1.1.1煤研石的來源

煤矸石的產(chǎn)地分布和原煤產(chǎn)量有直接關(guān)系。我國煤矸石年排放量超過4.0×10t的有東北、內(nèi)蒙古、山東、河北、陜西、山西、安徽、河南、新疆等省區(qū)，可見煤矸石排放量比較多的地區(qū)集中在北方。煤矸石作為煤炭工業(yè)廢渣被排放，它們分別從煤礦建井、礦井改擴(kuò)建、煤炭采出過程和原煤洗選過程等煤炭開采的各個(gè)階段被排放。它們來自所采煤層的頂板、底板、夾層或運(yùn)輸大巷、主井、副井和風(fēng)井所鑿穿的巖層。煤矸石來源及產(chǎn)生主要有以下3個(gè)方面。

(1）原礦矸

巖石巷道掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的煤矸石，通常稱為原礦矸，占煤矸石的60%~70%。主要巖石有泥巖、頁巖、粉砂巖、砂巖、礫巖、石灰?guī)r等。

(2）層夾矸

采煤過程中從頂板、底板和夾在煤層中的巖石夾層里所產(chǎn)生的煤矸石，占煤矸石的10%~30%。煤層頂板常見的巖石包括泥巖、粉砂巖、砂巖及砂礫巖;煤層底板的巖石多為泥巖、頁巖、黏土巖、粉砂巖﹔煤層夾矸的巖石有黏土巖、碳質(zhì)泥巖、粉砂巖、砂巖等。

(3)洗矸

煤炭分選或洗煤過程中產(chǎn)生的煤矸石，又被稱為洗矸石，約占煤矸石的5%～10%。其主要由煤層中的各種夾石如高嶺石、黏土巖、黃鐵礦等組成。

1.1.2 煤矸石的分類

煤矸石作為一種再生資源，其利用途徑越來越廣闊，對(duì)煤矸石巖石類型、礦物、化學(xué)組成的要求也有所不同，因此有必要對(duì)煤矸石進(jìn)行分類。|分類能對(duì)煤矸石的資源化再利用做出恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)，從宏觀上研究煤矸石再利用的可行性和合理性，有利于比較精確地研究各類煤矸石的質(zhì)和量，消除人為堆積煤矸石造成的煤矸右質(zhì)量和成分的混雜現(xiàn)象，為煤矸石綜合利用和長遠(yuǎn)發(fā)展提供決策性依據(jù)，有利于指導(dǎo)探索研究出高科技含量、高附加值綜合利用的新途徑。煤矸石分類有別于一般的巖石學(xué)分類，煤矸石的資源化分類基于煤矸石巖石類型、礦物成分、化學(xué)組成和矸石中有用組分的品位及物理化學(xué)特征。

1.1.2.1煤矸石分類方法

由于各地煤矸石成分復(fù)雜，物理化學(xué)特性各異，加之不同的煤矸石加工利用方向?qū)γ喉肥幕瘜W(xué)成分及物理化學(xué)特性要求不一樣。常用的分類方法有以下幾種。

(1)按煤矸石的來源分類(www.ws46.cOm)

按煤矸石的來源可分為煤巷矸、巖巷矸、自燃矸、洗矸、手選矸和剝離矸6大類。

l）煤巷矸

煤礦在井巷掘進(jìn)過程中，凡是沿煤層掘進(jìn)工程所排出的矸石，統(tǒng)稱煤巷矸。煤巷矸常有一定的含碳量及熱值,且排量大。

2）巖巷矸

煤礦在井巷掘進(jìn)過程中所排出的矸石，統(tǒng)稱巖巷矸。這類矸石的特點(diǎn)是巖種雜，排量集中，含碳量低，有的根本不含碳。

3）自燃矸

凡是堆積在矸石山經(jīng)過自燃的矸石統(tǒng)稱為自燃矸。這類矸石一般呈紅褐色、灰黃色及灰色，以粉砂質(zhì)泥巖及泥巖居多，其燒失量低，且有一定的火山灰活性。因其性能特殊且用途與其他研類不同，故單獨(dú)劃為一類，與其他四類并列。

