煤矸石是采煤和選煤過程中產(chǎn)生的工業(yè)固體廢物。我國煤矸石已累計(jì)堆存50億t以上，據(jù)統(tǒng)計(jì)仍以每年3.0～3.5億t的速度不斷上升，預(yù)計(jì)到2020年我國煤矸石每年排放量將會(huì)增至7.29億t。煤矸石的主要礦物成分是硫化鐵、氧化鋁、伊利石、石灰石、高嶺石、石英等。煤矸石的主要化學(xué)成分是Al2O3、Na2O、SiO2，另外還含有數(shù)量不等的Fe2O3、CaO、P2O5、SO3、MgO和微量稀有元素等，可見，煤矸石中的成分較為復(fù)雜，可以根據(jù)煤矸石的理化性質(zhì)開展應(yīng)用工作，當(dāng)前看來，煤矸石的綜合利用效率低，技術(shù)力量較落后。

一、煤矸石對(duì)環(huán)境的影響

煤矸石對(duì)環(huán)境造成的不良影響主要有:一是占地，煤矸石作為固體廢物如不加以利用，長期堆存會(huì)占用大量土地。二是污染水，因?yàn)槊喉肥杏蠥s、Ag、Cr等重金屬元素經(jīng)雨水淋溶后，易造成土壤污染，水體污染。三是造成大氣污染，長期暴露在空氣中的煤矸石容易被風(fēng)化而發(fā)生自燃，產(chǎn)生大量的SO2、CH4、HS、CO等有毒有害氣體污染大氣。

二、利用煤矸石的主要方法

(一)用于回填煤礦采空區(qū)

煤矸石回填煤礦采空區(qū)，就是在采煤的過程中，為了減少煤矸石的排出量，可將其填充采空區(qū)，還可以減少地表下沉。將煤矸石填充塌陷區(qū)，這種方法可消耗大量的煤矸石，是至今最好的煤矸石處理方式之一。利用煤矸石回填煤礦采空區(qū)的技術(shù)成熟、耗資少、能解決大量煤矸石的堆積問題。

(二)用于建筑材料

1、制磚

利用未自燃的煤矸石與粘結(jié)料是生產(chǎn)煤矸石磚主要應(yīng)用方式，該方式可以利用煤矸石的熱值，減少一部分原煤的消耗，起到節(jié)約環(huán)保的作用。煤矸石也可制路面免燒磚，制免燒磚最佳配比為水泥20%，煤矸石50%，砂子30%，另外加水量為前三者總質(zhì)量的12%，設(shè)計(jì)外加劑量占煤矸石、泥、砂子質(zhì)量和的4%，達(dá)到路面免燒磚優(yōu)等品的標(biāo)準(zhǔn)。我國煤矸石制磚的設(shè)備和技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，但產(chǎn)品型號(hào)少、整體質(zhì)量不夠高、生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備方面還需要?jiǎng)?chuàng)新，才能生產(chǎn)出多功能高質(zhì)量、高強(qiáng)度的煤矸石磚。

2、制水泥

用煤矸制水泥熟料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黏土煅燒，因?yàn)槊喉肥泻休^多微量元素，使煤矸石的熔點(diǎn)比黏土低，提前出現(xiàn)熟料燒成液相，硅酸二鈣CaO與C2S在液相的作用下逐步溶解，煤矸石礦物較易與Ca2+擴(kuò)散解聚的Si－O結(jié)構(gòu)中解離出來的SiO44－和C2S反應(yīng)，從而生成水泥的主要礦物成分硅酸三鈣(C3S)，因此在較低溫度下也能夠完成熟料燒結(jié)反應(yīng);而且煤矸石中的金屬硫化物和金屬氧化物發(fā)生氧化反應(yīng)，可放出一部分熱量，使得制水泥的能耗降低。當(dāng)前，如何充分激發(fā)煤矸石的水泥化活性以提高其摻加量是國內(nèi)外在研究煤矸石生產(chǎn)水泥方面的主要方向。

(三)用于能源領(lǐng)域

1、制甲醇

利用HTCW技術(shù)高溫?zé)峤鈿饣?0萬t是內(nèi)蒙古天時(shí)建環(huán)?？萍加邢挢?zé)任公司煤矸石制甲醇的有效大量利用煤矸石的項(xiàng)目。主要建設(shè)內(nèi)容為:處理現(xiàn)產(chǎn)及過去填埋堆放的煤矸石60萬t/a。

2、發(fā)電

煤矸石在我國2013年等發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量為2800kw，煤矸石年利用量為1.4億t，年發(fā)電量1600億kwh。由于煤矸石中含有一定量的固定碳，具有大量的熱值，可以減少部分燃料進(jìn)行發(fā)電。煤矸石可以作為燃料，利用其自身所具有的熱量，實(shí)現(xiàn)資源合理節(jié)約和可持續(xù)利用。盡管我國在煤矸石發(fā)電技術(shù)上取得了很大的進(jìn)步，但是企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不高，有些處于虧損狀態(tài)。煤矸石發(fā)電除了要投資高額的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用和尖端的科技技術(shù)，還面臨著鍋爐渣、鍋爐灰和煙塵等環(huán)保壓力。

(四)用于造紙技術(shù)行業(yè)

將經(jīng)過處理的煤矸石纖維用于造紙，可以大大提高復(fù)合紙的性能。研究表明，當(dāng)軟化改性纖維加填量為30%、軟化纖維加填量為20%時(shí)，復(fù)合紙的性能與純植物纖維紙張的標(biāo)準(zhǔn)一樣。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是從煤矸石的化學(xué)成分出發(fā)，提高了煤矸石的利用途徑，但是該方法利用量比較少，不能從根本上解決煤矸石大量堆積的問題。

