子就可了。锤子是用园钢打造的，一头平顶一头尖尖的。很好用，我也试着用过。只有有过经历的人才真的知到那里有琥珀，啥样的煤里出啥样的琥珀。

一般这里对琥珀大至分成五大类：一是能出一级琥珀产品的够规格的块料，凡金色透明无杂质且纯净的琥珀都是煤里生成的，这种料是黑色的煤皮，煤皮不太好剥落，去掉煤皮特别透明，断口呈玻璃面光泽。二是凡颜色深红带有杂质，包含植物昆虫，杂质的二级料多在煤矸石里。不同的煤矸石出不同颜色的琥珀。深灰色的煤矸石出深红色的琥珀。黄灰色的煤矸石出橙色的琥珀。一种叫水矸的矸石里出象红豆大小的棵粒圆珠。煤矸石里的琥珀皮薄好象一层油灰皮。三是花琥珀出在煤矸结核部，我们当地把花琥珀叫骨头料，这种料外皮没有明显的界限且形状不规则。四是煤黄线里的碎琥珀。（所谓煤黄线是碎琥珀的矿脉，以后细谈）五是选煤厂沉淀池里的碎琥珀。

抚顺那时有四大煤矿，只有西露天矿出产琥珀和煤精（煤精也是一种用于雕刻工艺品的难得材料）由于是露天矿，所以由地面到地下400米的地质矿脉的分层就呈现在你面前，让你非常清楚的看到全国其它地方难得一见的地质奇观

（图片为杭鸣时创作的水粉画《工业的粮仓》好象是六十年代的作品，但现在的矿貌变化不大。）砸煤璜的人要砸到够规格的好料那可不容易！那必须到露天矿的最底层，正在开采煤炭的工作面。砸煤璜的人要下大坑是徒步小路下去的，路非常陡，不是真正的路，只是那些砸煤璜的人走过的地方能下脚罢了。下到几百米你想容易吗？矿上的工人到坑底去那要轻松的多，工人通勤坐保险安全的人车大型卷扬机很快把车送到坑底。砸煤璜的人不能坐保险人车只能徒步爬大坑。块大品质好数量多的琥珀在煤层里是分布不均的，砸煤璜人叫“煤璜窝子”琥珀成窝子分布。找到最好的窝子出个一二斤琥珀的也有，就象遇到“狗头金”一样。说到“狗头金”还真的有人得到过“狗头金”，比较可靠的我知到两例。那是八十年代，一个在栗子沟住的砸煤黄的人，是个年青人，有天刚刚砸了不久便说肚子疼，夹着锤子回家了。后来他的哥们得知那天他下坑不久便砸到一块小饭盒大小的煤黄。那块琥珀有半斤多（250克）而且品质相当好。那天他怕被别人知到被抢了或出麻凡，才装病偷偷拿回家的。另一个是我的朋友是砸煤黄的姓刘，他有一块煤黄那时卖了3000千元，八十年代应是天价了。据说这两块料都出在罐笼附近。

 我的刘姓朋友，别名白刘。相应的还有黑刘，一黑一白二刘，可是砸煤黄的高手，那时他们用砸煤黄换的钱，都买了独门独院砖混结构的北京平房。都得花上一两万吧，90年代也是不小的数目。抚顺的琥珀不知养活了多少外来的无业者。

 说说那个罐笼料吧。说罐笼料得先说啥是罐笼，这里说的罐笼，不是竖井的罐笼，没见过的人不知到啥是罐笼，罐笼其实不是甚么车，也不是升降机，而是一种固定在那的大型装卸机，（好像大型港口煤炭码头也有这种设备）由于这里是大型露天矿，要把开采出来的煤炭运到坑上地面，把四五十吨的煤车从400米深的坑底提升到选煤厂，那时要靠大型卷扬机在斜坡上把大型煤车牵引到选煤厂倾卸在煤仓里。那个车卸车时非常有特点是整车立起来卸车，我们叫它‘厥腚车’。在古城子坑口有个标志性的建筑大架子四排天轮，那就是“撅腚车”的\'撅腚“的地方，在坑底将采出的煤炭装进“厥腚车”的机械设备才叫“罐笼”它有个象灯笼的园桶型框架，小型装满煤碳的矿车开进去，它将煤车旋转360度，把煤倒进煤仓里。这就是“罐笼”罐笼附近出的琥珀叫罐笼料。

