1．煤矸石的綜合利用-生產(chǎn)建材原料

(1)生產(chǎn)水泥

由于煤矸石的礦物組成、化學(xué)成分與黏土相似，其中SiO2、Al2O3及Fe2O3的含量較高，故作為一種天然黏土質(zhì)原料，它不僅可成為水泥生料中硅質(zhì)及鎬質(zhì)組分的主要來源，代替熟土配料生產(chǎn)水泥，而氏還能釋放出一定的熱量，替代部分燃料。利用煤矸石生產(chǎn)水泥的混合材料具有用量大、成本低的優(yōu)勢，用其生產(chǎn)低標(biāo)號水泥前景可觀。

①煤矸石硅酸鹽水泥

煤矸石硅酸鹽水泥以煤肝石代替茹土配制水泥牛料、入窯燃燒制得水泥熟料，再滲人一定量的白燃煤殲石和石膏磨細(xì)而成。原料的參考配合比(按生料質(zhì)量計，下同)為：石灰石69％-82％，煤矸石13％-15％，鐵粉3％-5％，煤13％左右。在生產(chǎn)過程中，可根據(jù)煤矸石及其他原料的成分和性質(zhì)確定適宜的配合比，該水泥凝結(jié)硬化快、早期強(qiáng)度高。

②煤矸石火山灰水泥

煤矸石火山灰水泥是以活性SiO2和活性Al2O3含量較高的自燃煤矸石(或煤矸石渣)代替火山灰質(zhì)材料，將水泥熟料、自燃煤矸石(或煤矸石渣)、石膏共同磨細(xì)而成。其原料的參考配合比為：水泥熟料65％-70％左右．自燃煤矸石(矸石渣)25％-30％左右，石膏5％。該水泥具有較燈的抗水侵蝕件、抗?jié)B性和抗硫酸鹽侵蝕性；其水化熱較低、適宜于大體積混凝土的澆灌工程，也適宜于蒸汽養(yǎng)護(hù)短凝土預(yù)制件的生產(chǎn)；水泥強(qiáng)度較高。

③煤矸石少熟料或無熟料水泥

煤矸石少熟料水泥也稱煤研石砌筑水泥，它是用活性SiO2和活性Al2O3含量較高的自燃煤矸石，配以少量水泥熟料和石膏直接磨制而成。其參考配合比為：符合品質(zhì)要求的煤矸石67％、水泥熟科30％、石膏3％。其產(chǎn)品標(biāo)號可達(dá)150號，符合配制砌筑砂漿的要求。

煤矸石無熟料水泥是以經(jīng)800℃燃燒后具有一定活性的煤肝石燒渣為主要原料，與激發(fā)劑石灰、石膏共同混合磨紉制成的。其參考配合比為：煤研石燒酒60％-80％，生石灰15％-25％，石膏3％-8％。該水泥水化熱較低，只相當(dāng)于普通水泥的1／4左右，適宜于大體積泥凝土工程，或用以制作各種建筑砌塊、大型板材及預(yù)制構(gòu)件。

(2)用煤矸石制磚

經(jīng)加工處理后的煤矸石具有一定的可塑性、結(jié)合性和燒結(jié)件，因此煤矸石制磚也是大宗利用煤矸石的途徑之一 ，它是利用煤矸石自身的礦韌成分和熱量、配以適量的尾礦、石灰、灰渣等，按骸土磚或蒸汽養(yǎng)護(hù)醋的生產(chǎn)工藝加工而成。利用穴然和風(fēng)化的煤矸石添加少量的膠結(jié)材料和激活劑生產(chǎn)的煤肝石磚，具有免燒、免蒸、加壓成型、自然養(yǎng)護(hù)等優(yōu)點。我國目前有1000多個少產(chǎn)煤矸石磚的廠家，每年午產(chǎn)煤矸石磚130多億塊。煤矸石用于制磚，既可節(jié)能節(jié)土、保護(hù)環(huán)境，同時生產(chǎn)受季甘、氣候的影響小人，可常年運行，效益顯著。

根據(jù)煤矸石組成性質(zhì)的差異，國內(nèi)已開發(fā)的煤矸石磚種類很多，如燒結(jié)實心磚、多孔磚、空心磚、內(nèi)燃磚、免燒磚、釉面磚、高檔瓷質(zhì)磚等。實踐表明，煤殲石磚強(qiáng)度間、熱阻大，隔聲好，可降低建筑物墻體厚度，減少用磚量；同時由于煤肝石磚外觀整潔，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，色澤自然，可以省去抹灰、噴涂等建筑工序，降低建筑和維護(hù)成本，與傳統(tǒng)貧土磚相比有更高的性價比和更強(qiáng)的市場競爭力。