(五)用于制取工業(yè)原料

煤矸石所含的化學(xué)成分中，SiO2和Al2O3是含量最高的。因此，通過不同的提取方法可將其利用為生產(chǎn)硅鋁材料。該方法也是煤矸石化工利用的主要途徑之一，但僅限于煤矸石中Al2O3含量必須達(dá)到35%以上的煤矸石。生產(chǎn)氧化鋁有硫酸法、燒結(jié)法、自行粉化法等方法;可用鹽酸和硫酸法浸取煤矸石，制取氧化鋁、聚合鋁、水玻璃等。其中氧化鋁和聚合鋁用途最為廣泛，均可以用作凈水劑。結(jié)晶氧化鋁可以作工業(yè)生產(chǎn)中的硬化劑和沉淀劑。聚合鋁還可用作耐火材料的凝結(jié)劑和水泥速凝劑等。通過這種化學(xué)方法提高了煤矸石的綜合利用率，減少廢棄物的排放，是一種處理煤矸石較好的方法。

(六)用于制作肥料改良土壤

煤矸石中含有非常多的礦物種類，含有Zn、Cu、Mo、Mn、B、Co等農(nóng)作物生長所需的微量元素，可以將煤矸石中有用的微量元素通過研究新的方法將其提取出來生產(chǎn)微生物有機(jī)肥料。

通過物理和化學(xué)方法，將煤矸石有機(jī)質(zhì)含量較高的磨成粉末后與過磷酸鈣按照一定比例混合后，加入適量水，再加入活化添劑充分?jǐn)嚢?，從而形成有機(jī)肥料。煤矸石有機(jī)肥不僅可以增強(qiáng)土壤的通透性、疏松性，還有利于提高土壤肥力等作用。

王麗華等通過盆栽設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，把煤矸石磨碎，與自然風(fēng)干的沙土和壤土，均過20目篩。盆栽實(shí)驗(yàn)都用規(guī)格相同的花盆，保持總重量不變的情況下，按壤土與沙土和煤矸石的比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，通過觀察小白菜子葉出現(xiàn)所需天數(shù)和苗所需天數(shù)全出苗率株高等。從出苗情況、幼苗形態(tài)和幼苗生理指標(biāo)等幾個(gè)方面探討了煤矸石作為有機(jī)肥料的可行性研究，還對(duì)于基質(zhì)是壤土和沙土進(jìn)行了對(duì)比分析，研究表明隨著煤矸石添加量增多，壤土的出苗率比沙土高，當(dāng)煤矸石與沙土的比例在1:2時(shí)，小白菜的生長情況及各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到對(duì)煤矸石最大的綜合利用。

(七)用于化工材料領(lǐng)域

以鹽酸改性煤矸石(簡稱HAG)為載體，采用溶膠-凝膠法制備改性煤矸石負(fù)載TiO2的光催化復(fù)合材料TiO2/ωHAG，以紫外燈為光源，以羅丹明B降解為廢水降解模型考察復(fù)合材料的光催化活性，結(jié)果表明:改性煤矸石與TiO2之間生成了Ti－O－Si共價(jià)鍵，結(jié)合牢固。TiO2/45HAG與TiO2相比，其光催化活性和靜態(tài)吸附性能分別提高了30%和4.1%。

秦建良等用酸洗的方法除去煤矸石中的雜質(zhì)，將100g煤矸石預(yù)燒后加入84mL38%的鹽酸。經(jīng)過捏泥、陳腐、真空、練泥、擠出成型、干燥等操作流程，以3℃/min的升溫，快速升到1050℃，恒溫?zé)Y(jié)2h，得到的試樣主要成份為莫來石，其孔隙率達(dá)到42%，抗壓強(qiáng)度可達(dá)到9.34MPa，完全達(dá)到陶瓷膜支撐體的要求，可將其作為多孔陶瓷膜支撐體材料使用。

(八)其它應(yīng)用

除了上述的方法還有:煤矸石制備4A分子篩、煤矸石制備聚合氯化鋁、煤矸石制備白炭黑等利用方法。

三、目前煤矸石綜合利用存在的問題

一是目前國內(nèi)的煤矸石綜合利用水平還落后于國際水平，存在著許多缺陷，且會(huì)產(chǎn)生大量的廢液、廢渣，在這方面還有待提高。二是煤矸石的利用投入成本比較高，產(chǎn)業(yè)鏈短，形成產(chǎn)品少，經(jīng)濟(jì)效益差。三是管理體制落后，環(huán)保意識(shí)不夠強(qiáng)，投資力度不夠等問題。由以上原因?qū)е旅喉肥荒芎芎玫貙?shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益，從而阻礙了煤矸石的綜合利用發(fā)展。

四、煤矸石的利用發(fā)展前景

雖然煤矸石污染環(huán)境，占用土地，但它也是一種能源。近年來，我國煤矸石資源的開發(fā)利用研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源中都有著廣闊的前景。只要改進(jìn)現(xiàn)有的技術(shù)，加大開發(fā)煤矸石高效利用技術(shù)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)煤矸石的高附加值利用，不僅能夠變廢為寶，節(jié)能減排，還可以提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。所以，煤矸石的利用將向污染小、經(jīng)濟(jì)效益好、綜合利用率高的方向發(fā)展。