矿山卸车用的罐笼：

 说说煤黄线吧：所谓煤黄线料，是在煤层里或煤矸石层里的琥珀矿脉，那煤黄线在煤层间很黄的，在煤层里可延续几米几十米长，有厚有薄，厚的可达一二百毫米，薄处也就二三十毫米，煤黄线里的煤黄基本没有大颗粒，一般约一俩毫米以内，成块的刨下来一块，很象受潮湿沾到一起的黄沙糖疙瘩。采碎料的人把它砸碎用清水淘洗，会得到比较纯的碎琥珀，晾晒时平摊在凉席上，金黄闪闪让人有抓一把送到嘴里品尝甘甜的暖暖的感觉，碎琥珀可入中药，记忆里六十年代好像有人因倒腾碎琥珀，（这里所说的倒腾碎琥珀，就是做碎琥珀的生意赚钱，那时的人从事经济活动是犯法的）因量大获利多，而获刑进了监狱。罪名是投机倒把。（是记忆中的事情，不可向本文作者追名讨姓。）可热压成柱壮以便作工艺品。 还有一种煤黄线，是含较多琥珀的煤矸石，现在有人用这种煤黄线雕成工艺品，也很有特色，我就试着做了几件。这种煤黄线随形打磨也有人收藏，做陈设标本也非常珍贵难得。抚顺琥珀研究所就有用煤黄线巧雕的这种工艺品。售价也不菲。一件几千几万也是常事，可见好的煤黄线也弥足珍贵。

一、煤矸石的产生

我国煤炭资源储量丰富，煤种齐全，目前已探明原煤储量近15000×108t，主要分布在山西、陕西、内蒙古、新疆、山东、河南、江苏以及黑龙江等干旱、半干旱区域。2008年，我国煤炭产量由2000年的9.98×108t增至27.16×108t，年均增加近3×108t，成为世界煤炭生产第一大国。为保证我国国民经济的正常发展，预计到2020年煤炭仍占一次性能源的70%左右，是我国最主要能源，而且这种能源结构在相当长时间内不会改变。煤炭资源的开发对我国经济建设和社会发展起到了重要的支撑作用，但是煤炭的开采和利用也引发了一系列的生态环境问题，煤矿区已经成为典型的、严重受损的生态系统，并成为制约煤矿区可持续发展乃至区域生态安全的重大隐患。因此，煤矿区生态环境治理迫在眉睫。

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板和底板及煤层中的夹矸以及洗煤过程中排出的矸石。作为煤炭开采和加工过程中的必然产物，煤矸石是我国目前工业排出的固体废弃物中数量最大的一种，也是矿区环境污染和生态恶化的主要原因之一。

多年来，我国煤炭开采过程中排放的煤矸石、粉煤灰、剥离物等固体废弃物累计达74×108t，占压土地8×104hm2，其中，煤矸石是排放量最大的一种固体废弃物。从煤炭开采来看，我国每年生产1×108t煤炭，排放矸石1400×104t左右；从煤炭洗选加工来看，每洗选1×108t炼焦煤，排放矸石量2000×104t，每洗1×108t动力煤，排放矸石量1500×104t。据不完全统计，目前，全国仅国有重点煤矿就有矸石山1700多座，堆积量50×108t以上（占全国工业固体废物排放总量的40%以上）。而且随着我国经济发展规模的扩大和对能源需求的不断增长，以及煤炭储量的逐年减少和产量的不断提高，煤矸石占煤炭产量的比例呈不断上升趋势。由此可见，由煤矸石引起的生态环境问题形势十分严峻，煤矸石的环境治理、生态重建和资源化利用显得十分必要。

煤矸石是聚煤盆地煤层沉积过程的产物，是成煤物质与其他物质相结合而成的可燃性矿石。聚煤盆地的沉降运动的变化，引起植物遗体堆积速度和沼泽水面上升速度之间出现“不足补偿”。如沼泽水面上升速度大于植物遗体堆积速度，沼泽水面加深，沼泽环境变化，引起泥炭作用减弱或停止，低含炭泥层或泥砂层沉积，在其后的地质作用下，形成了煤层的顶板、底板或煤层中间的含碳质泥岩或其他成分的岩层。