4）洗矸

又稱選煤廠尾礦，是從煤炭洗選過程中排出的矸石。洗矸特點(diǎn)是排量集中，粒度較小，含碳量和含硫量均高于各類矸石，具有一定熱值，可作為劣質(zhì)燃料用。

5）手選矸

此類矸石是混在原煤中產(chǎn)出，在井口或選煤廠由人工揀出的矸石。手選矸具有一定的粒度，排量小，熱值變化較大。此外，在手選矸石的同時(shí)，一些與煤共生、伴生的礦產(chǎn)資源往往亦同時(shí)選出。

6）剝離矸

煤礦在露天開采或基建初期，煤系上覆巖層因剝離而排出的矸石，稱為剝離矸。其特點(diǎn)是巖種雜，一般無熱值，目前多用來填溝造地，有些剝離矸石中還有大量共生礦產(chǎn)。

(2)按煤矸石的巖石類型分類

按煤矸石的巖石類型一般可分為黏土巖矸石、砂巖研石、鈣質(zhì)巖矸石和鋁質(zhì)巖矸石等。

1)黏土巖矸石

組成以黏土礦物為主的矸石為黏土巖矸石，主要有高嶺石泥巖(高嶺石含量>60%)、伊利石泥巖(伊利石含量>50%)、碳質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖及灰?guī)r等。黏土巖矸石在煤矸石中占有相當(dāng)大的比重。主要利用途徑為:高嶺石泥巖、伊利石泥巖多用于生產(chǎn)多孔燒結(jié)料、煤矸石磚、建筑陶瓷、含鋁精礦、硅鋁合金、道路建筑材料;砂質(zhì)泥巖、砂巖多用于生產(chǎn)建筑工程用的碎石、混凝土密實(shí)集料;石灰?guī)r多用于生產(chǎn)膠凝材料、建筑工程用的碎石、改良土壤用的石灰。碳質(zhì)頁巖和碳質(zhì)泥巖中，一般均含有較多的炭粒。

2）砂巖矸石

又稱為粉砂巖矸石，一般在巖巷矸和剝離矸中較多。主要由碎屑礦物和膠結(jié)物兩部分組成，以石英屑為主，其次是長石、云母礦物﹔膠結(jié)物一般為被碳質(zhì)浸染的黏土礦物或含碳酸鹽的黏土礦物以及其他化學(xué)沉積物。按顆粒大小又可分為粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖等。

3）鈣質(zhì)巖矸石

主要礦物以方解石、白云石為主的矸石。以方解石礦物為主的稱為石灰?guī)r，以白云石為主的稱為白云巖。在鈣質(zhì)巖中常常含有菱鐵礦，并混有較多的黏土礦物或少量石英、長石等碎屑礦物。

4）鋁質(zhì)巖矸石

是一種富含Al2O。較高的矸石，主要由黏土礦物和富鋁礦物（如一水硬鋁石)組成，往往混有石英、玉髓、方解石、白云石等礦物。

(3)按煤矸石中碳含量分類

按煤矸石中碳含量可分為四類:一類煤矸石20%。一類、二類煤矸石(發(fā)熱量2090kJ/kg 以下）可作為水泥的混合材、混凝土集料和其他建材制品的原料，也可用于復(fù)墾采煤塌陷區(qū)和回填礦井采空區(qū);三類煤矸石(發(fā)熱量2090～6270kJ/kg）可用于生產(chǎn)水泥、磚等建材制品;四類煤矸石發(fā)熱量較高(發(fā)熱量6270～12550kJ/kg)，一般宜用作于燃料。

(4）按煤矸石中硫含量分類

按煤矸石中硫含量也可將煤矸石分為四類:一類煤矸石6%。當(dāng)煤矸石中全硫含量達(dá)6%時(shí)應(yīng)回收其中的硫精礦，這是硫資源回收的最低界線，也是煤矸石在利用過程中多數(shù)產(chǎn)品對(duì)煤矸石中硫含量的最高允許值。如用煤矸石作燃料時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)除塵、脫硫措施，以減少煙塵和硫氧化物的污染，達(dá)到環(huán)保要求的標(biāo)準(zhǔn)。

(5)按煤矸石中鐵化合物含量分類

按煤矸石中鐵化合物含量分為:少鐵煤矸石≤0.1%;低鐵煤矸石0.1%~1.0%;中鐵煤矸石1.0%~3.5%﹔次高鐵煤矸石3.5%~8.0%﹔高鐵煤矸石8%~18%﹔特高鐵煤矸石>18%。鐵含量也決定和影響了煤矸石的熱加工工藝方式和工業(yè)利用范圍。

