1.1煤矸石的来源与分类

1.1.1煤研石的来源

煤矸石的产地分布和原煤产量有直接关系。我国煤矸石年排放量超过4.0×10t的有东北、内蒙古、山东、河北、陕西、山西、安徽、河南、新疆等省区，可见煤矸石排放量比较多的地区集中在北方。煤矸石作为煤炭工业废渣被排放，它们分别从煤矿建井、矿井改扩建、煤炭采出过程和原煤洗选过程等煤炭开采的各个阶段被排放。它们来自所采煤层的顶板、底板、夹层或运输大巷、主井、副井和风井所凿穿的岩层。煤矸石来源及产生主要有以下3个方面。

(1）原矿矸

岩石巷道掘进时产生的煤矸石，通常称为原矿矸，占煤矸石的60%~70%。主要岩石有泥岩、页岩、粉砂岩、砂岩、砾岩、石灰岩等。

(2）层夹矸

采煤过程中从顶板、底板和夹在煤层中的岩石夹层里所产生的煤矸石，占煤矸石的10%~30%。煤层顶板常见的岩石包括泥岩、粉砂岩、砂岩及砂砾岩;煤层底板的岩石多为泥岩、页岩、黏土岩、粉砂岩﹔煤层夹矸的岩石有黏土岩、碳质泥岩、粉砂岩、砂岩等。

(3)洗矸

煤炭分选或洗煤过程中产生的煤矸石，又被称为洗矸石，约占煤矸石的5%～10%。其主要由煤层中的各种夹石如高岭石、黏土岩、黄铁矿等组成。

1.1.2 煤矸石的分类

煤矸石作为一种再生资源，其利用途径越来越广阔，对煤矸石岩石类型、矿物、化学组成的要求也有所不同，因此有必要对煤矸石进行分类。|分类能对煤矸石的资源化再利用做出恰当的评价，从宏观上研究煤矸石再利用的可行性和合理性，有利于比较精确地研究各类煤矸石的质和量，消除人为堆积煤矸石造成的煤矸右质量和成分的混杂现象，为煤矸石综合利用和长远发展提供决策性依据，有利于指导探索研究出高科技含量、高附加值综合利用的新途径。煤矸石分类有别于一般的岩石学分类，煤矸石的资源化分类基于煤矸石岩石类型、矿物成分、化学组成和矸石中有用组分的品位及物理化学特征。

1.1.2.1煤矸石分类方法

由于各地煤矸石成分复杂，物理化学特性各异，加之不同的煤矸石加工利用方向对煤矸石的化学成分及物理化学特性要求不一样。常用的分类方法有以下几种。

(1)按煤矸石的来源分类

按煤矸石的来源可分为煤巷矸、岩巷矸、自燃矸、洗矸、手选矸和剥离矸6大类。

l）煤巷矸

煤矿在井巷掘进过程中，凡是沿煤层掘进工程所排出的矸石，统称煤巷矸。煤巷矸常有一定的含碳量及热值,且排量大。

2）岩巷矸

煤矿在井巷掘进过程中所排出的矸石，统称岩巷矸。这类矸石的特点是岩种杂，排量集中，含碳量低，有的根本不含碳。

3）自燃矸

凡是堆积在矸石山经过自燃的矸石统称为自燃矸。这类矸石一般呈红褐色、灰黄色及灰色，以粉砂质泥岩及泥岩居多，其烧失量低，且有一定的火山灰活性。因其性能特殊且用途与其他研类不同，故单独划为一类，与其他四类并列。

4）洗矸

又称选煤厂尾矿，是从煤炭洗选过程中排出的矸石。洗矸特点是排量集中，粒度较小，含碳量和含硫量均高于各类矸石，具有一定热值，可作为劣质燃料用。

5）手选矸

此类矸石是混在原煤中产出，在井口或选煤厂由人工拣出的矸石。手选矸具有一定的粒度，排量小，热值变化较大。此外，在手选矸石的同时，一些与煤共生、伴生的矿产资源往往亦同时选出。

6）剥离矸

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煤矿在露天开采或基建初期，煤系上覆岩层因剥离而排出的矸石，称为剥离矸。其特点是岩种杂，一般无热值，目前多用来填沟造地，有些剥离矸石中还有大量共生矿产。