一般来讲，煤矸石是煤炭开采带出来的碳质泥岩、碳质砂岩，但在煤矿实际生产过程中，煤矸石是煤矿建井和生产过程中排出来的一种混杂岩体。它包括煤矿在井巷掘进时排出的矸石、露天煤矿开采时剥离的矸石和洗选加工过程中排出的矸石。夹在煤层中间的岩层层数有多有少，有厚有薄，其中最常见的岩石有粘土岩、碳质泥岩、砂质泥岩、砂岩等。产生于煤层中的煤矸石煤层的顶板，常见的岩石有粘土岩、砂岩及铝矾土。在岩浆发育的煤田中，有的煤层顶底板或煤层中间有岩浆岩侵入。我国煤矸石主要来自于石炭系、二叠系晚期、侏罗至早白垩系等含煤地层。它是由碳质页岩、碳质泥岩、砂岩、页岩、粘土等岩石组成的混合物。

根据煤矸石的产生和来源，一般露天矿剥离岩石及采煤岩石巷道掘进排出的煤矸石称为白矸，约占总矸石排放量的45%；采煤过程中产生的普通矸石约占总矸石排放量的35%；选煤厂排出的选矸约占总矸石的20%（表1-1）。

表1-1 煤矸石来源及产生情况

随着煤炭生产的不断扩展，煤矸石的产生量与日俱增，2011年煤炭产量达35.2×108t，煤矸石产生量按原煤产量的15%计算，每年煤矸石至少增加5.28×108t，历年积存下来的煤矸石已超过50×108t，占地30万亩以上，而且仍在继续增加。这样大量的煤矸石已经严重地污染了环境，并侵占了大量的土地和农田，破坏了土地资源，如不加紧有效利用，将影响煤炭工业的正常发展，影响周围环境质量。煤矸石的产生与分布与原煤产量有直接的关系。目前，我国煤矸石年排放量达400×104t的省份有山西、黑龙江、内蒙古、山东、河北、陕西、安徽、河南、新疆等。另外，四川和其他省、自治区也排放有大量的煤矸石。可见，煤矸石排放比较多的地区主要集中在北方。

露天煤矿产生的煤矸石主要是剥离和煤层顶板及上覆岩层的岩石，其岩性主要是砾岩、砂岩和泥岩；地下采煤的开拓巷由于资源回收、减少损失等原因一般布置在煤层底板岩层中，掘进排矸是岩石矸。因此，此类矸石一般是不具有燃烧值的白矸。露天煤矿回采过程中排出的煤矸石主要是煤中夹石层，一般是含炭砂岩、炭质泥岩等，此类煤矸石含有一定热值。地下采煤的准备巷道和回采巷道根据煤层多少和巷道位置的不同，产生的煤矸石含炭的多少不定，部分为具有低燃烧值的矸石。选煤厂排出的矸石是混入原煤中的伪顶和夹矸层，岩性主要是伴生硫铁矿、粉砂岩、炭质泥岩和粘土岩等，这类矸石具有一定的块度、粒度，在其化学组成上含炭、硫、铁、铝等，因此具有一定的热值，在一定的条件下极易发生自燃，这也是煤矸石山自燃的重要原因。

二、煤矸石的主要组成

煤矸石的组成随产地、层位、成因、开采方式等不同而各异，不同产地甚至同一产地的矸石，由于煤层的生成年代、成煤条件和开采等情况不同，矸石的组成和特性也不相同。因此，了解煤矸石的主要组成特征后，可以根据矸石类型确定其处理处置措施及加工利用工艺方向，制定综合处理利用方案，把矸石对环境的影响减为最小或回用转化为有用物质。

1.岩石组成

煤矸石的岩石与煤田地质条件有关，也与采煤技术密切相关。煤矸石的岩石组成变化范围大，成分复杂，主要由页岩（炭质页岩、泥质页岩、粉砂质页岩），泥岩类（泥岩、炭质泥岩、粉砂质泥岩）、砂质岩（泥质粉砂岩、砂岩）、碳酸盐类（泥灰岩、灰岩）及煤粒、硫结核等组成。

2.矿物组成

不同地区的矸石由不同种类矿物组成，其含量相差也很悬殊。一般来讲，煤矸石中的主要矿物有硅酸盐类矿物（石英、长石类、闪石类、辉石类）、粘土矿物（高岭土类、膨润土类、蒙脱石、伊利石、水云母类）、碳酸盐矿物（方解石、白云石、菱铁矿）、硫化物（硫铁矿和白铁矿）、铝土矿（一水硬铝矿、一水软铝矿和三水铝矿）和其他矿物（石膏、磷灰石和金红石）。

3.化学组成

煤矸石的化学组成随产地、层位、成因、开采方式等不同而各异，根据煤矸石的化学成分，可用于生产烧结及非烧结砖、混凝土制品、砌筑砂浆材筑路等的骨料；有的煤矸石含硅较高，可作为硅质原料制作水泥等。煤矸石中常含有炭粒和黄铁矿结核，具有较高的发热量（表1-2～表1-4）。