(3)煤矸石制砌塊

煤矸石混凝土實心砌塊是以過火煤矸石(對其化學(xué)成分要求為：SiO2≥50％、Al2O3≥20％、Fe2O3＜15％、SO3＜2％，灼減員＜10％)等為硅質(zhì)材料、水泥、石灰、石臂等為鈣質(zhì)材料，按一定配比加水研磨、攪拌成糊狀楊，再加入鋁粉發(fā)泡劑，然后注入坯模，待坯體硬化后切割加工，成型后送人蒸壓釜，再用飽和蒸汽蒸壓而成的。

煤矸石混凝土空心砌塊是以自然或人工般燒的煤矸石和少量的生石灰、石膏混合磨細(xì)為膠結(jié)料，以破碎、分級后的自燃煤研心(或人工煅燒煤矸石、其他工業(yè)廢泣、天然砂石等)為細(xì)粗骨料，按一定比例經(jīng)計量配料、加水?dāng)嚢�、振動成型、蒸汽養(yǎng)護(hù)等工藝制成的。這種砌塊產(chǎn)品性能穩(wěn)定，使用效果良好，是一種很有發(fā)展前途的新型墻休材料。

(4)煤矸石制輕集料

我國積存的煤矸石中，約有40％適于燒制輕集料，也稱為煅燒煤矸石輕集料，約有10％的過火煤矸石經(jīng)破碎、篩分即可制得輕集料，稱為自燃煤矸石輕集料。

C含顯低于13％、SiO2含量在55％-65％、Al2O3含量在13％-23％的炭質(zhì)頁巖和選煤矸適宜燒制輕骨料。它是一種密度小、吸水率低、強(qiáng)度高、保溫性能好的新型建筑材料，應(yīng)用前景十分廣闊。用煤矸石燒制輕骨料有成球法和非成球法。成球法是將煤矸石經(jīng)過破碎機(jī)破碎、粉磨后制成球狀顆粒，人窯焙燒；非成球法是將煤矸石破碎到一定粒度直接焙燒。用煤矸石燒制的輕骨料件能良好，可配制200-300號混凝土，適于作各種建筑預(yù)制件。

黏土岸類、鋁質(zhì)巖類煤殲石中的主要礦物是午產(chǎn)陶瓷的好原料。經(jīng)粉碎、頓炔、骨料分級后，加入黏合劑塑化成型可制出質(zhì)量和性能均較好的多孔陶瓷；利用富含高嶺石的煤矸石，采取碳熱還原氮化的方法可制取賽隆陶瓷。

陶粒是以煤矸石、教土、泥巖、粉煤灰等為原料，經(jīng)加工粉碎成粒或粉磨成球，再燒脹而成的人造骨科。它是一種外部具有堅硬外殼，表面有一層隔水保氣的釉層，內(nèi)部具有封閉微孔結(jié)構(gòu)的多孔陶質(zhì)粒狀物，具有體輕、強(qiáng)度高、隔聲、保溫、耐火、耐化學(xué)侵蝕、抗凍等優(yōu)良性能，土要用于生產(chǎn)陶粒砌塊、大型培板、輕質(zhì)閑墻板等建材。

2．煤矸石的綜合利用-生產(chǎn)化工產(chǎn)品

(1)制備鋁系產(chǎn)品

當(dāng)煤矸石中的Al2O3含量達(dá)到35％時，即可施以能量，破壞其原有的結(jié)晶相，有效利用其中的鋁元素，開發(fā)鋁鹽系列化工產(chǎn)品，如硫酸鋁、結(jié)晶氯化鋁、聚合氯化鋁、氫氧化鋁、鋁核礬、聚合氯化鋁鐵等。

利用煤矸石代替鋁礬土為原料，牛產(chǎn)硫酸鋁的工藝已在山西、昔肅的幾家煤礦投產(chǎn)運轉(zhuǎn)，其工藝技術(shù)可行，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國家‘級品的標(biāo)準(zhǔn)，目前最大生產(chǎn)規(guī)模為15萬噸／年。

結(jié)晶氯化鋁的制各工藝為：按配比稱取一定量的經(jīng)焙燒、粉碎后的煤酐石和20％的鹽酸溶液，加入反應(yīng)釜中，在一定條件下反應(yīng)后，加入含量15％的聚丙烯酷胺凝聚劑進(jìn)行沉陷，真空抽濾，母液濃縮得結(jié)晶氯化鋁租品，進(jìn)一步精制即得到含三氮化鋁98.9％的一級品。其工藝流程如圖8-5所示。

