柳长宇

（吕梁学院离石师范分校，山西 吕梁 033000）

煤矸石是煤炭生产和加工过程中产生的含碳岩石的统称，是煤矿在建井、掘进采煤、洗煤过程中排放的工业废渣。它是远古时期，在煤的形成过程中伴生的一种含碳量低、质地坚硬的黑灰色岩石。煤矸石可分为掘进矸和洗矸两大类，其化学成分主要有SiO2、AlO3、Fe2O3以及一些其他氧化物和微量重金属元素，其主要的矿物组成是高岭石、石英、钾云母、长石等。目前，我国每年煤矸石的排放量约占煤炭开采总量的10%~25%，而煤矸石堆放总量约为45亿吨，并且还在以每年1.5亿~2.0亿吨的速度增长，对当地居民生活、生产环境造成了极大危害。

一、煤矸石的危害

煤矸石是我国最多的固体废弃物，约占中国工业固体废物排放总量的40%以上，对我国的环境造成多方面的影响。首先，土地资源污染。煤矸石的大量堆放，不仅侵占了大面积的土地，而且经过长期的风吹、日晒、雨淋，煤矸石会部分分化，其中一些金属会形成可溶性盐渗入土壤。与此同时，煤矸石中的硫化物遇水发生化学反应,使土壤逐渐酸化,破坏土壤肥力，导致土壤中毒而失去活性，不再适合绿色植物生长。其次，水资源污染。煤矸石的淋溶水含有大量有毒的 Pb、Sn、Hg、As、Cr等重金属盐，经地表径流转入江、河、湖或通过土壤进入地下水，造成水体污染，影响人类及动植物健康。最后，空气污染。煤矸石对大气的污染可分为两部分：一是粉尘，煤矸石在运输堆放过程中会形成细小的固体悬浮物；二是有毒有害气体，煤矸石在堆放过程中，由于内部温度升高而发生自燃现象，释放出 SO2、CO2、H2S、CO等有害气体，在大气中经过复杂的化学反应，形成硫酸或硝酸气溶胶，或为云、雨、雪、雾捕捉吸收，降到地面成为酸雨。

二、煤矸石的利用途径

煤矸石是一种混合物，其中包含有大量的Fe、Al、C、Si等矿物质。如果针对其元素组成和性质分别进行提炼，不仅可以解决煤矸石带来的环境问题，还可以变废为宝，解决目前资源不足的危机，达到充分利用资源的目的。

1.能源利用

首先，煤矸石中混有部分煤炭资源，通过洗选工艺，从中选出较好的煤和劣质煤，针对不同性质综合利用。其次，利用煤矸石发电也是其综合利用的主要途径。对于热值高于6270KJ/Kg的煤矸石直接用作循环流化床燃料发电，而对于热值较低的煤矸石掺入一定量的中煤后，也可用于发电取暖。现在国际上已有许多将电厂和选煤厂建在一起的先例，不仅节省了能源成本，而且提高了资源利用率。最后，煤矸石还可以制取煤气、水煤气和高温干馏煤气，作为燃料供企业使用。

2.硅酸盐建筑材料

煤矸石中含有大量的硅酸盐化合物，与黏土在化学组成和性质上非常相似，因此，可代替黏土生产水泥、空心砖、轻骨料等建筑材料。

第一，生产水泥。将燃烧后的煤矸石，按一定比例混入石灰、石膏，研磨粉碎，经过不同的工艺可生产普通水泥、火山灰质水泥与特种水泥等。

第二，生产轻骨料。轻骨料是一种密度小的建筑材料，用于高层楼房的建设可使建筑物自身重量减轻20%。煤矸石制轻骨料是先将矸石加水研磨成球，用烧结机或回转窑焙烧，使矸石膨胀、冷却而成。

第三，煤矸石烧结砖。煤矸石烧结砖是以煤矸石为结合剂的烧结砖工艺所生产的建筑材料。煤矸石中含有和黏土性质相似的材料，可以用作烧制空心砖的原料。在烧制过程中，又可利用其可燃性，节约煤的用量，降低成本。

3.提炼化工产品

利用煤矸石中含有Al、Fe、Si等矿物质，通过不同的方法，可以提炼回收各种化工产品原料。

第一，回收黄铁矿。洗选煤矸石的工艺中，在平面摇床流程中回收黄铁矿，用于炼铁炼钢原料。

第二，制备铝盐。煤矸石中铝的含量约为20%左右，可用作制取铝盐的原料。例如，用盐酸浸取制得结晶氯化铝，采用直流矿热炉冶炼硅铝铁合金，还可以生产明矾、氢氧化铝等铝盐产品。

第三，制备复合材料。利用煤矸石中的SiO2、Al2O3和C，可以制备出一种具有吸附作用的复合材料。该材料具有孔状结构特征，同时还具备沸石的亲水特性和活性炭的亲油特性，可用于吸附、除臭、分离气体，净化污水等工业。

除此之外，煤矸石还可以制水玻璃，生产硫酸及其盐、炭黑、超细料、多相材料、多孔陶瓷、吸声泡沫玻璃、橡胶增强填充剂等产品。

4.用作填充材料

煤矸石可用于采空区回填，采用矸石不出井的工艺方法，减少煤矸石排放量，防止地面下沉。煤矸石还可以用作路基材料，利用其物理、化学特性，和其他材料混合后，可用于路基建设。在采煤地区,应充分利用煤矸石筑路,既可减少筑路取土用地对土地资源的破坏,降低工程造价,又可复垦部分煤矸石占地,同时也减少了环境污染,经济和社会综合效益显著。

5.农业作用

在煤矸石中含有较多N、P，以及B、Zn等多种微量元素，这些物质都是植物生长所必需的。利用煤矸石和磷矿粉为原料基质，外加添加剂等可生产有机肥、微生物肥等等。另外，利用煤矸石可以改良盐碱地，通过煤矸石中的各种酸性物质可以调节土壤酸碱度，增加土壤疏松度和透气性，提高土壤含水率，促进土壤中各类细菌新陈代谢，丰富土壤腐殖质，使土地得到肥化，达到改良土壤、促进植物生长的目的。

6.制备相变材料

相变材料是利用某些物质在相转变过程中的吸热和放热现象，实现热能储存和温度调控的一类材料。被被广泛应用于太阳能供暖、建筑领域、纺织服装、工业加热系统等方面。将煤矸石溶于H2SO4、HCl等强酸和氢氧化钠试剂,改变反应体系的温度、酸碱的浓度、原料的配比,通过热解、碱熔、溶解、沉淀和萃取等主要步骤,制备储能相变材料。

随着我国工农业的快速发展，能源危机、环境污染等矛盾日益突出。煤作为我国的主要能源，在各个领域发挥着不可估量的作用，但其生产加工过程中所带来的环境污染问题也不容忽视，其中，煤矸石的综合利用就是迫在眉睫的问题之一。因此，应通过多种途径大力开发煤矸石，并不断提高其利用水平，使煤矸石在化工、建材、冶金等工业领域发挥它应有的作用。

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