表1-2 阳泉矿区洗选煤矸石化学分析单位：%

表1-3 我国其他部分煤矿煤矸石化学组成单位：%

表1-4 我国部分煤矿煤矸石污染物质组成单位：mg/kg

煤矸石的化学成分比较复杂，所包含的元素可多达数十种。一般以碳、硅、铝为主要成分，其无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属，如铅、铜、锌、镉、铬、钛、钒、钴、镓等。其化学成分组成的百分率：SiO2为30～65；Al2O3为16～36；Fe2O3为2.28～14.63；CaO为0.42～2.32；MgO为0.44～2.41；TiO2为0.90～4；P2O5为0.007～0.24；K2O+Na2O为1.45～3.9；V2O5为0.008～0.03。

三、煤矸石的特性

1.颗粒大小

颗粒大小是煤矸石重要的物理性质，煤矸石的颗粒大小对矸石的筛分处理和资源化利用有很大的影响，而且不同粒径煤矸石的含硫量与发热量也是有所不同的。根据煤矸石颗粒大小可分为粗粒矸石（粒径＞25mm）、中粒矸石（粒径为25～1mm）和细粒矸石（粒径＜1mm）。

2.孔隙率

煤矸石山渗透率的大小表明了煤矸石山供氧条件的好坏，它与煤矸石的粒径分布、粒度及形状有关，更主要的是取决于煤矸石山孔隙率。

3.发热量

发热量是煤矸石最重要的质量指标，是煤矸石作为能源的使用价值高低的体现。一般煤矸石发热量的大小随着挥发分和固定碳含量的增加而增加，随灰分含量的增加而降低。根据发热量的高低可分为：低发热量矸石（发热量＜2092kJ/kg）、中发热量矸石（发热量为3347.2～8368kJ/kg）和高发热量矸石（发热量＞8338kJ/kg）。低发热量矸石用作一般建材原料，中发热量以上矸石用作沸腾炉的燃料，高发热量矸石可进行气化。

4.熔融特性

矸石在某种气氛下加热，随着温度升高，产生软化、熔化现象，称为熔融性；在规定条件下测得，随着加热温度而变化的煤矸石灰堆变形、软化和流动的特性，称为“灰熔点”。煤矸石灰熔点的高低影响到矸石利用的工艺与设备。如一些固定床热处理设备的热处理温度将取决于灰熔点，若床层的温度过高则有可能造成设备停车事故。根据熔融特性，灰熔点或软化区范围可分为难熔矸石（灰熔点为1400～1450℃）、中熔矸石（灰熔点为1250～1400℃）和低熔矸石（灰熔点＜1250℃）。

5.膨胀性

膨胀性一般是指矸石在一定温度和气氛下锻烧时，产生体积膨胀的现象，轻质陶粒的生产就是利用这种特性。根据膨胀性（膨胀系数）可分为：微膨胀矸石（膨胀系数＜0.2%）、中等程度膨胀矸石（膨胀系数为0.2%～1.6%）和激烈膨胀矸石（膨胀系数＞1.6%）。有膨胀性的矸石可烧制轻骨料。

6.可塑性

煤矸石的可塑性是指矸石粉和适当比例的水混合均匀制成任何几何形状，当除去应力后泥团能保持该形状，这种性质称为可塑性。煤矸石可塑性大小主要和矿物成分、颗粒表面所带离子、含水量及细度等因素有关。按可塑性可分为低可塑性矸石、中等可塑性矸石和高可塑性矸石可塑性。中等以上的可塑性矸石适合制矸石砖。

7.活性

在使用煤矸石生产水泥和烧结砖等建材时，其强度和性能在很大程度上取决于煤矸石的活性。煤矸石经过燃烧，其烧渣属人工火山灰类物质而具有活性，根本原因是煤矸石受热矿物相发生了变化。作为煤矸石主要矿物组分的粘土类矿物和云母类矿物的受热分解与玻璃化是煤矸石活性的主要来源。煤矸石的活性依赖于煤矸石煅烧温度和制品的养护条件，这是煤矸石综合利用时应当重视的问题。

8.含硫量

煤矸石中含硫量的多少直接决定了其处置和利用方向。由于含硫高的煤矸石具有自燃的可能性，因此，此类煤矸石要进行安全处置，预防其自燃。