煤矸石即煤層中的脈石，是在采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程屮與煤層伴生的含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石。包括巷道掘進(jìn)過程中的掘進(jìn)矸石、采掘過程屮從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程屮挑出的洗矸石、其主要成分是為Al2O3、SiO2等，還含有一定量的的CaO、Fe2O3、Na2O、MgO、P205、K2O、SO3和非常少量的稀有元素，如Ca、V、Ti、Co等。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2015年我國煤炭產(chǎn)量已達(dá)到43.4億噸，煤矸石排放總量為超過8億噸，超過了當(dāng)年煤炭產(chǎn)量的10%。我國煤矸石的利用途徑主要有以下幾種：
　　1、煤矸石制磚、制陶粒
　　煤矸石磚是以人工煅燒或自然的煤矸石作為生產(chǎn)原料，配以適量的石灰，按粘土磚或蒸汽養(yǎng)護(hù)磚的生產(chǎn)工藝加工而成的。煤矸石制磚的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單可靠，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。所得產(chǎn)品是一種應(yīng)用前景廣闊的新型墻體材料，目前我國很多地區(qū)已經(jīng)積極建設(shè)了煤矸石制磚項(xiàng)目。山西潞安礦業(yè)公司新型墻體材料廠已建成了國內(nèi)產(chǎn)量較大、自動(dòng)化程度較高的煤矸石制磚生產(chǎn)線，每年可以處理煤矸石約30x104t，生產(chǎn)規(guī)模為年生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)磚1．3億塊。遼寧省本溪市煤矸石磚生產(chǎn)企業(yè)年消耗煤矸石約300x104t，每年約生產(chǎn)節(jié)能磚約4億塊。河南和信新型建材公司煤矸石燒結(jié)磚生產(chǎn)項(xiàng)目每年消耗煤矸石約50x104t?；茨系V業(yè)集團(tuán)煤矸石制磚生產(chǎn)項(xiàng)目于2010年底形成年生產(chǎn)8．4億塊標(biāo)磚的生產(chǎn)能力，每年可消耗煤矸石約269x104t。
　　陶粒是一種外殼堅(jiān)硬、表面具有隔水保氣的釉層、內(nèi)部多孔的陶質(zhì)粒狀物。陶粒的重量輕，并且具有一定的抗壓強(qiáng)度，主要用于結(jié)構(gòu)混凝土和保溫結(jié)構(gòu)混凝土的骨料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有堆存的煤矸石中大約有40％適用于制煤矸石陶粒，目前，國內(nèi)有關(guān)由煤矸石制陶粒的研究已取得了一定進(jìn)展。
　　2、煤矸石制水泥
　　煤矸石在水泥生產(chǎn)中的主要應(yīng)用途徑為：煤矸石作原燃料生產(chǎn)水泥、煤矸石作水泥混合料、生產(chǎn)煤矸石無熟料及少熟料水泥。采用煤矸石生產(chǎn)水泥，要求煤矸石中Al203、SiO2、Fe203三種成分的總含量要求占80％以上。目前，我國的煤矸石已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了水泥生產(chǎn)中，如河南義馬煤業(yè)集團(tuán)公司水泥廠采用煤矸石代替原料中的粘土生產(chǎn)水泥，水泥中的煤矸石含量達(dá)到了30％，摻入煤矸石后每噸熟料消耗的煤量由475Kg降至378Kg，每年可節(jié)約煤用量約11640t。