在結(jié)晶氮化鋁的制備過程中，調(diào)整未經(jīng)減壓濃縮的氯化鋁溶液濃度，在一定溫度下緩慢加入20％的氫氧化鈉溶液，攪拌、熟化可得到聚合氰化鋁溶掖，經(jīng)濃縮即可得到固體聚合氯化鋁。用煤殲石生產(chǎn)聚合氯化鋁的開發(fā)早于硫酸鋁，遼寧、山東、吉林等礦區(qū)分別進(jìn)行了工業(yè)試生產(chǎn)，目前已穩(wěn)定運行，其最大生產(chǎn)規(guī)模為0.2萬噸／年。

呂淑珍等采用礦物組成改性技術(shù)活化煤肝心中的Al2O3，消除阻止C2S晶相轉(zhuǎn)變的干擾因素，實現(xiàn)了煤矸石活化燒結(jié)料100％的自粉化，自粉化料平均粒徑小于1μm；用8％碳酸鈉溶液可從白粉化料中以NaAlO2的形式提取鋁組分，用高效分散-炭化法制備超細(xì)Al(OH)3，工藝流程如圖8-6所示，其平均粒度小于200nm，為煤矸石的高價值利用開辟了一條新的途徑。

用煤矸石制備聚合氰化鋁鐵主要是利用煤矸石中的Al2O3、Fe2O3(Fe2O3含量低時需外加一定量的鐵礦石)與鹽酸反應(yīng)生成AlCl3和FeCl3，然后再通過聚合反應(yīng)制取聚合氯化鋁鐵，其工藝流程如圖8-7所示。

(2)制備硅系產(chǎn)品

當(dāng)煤矸石中的SiO2含量達(dá)到50％時，即可利用其中的硅元素，開發(fā)硅系產(chǎn)品，如水玻璃、白炭黑、聚硅酸鋁等。

煤矸石生產(chǎn)聚合氮化鋁的硅渣中含有大量SiO2，將其與氫氧化鈉反應(yīng)就可制得水玻璃，該工藝可在常壓下進(jìn)行，操作簡單，成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，很有開發(fā)前景。

利用煤矸石制白炭黑的方法為：首先調(diào)整水玻璃制各過程中未經(jīng)濃縮的硅酸鈉溶液密度，將其移人堿解罐中，在適當(dāng)條件下冷卻、抽濾除去水解產(chǎn)物，濾液注入搪瓷桶中；然后在攪拌下加熱至一定溫度，通入適當(dāng)?shù)腃O2和空氣，冷卻抽濾，濾餅用水洗去大部分堿質(zhì)后與等量水混合均勻，將所得懸浮液中和到pH值為2-3，抽濾洗滌至無SO4-，將濾餅放在瓷盤中烘干至含水小于2％，即得白炭黑。

在利用煤矸石中的Al2O3制取AlCl3的同時，也能利用其中的SiO2生產(chǎn)出聚硅酸，將AlCl3與聚硅酸混合即可得到聚硅酸鋁混凝劑，工藝流程如圖8-8所示。

(3)煤矸石制備鈦白粉

當(dāng)煤矸石中TiO2含量達(dá)到7.2％時，便可用于制取鈦白粉。其方法為：將生產(chǎn)白發(fā)黑或水玻璃的殘渣(含TiO232％-39％)加入盛有硫酸的反應(yīng)釜中，用壓縮空氣鼓泡攪拌、加熱后冷卻，抽濾洗滌后．將濾液濃縮，放入水解反庇器內(nèi)，在攪拌條件下加入總Ti量10％的品種，以蒸汽加熱至沸，進(jìn)行水解生成偏欽酸，然后冷卻過濾，濾餅用10％硫酸和熱水洗至檢不出Fe為止，再進(jìn)行漂白過濾，洗滌得純凈偏鈦酸，送入回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行脫水轉(zhuǎn)化煅燒，經(jīng)粉碎即得鈦白粉。

在綜合利用煤矸石生產(chǎn)化工產(chǎn)品的過程中，如從制備鋁系產(chǎn)品、硅系產(chǎn)品到鈦白粉等，應(yīng)盡可能建立一整套生產(chǎn)工藝，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，充分利用濾液、濾渣，聯(lián)合生產(chǎn)多種化工產(chǎn)品，以形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。