(6）按煤矸石中鋁硅比分類

按煤矸石中鋁硅比(Al2 O: /SiO2）可劃分為3類。

①鋁硅比≥0.5，這類煤矸石主要特點(diǎn)是含鋁量高，含硅量相對(duì)較低。煤矸石礦物成分以高嶺石為主，有少量伊利石、石英。煤矸石質(zhì)點(diǎn)粒徑小，可塑性好，具有膨脹現(xiàn)象。此時(shí)，煤矸石可考慮作為制高級(jí)陶瓷、分子篩的原料。

②鋁硅比在0.5～0.3之間，其特點(diǎn)是鋁、硅含量都適中。礦物成分以高嶺石、伊利石為主，具有一定的石英、長石、方解石等。選擇以0.3為下限，是因?yàn)樵诖朔纸缇€以上的煤矸石可作為生產(chǎn)聚合鋁的原料。

③鋁硅比≤0.3，煤矸石特點(diǎn)是硅含量比鋁含量相對(duì)高得多，其礦物成分主要是石英、長石、方解石、菱鐵礦等，含少量黏土礦物。質(zhì)點(diǎn)粒徑大，可塑性差。

此外，煤矸石的灰熔點(diǎn)是煤矸石中鈣、鎂化合物的含量和鋁、硅含量的綜合反映，也影響著煤矸石的利用途徑。在燒結(jié)磚瓦時(shí)要求使用中、低灰熔點(diǎn)的煤矸石;在制造耐火制品時(shí)應(yīng)選擇高灰熔點(diǎn)的煤矸石。

1.1.2.2國家標(biāo)準(zhǔn)中煤研石的分類

國外有資料報(bào)道了對(duì)煤矸石的簡單分類工作，如將煤矸石分為未燃矸和燃矸等。前蘇聯(lián)對(duì)煤矸石分類是按煤矸石的來源、特征、成分等不同指標(biāo)分等級(jí)列出的分類符號(hào)，然后根據(jù)煤矸石在工業(yè)利用方面的質(zhì)量要求，填人所需要的分類符號(hào)，根據(jù)分類符號(hào)所規(guī)定的質(zhì)量要求，就可以選擇煤矸石的加工工藝的。我國煤炭生產(chǎn)部門習(xí)慣上用顏色來分類命名，如黑矸、灰矸、白矸、紅矸等﹔也有用其產(chǎn)出層位來分類的，如頂板矸、夾石矸等。但這些分類方案既不能反映煤矸石自身的化學(xué)成分和物理化學(xué)特征，也不能根據(jù)這些分類方案提出煤矸石的加工利用方向。

20世紀(jì)80年代中期以來，我國科技工作者對(duì)煤矸石分類進(jìn)行了廣泛研究，其代表性的主要有三級(jí)分類命名法、等級(jí)定量法、二級(jí)分類命名法三種方法。為促進(jìn)煤矸石得到合理的資源化再利用，我國于2013年頒布實(shí)施了煤奸石分類國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T29162—2012)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煤矸石分類命名進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，使煤矸石的分類得以統(tǒng)一。

GB/T 29162—2012規(guī)定煤矸石分類名稱的冠名順序以全硫含量、灰分產(chǎn)率、灰成分分類依次排列。其編碼表示為×××或者×××(×)。第一位數(shù)字表示煤矸石按全硫含量分類(1為低硫煤矸石，2為中硫煤矸石，3為中高硫煤矸石，4為高硫煤矸石)﹔第二位數(shù)字表示煤矸石按灰分產(chǎn)率分類(1為低灰煤矸石，2為中灰煤矸石，3為高灰煤矸石)﹔第三位數(shù)字表示煤矸石的類型(1為鈣鎂型煤矸石，2為鋁硅型煤矸石)﹔括號(hào)內(nèi)數(shù)字表示煤矸石的鋁硅等級(jí)(1為1級(jí)鋁硅比，2為⒉級(jí)鋁硅比，3為3級(jí)鋁硅比)。

煤矸石的分類類別名讀寫按其編碼對(duì)應(yīng)的分類名依次讀寫，例如編碼為321的煤矸石讀寫為中高硫中灰鈣鎂型煤矸石;編碼為322(1)的煤矸石讀寫為中高硫中灰鋁硅型煤矸石(1級(jí)鋁硅比)。