山西中盛新型建筑材料集團(tuán)有限公司根據(jù)未燃煤矸石SiO2、A1203含較高，且發(fā)熱量較高的特點(diǎn)，在原料配料中加入了煤矸石進(jìn)行生產(chǎn)，煤矸石的配入量在2％～5％左右。實(shí)踐證明，水泥企業(yè)采用未燃煤矸石配料生產(chǎn)水泥熟料，可在保證熟料強(qiáng)度的前提下獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。唐山冀東啟新水泥有限責(zé)任公司經(jīng)過理論計(jì)算后確定以煤矸石代替粉煤灰的方案可行，并且進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)踐，結(jié)果表明采用煤矸石進(jìn)行配料后生產(chǎn)出來的熟料可以達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
　　3、煤矸石發(fā)電
　　當(dāng)煤矸石的發(fā)熱量大于4180KJ／Kg時(shí)，可以用來發(fā)電，煤矸石發(fā)電不僅可以變廢為寶，而且可以節(jié)約煤炭資源，緩解用電緊張問題。我國煤矸石發(fā)電技術(shù)已經(jīng)較為成熟，全國煤矸石發(fā)電廠已建成400余座，總裝機(jī)容量達(dá)到了2600萬kW。2010年，我國煤矸石電廠約消耗了煤矸石等低熱值煤1．4億t，相當(dāng)于回收了0．4億t標(biāo)準(zhǔn)煤，減少占用土地約30Ohm2。陜西黃陵、山西大同塔山、河北邯鄲等一批煤炭生產(chǎn)企業(yè)，通過不斷的摸索，形成了多種模式的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，其主要模式為“煤矸石一清潔發(fā)電一新型建材”，經(jīng)過實(shí)踐取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。山東省協(xié)莊煤礦煤矸石熱電廠建成后每年可消耗煤矸石約30X104t，發(fā)電量在1．6x104kW·h以上。黑龍江雞西滴道矸石電廠每年可綜合利用煤矸石約60x10t，發(fā)電量約為2．2×108kW·h。山西陽泉煤業(yè)集團(tuán)形成了煤矸石發(fā)電、電解鋁、鋁型材的產(chǎn)業(yè)鏈，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。貴州盤縣火鋪矸石發(fā)電，建成投產(chǎn)后每年消耗煤矸石約4．32×104t，相當(dāng)于每年可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤14．31×104t，具有較好的綜合效益。黃陵礦業(yè)集團(tuán)2×300Mw煤矸石電廠項(xiàng)目建成投產(chǎn)后每年可消耗黃陵礦業(yè)集團(tuán)二號(hào)煤礦選煤廠產(chǎn)出的低熱值煤泥、中煤、煤矸石約260x104t，不僅改善了二號(hào)煤礦礦井及選煤廠工業(yè)場(chǎng)地的采暖、通風(fēng)、供熱條件，每年還可以節(jié)約燃煤1．28x104t，減排SO272t、煙塵19t，NOx 130t。
　　4、從煤矸石中提取化工產(chǎn)品