3．煤矸石的綜合利用-煤矸石的農(nóng)業(yè)利用

(1)煤研石有機(jī)復(fù)合肥

由于煤矸石一般合有大量的炭質(zhì)頁巖或炭質(zhì)粉砂巖、15％-20％的有機(jī)質(zhì)，以及高于土壤2-10倍、植物生長所需的B、Zn、Cu、Co、Mo、Mn等微量元素，因此煤殲石經(jīng)粉碎磨細(xì)后，披一定比例與過磷酸鈣混合，同時加入適量活化劑與水，充分?jǐn)噭蚝蠖褲a，即可制得新型農(nóng)肥，該肥摻人氮、磷、鉀元素后，可得到全營養(yǎng)酐石復(fù)合肥。實踐證明，它含有豐富的有機(jī)質(zhì)和微量元素、吸收性好、適應(yīng)性強(qiáng)、兼具速效和長效的特點，且生產(chǎn)加工簡單、原料易得、回收周期短、產(chǎn)品多樣、成本低廉。

(2)煤矸石微生物肥料

煤矸石和風(fēng)化煤中含有大量有機(jī)物，是攜帶固氯、解磷、解鉀等微生物最理想的基質(zhì)和載體，因而可以作為微生物肥料，又稱菌肥。以煤矸石和廉價的磷礦粉為原料基質(zhì)，外加添加劑等．可制成煤殲石生物肥料，主要以固執(zhí)茵肥、磷肥、鉀細(xì)菌肥為主。與其他肥料相比，它是一種廣譜性的生物肥料，施用后對農(nóng)作物有奇特效用。煤矸石微生物肥料生產(chǎn)工藝簡單、耗能低、投資少、生產(chǎn)過程不排渣，進(jìn)廠是煤矸石等廢品，出廠即是成品肥。目前煤炭系統(tǒng)共建有煤矸石微生物肥料廠50余座，年產(chǎn)微生物肥料約40萬噸，有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

(3)煤矸石改良土壤

針對某一特定土壤，利用煤殲石的酸堿性及其中含有的多種微量元素和營養(yǎng)成分，適當(dāng)摻人一些有機(jī)肥料，可有效地改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤疏松皮和透氣性、提高土壤合水率，促進(jìn)土壤中各類細(xì)菌新陳代謝、豐富土壤腐殖質(zhì)，從而使土地得到肥化，促進(jìn)植物的生長。

4．煤矸石的綜合利用-煤矸石供熱發(fā)電

煤矸石的熱值一般為3350-6280KJ／kg，經(jīng)人工篩選后可達(dá)16700 kJ／kg。因此，充分發(fā)揮其作為低熱值燃料的特點，進(jìn)行供熱發(fā)電，不僅可緩解礦區(qū)能源緊張的局面，產(chǎn)生的爐渣還可以制各種建材，從而達(dá)到調(diào)整礦區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、節(jié)約能源、減少污染的目的。截至2002年，全國有煤矸石、煤泥等低熱值燃料電廠128個，總裝機(jī)容量200萬千瓦，年發(fā)電量87億千瓦時，占礦區(qū)用電的30％，全國煤殲石電廠盈利4億元以上，每年發(fā)電實際消耗煤矸石約1200-1800萬噸。

江西、山東等地的實踐表明，熱值大于4180KJ／kg的煤矸石通過簡易洗選，熱值6270KJ／kg的煤矸石可不經(jīng)過洗選就近用作流化床鍋爐(目前，采用最多、技術(shù)成熟的為35t／h、75t／h的循環(huán)流化床鍋爐)的燃料，產(chǎn)生的熱量既可發(fā)電、采暖供熱，也可制取煤氣；此外利用煤殲石生產(chǎn)自燃磚也很好地利用了其熱值。

5．煤矸石的綜合利用-煤矸石的其他應(yīng)用

除上述四種主要利用途徑以外，從煤殲石中回收黃鐵礦、硫鐵礦、提取稀土元素和有價金屬外也逐斯提上了防治礦區(qū)污染、節(jié)約煤炭資源的日程。另外，大量堆存在礦區(qū)周圍的強(qiáng)度高、風(fēng)化輕、熱值低的煤矸石，特別是燃燒過具有一定活性的煤矸石，正日益被廣泛用作鐵路堤壩、公路路基、填坑造地、露天礦回埃、礦區(qū)復(fù)旦等工程填筑材料；而利用煤矸石搭設(shè)沙障固沙，不僅可防風(fēng)固沙，還對沙地土壤有明顯的改良作用。

近年來，隨著煤殲石綜合利用的深入開展，國內(nèi)外在對煤殲石進(jìn)行深加工的過程中，已制各出β-SiC超細(xì)粉、β-SiC-Al2O3復(fù)相材料、多孔陶瓷、吸聲泡沫玻璃、橡膠補(bǔ)強(qiáng)填充劑、鑄造型砂和造型粉、冶煉硅鋁鐵臺金、4A分子篩、Y型沸石等新型材料，這些附加值高、性能優(yōu)異的材料正被廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中。