　　煤矸石還可以用于生產(chǎn)鋁系、硅系、鐵系、碳系等化工產(chǎn)品，其產(chǎn)品廣泛用于石油、冶金、造紙、建材、橡膠、日化、油漆、涂料、污水處理等行業(yè)。含硅較高的煤矸石可以生產(chǎn)各種硅酸鈉、白炭黑等。含鋁較高的煤矸石可以用于生產(chǎn)硫酸鋁、硫酸鋁氨、氫氧化鋁、氧化鋁、冰晶石、氟化鋁、聚合氯化鋁等；利用煤矸石中所含的鐵可以生產(chǎn)聚合硫酸鐵、高純氧化鐵和氧化鐵系工業(yè)顏料等。同時(shí)，還可以由煤矸石分離提取高嶺土，分離并回收煤炭等。此外，從煤矸石中提取鎵、鍺、釩等微量稀有元素的研究也取得了一些進(jìn)展。利用煤矸石生產(chǎn)高分散性輪胎專用白炭黑、高分子比冰晶石及氟化鋁、氧化鐵系工業(yè)顏料，同時(shí)回收煤矸石中的煤炭新工藝具有突出實(shí)用價(jià)值和可觀的推廣前景，目前已于河南南陽順利通過5000t/a工業(yè)化生產(chǎn)驗(yàn)證。實(shí)踐證明，該工藝具有無需對(duì)煤矸石進(jìn)行焙燒活化，有價(jià)元素溶出率高，綜合利用成本低，產(chǎn)品附加值高，經(jīng)濟(jì)效益顯著，無污染等優(yōu)勢(shì)，是對(duì)煤矸石進(jìn)行精細(xì)化，高附加值化、無害化利用的較佳途徑。
　　煤矸石中含有大量的有機(jī)物，是攜帶固氮、解磷解鉀等微生物的非常理想的基質(zhì)，可以供給植物營養(yǎng)并促進(jìn)其生長，煤矸石可以用于生產(chǎn)微生物肥料。此外，脫硫后的煤矸石還可以用作無土栽培的基質(zhì)。何俊瑜等對(duì)煤矸石采用復(fù)合肥脫硫劑進(jìn)行了脫硫，并采用堿液浸泡，再以處理后的煤矸石作為基質(zhì)進(jìn)行了油菜的育苗試驗(yàn)和小白菜無土栽培研究，結(jié)果表明：脫硫處理后的煤矸石完全能夠作為無土栽培基質(zhì)使用。目前，利用煤矸石有機(jī)復(fù)合肥料的生產(chǎn)工藝也取得了較大的進(jìn)展。北京市某環(huán)境勘查院與中國地質(zhì)大學(xué)合作，利用煤矸石生產(chǎn)有機(jī)復(fù)合肥料，試驗(yàn)結(jié)果表明這種肥料不僅可以提高土壤的透氣性、疏松度、酸性，還改善了作物的生長環(huán)境，提高了產(chǎn)量。
　　5、煤矸石充填及復(fù)墾
　　原生矸石普采充填技術(shù)是第一代充填技術(shù)，其具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單，設(shè)備投入少，簡(jiǎn)便易行等特點(diǎn)，適用于炮采和高檔普采。2004年起，淮南礦業(yè)集團(tuán)就采用煤矸石對(duì)沉陷區(qū)進(jìn)行了充填試點(diǎn)，治理總面積約100．73hm2，復(fù)墾后的土地可以用于復(fù)墾或作為建設(shè)用地。太原東山煤礦2011年4月應(yīng)用煤矸石充填技術(shù)，將井下采煤過程中產(chǎn)生的煤矸石破碎后直接充填到采空區(qū)，不僅將煤矸石進(jìn)行了綜合利用，還治理了采空區(qū)問題，同時(shí)還提高了煤炭的回采率。2011年，遼寧鐵法礦區(qū)大明礦成功實(shí)施了膏體充填置換技術(shù)，安全置換出建筑物下壓煤11．88×104t，回填矸石3．36x104t，實(shí)現(xiàn)了矸石零排放。
　　充填復(fù)墾是指以煤矸石等為采空區(qū)或者坑洼地的填充物并在上層鋪上一層一定厚度的土壤，使其恢復(fù)到可以復(fù)墾狀態(tài)。目前，煤矸石充填復(fù)墾已在全國廣泛應(yīng)用。
　　據(jù)國土部門統(tǒng)計(jì)，我國受采礦影響的土地面積大約有300萬hm2，到2050年預(yù)計(jì)可達(dá)到400萬hm2。煤礦的地下開采不僅會(huì)形成采空區(qū)，還有可能對(duì)地表塌陷，造成大量的土地破壞。將煤矸石作為充填材料充填在采空區(qū)或塌陷區(qū)，不僅治理了采空區(qū)和塌陷區(qū)，恢復(fù)了原有土地的利用價(jià)值，還實(shí)現(xiàn)了煤矸石的綜合利用。徐州礦務(wù)集團(tuán)旗山煤礦采用煤矸石預(yù)回填技術(shù)對(duì)西大吳村采煤塌陷地進(jìn)行充填復(fù)墾，工程回填煤矸石約51．21×104m3，回填覆土約26．06×104m3，復(fù)墾后的耕地十分平整，耕作層平均厚度在1．2m左右，符合農(nóng)作物根系活動(dòng)所需土壤厚度要求，使土地利用率由原來的不足30％提高到100％，該工程實(shí)現(xiàn)了對(duì)未開采塌陷土地進(jìn)行提前預(yù)充填復(fù)墾治理。安徽淮北礦務(wù)局在2個(gè)大塌陷區(qū)進(jìn)行煤矸石復(fù)土還田，也獲得較好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。
　　6、煤矸石在道路建設(shè)中的應(yīng)用
　　道路基層填料應(yīng)用。長安大學(xué)采用煤矸石、石灰和土混合后作為道路的基層，充分利用了煤矸石的特性，提高了道路基層的強(qiáng)度。目前我國很多工程采用煤矸石作為道路基層的填料。山東省棗莊市從上個(gè)世紀(jì)90年代就開始探索以煤矸石作為筑路的材料，許多道路路基使用煤矸石進(jìn)行分層碾壓回填，例如君山路改建工程、青檀路改建工程、解放南路改建工程、西昌改建工程、青檀南路改建工程等近20條道路的改建工程建設(shè)。山東省205國道張博段修建期間，由于缺少土源，相關(guān)部門對(duì)煤矸石作為筑路材料的可行性作了相關(guān)試驗(yàn)，結(jié)果表明：煤矸石底基層強(qiáng)度比12％石灰土底基層強(qiáng)度略高，完全滿足公路整體強(qiáng)度要求。此外，京福國道主干線山東省境內(nèi)曲張段也采用煤矸石對(duì)路堤進(jìn)行填筑，取得了良好效果。陽泉地區(qū)307國道建設(shè)時(shí)通過大量的室內(nèi)、室外試驗(yàn)和工地施工現(xiàn)場(chǎng)的情況表明：摻6％水泥、10％的石粉和90％的煤矸石后，強(qiáng)度、級(jí)配、壓實(shí)度和厚度均能達(dá)到規(guī)定要求，煤矸石可在路面底基層中使用。此外，通過對(duì)煤矸石施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，表明煤矸石也適用于高等級(jí)公路路堤的填筑。煤矸石質(zhì)固土材料。煤矸石中高嶺石的含量較高，在一定溫度下煅燒，可以產(chǎn)生較多的活性二氧化硅和氧化鋁。清華大學(xué)材料系用水泥熟料、礦渣和煅燒煤矸石作為原料，以20：10：70的比例，對(duì)煤矸石質(zhì)崮土材料進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，結(jié)果表明：煤矸石質(zhì)固體材料的力學(xué)性完全可以滿足國家的相關(guān)要求，可以作為道路基層建設(shè)使用。中國礦業(yè)大學(xué)(北京)以煅燒后的煤矸石作為主要原料，以石灰、石膏、水泥熟料以及礦渣等作為輔料，制備出的固土材料也具有較好的固土性能，并且有良好的耐干濕循環(huán)性能、水穩(wěn)定性和抗凍融性能等。
　　綜上所述，我國煤矸石的綜合利用途徑主要包括制矸石磚、陶粒，煤矸石制水泥、發(fā)電、提取化工產(chǎn)品、制肥，煤矸石充填及復(fù)墾、此外還應(yīng)用于道路建設(shè)中，不僅解決了煤矸石堆放產(chǎn)生的占地問題，還避免了煤矸石堆放可能產(chǎn)生的環(huán)境影響，有著較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益?？傊瑢?duì)煤矸石的綜合利用，有利于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益的和諧統(tǒng)一。各地區(qū)應(yīng)該根據(jù)各自的煤矸石的主要成分、巖石特性、鋁硅比(A12O3/SiO2)、碳含量(C)、全硫含量(Std)等本照無害化應(yīng)用進(jìn)行綜合利用。