(2)按煤矸石的岩石类型分类

按煤矸石的岩石类型一般可分为黏土岩矸石、砂岩研石、钙质岩矸石和铝质岩矸石等。

1)黏土岩矸石

组成以黏土矿物为主的矸石为黏土岩矸石，主要有高岭石泥岩(高岭石含量>60%)、伊利石泥岩(伊利石含量>50%)、碳质页岩、泥质页岩及灰岩等。黏土岩矸石在煤矸石中占有相当大的比重。主要利用途径为:高岭石泥岩、伊利石泥岩多用于生产多孔烧结料、煤矸石砖、建筑陶瓷、含铝精矿、硅铝合金、道路建筑材料;砂质泥岩、砂岩多用于生产建筑工程用的碎石、混凝土密实集料;石灰岩多用于生产胶凝材料、建筑工程用的碎石、改良土壤用的石灰。碳质页岩和碳质泥岩中，一般均含有较多的炭粒。

2）砂岩矸石

又称为粉砂岩矸石，一般在岩巷矸和剥离矸中较多。主要由碎屑矿物和胶结物两部分组成，以石英屑为主，其次是长石、云母矿物﹔胶结物一般为被碳质浸染的黏土矿物或含碳酸盐的黏土矿物以及其他化学沉积物。按颗粒大小又可分为粗砂岩、细砂岩、粉砂岩等。

3）钙质岩矸石

主要矿物以方解石、白云石为主的矸石。以方解石矿物为主的称为石灰岩，以白云石为主的称为白云岩。在钙质岩中常常含有菱铁矿，并混有较多的黏土矿物或少量石英、长石等碎屑矿物。

4）铝质岩矸石

是一种富含Al2O。较高的矸石，主要由黏土矿物和富铝矿物（如一水硬铝石)组成，往往混有石英、玉髓、方解石、白云石等矿物。

(3)按煤矸石中碳含量分类

按煤矸石中碳含量可分为四类:一类煤矸石<4%、二类煤矸石4%~6%﹔三类煤矸石6%~20%﹔四类煤矸石>20%。一类、二类煤矸石(发热量2090kJ/kg 以下）可作为水泥的混合材、混凝土集料和其他建材制品的原料，也可用于复垦采煤塌陷区和回填矿井采空区;三类煤矸石(发热量2090～6270kJ/kg）可用于生产水泥、砖等建材制品;四类煤矸石发热量较高(发热量6270～12550kJ/kg)，一般宜用作于燃料。

(4）按煤矸石中硫含量分类

按煤矸石中硫含量也可将煤矸石分为四类:一类煤矸石<0.5%;二类煤矸石0.5%~3%﹔三类煤矸石3%~6%﹔四类煤矸石>6%。当煤矸石中全硫含量达6%时应回收其中的硫精矿，这是硫资源回收的最低界线，也是煤矸石在利用过程中多数产品对煤矸石中硫含量的最高允许值。如用煤矸石作燃料时应采取相应除尘、脱硫措施，以减少烟尘和硫氧化物的污染，达到环保要求的标准。

(5)按煤矸石中铁化合物含量分类

按煤矸石中铁化合物含量分为:少铁煤矸石≤0.1%;低铁煤矸石0.1%~1.0%;中铁煤矸石1.0%~3.5%﹔次高铁煤矸石3.5%~8.0%﹔高铁煤矸石8%~18%﹔特高铁煤矸石>18%。铁含量也决定和影响了煤矸石的热加工工艺方式和工业利用范围。

(6）按煤矸石中铝硅比分类

按煤矸石中铝硅比(Al2 O: /SiO2）可划分为3类。

①铝硅比≥0.5，这类煤矸石主要特点是含铝量高，含硅量相对较低。煤矸石矿物成分以高岭石为主，有少量伊利石、石英。煤矸石质点粒径小，可塑性好，具有膨胀现象。此时，煤矸石可考虑作为制高级陶瓷、分子筛的原料。

②铝硅比在0.5～0.3之间，其特点是铝、硅含量都适中。矿物成分以高岭石、伊利石为主，具有一定的石英、长石、方解石等。选择以0.3为下限，是因为在此分界线以上的煤矸石可作为生产聚合铝的原料。

③铝硅比≤0.3，煤矸石特点是硅含量比铝含量相对高得多，其矿物成分主要是石英、长石、方解石、菱铁矿等，含少量黏土矿物。质点粒径大，可塑性差。

此外，煤矸石的灰熔点是煤矸石中钙、镁化合物的含量和铝、硅含量的综合反映，也影响着煤矸石的利用途径。在烧结砖瓦时要求使用中、低灰熔点的煤矸石;在制造耐火制品时应选择高灰熔点的煤矸石。

1.1.2.2国家标准中煤研石的分类

国外有资料报道了对煤矸石的简单分类工作，如将煤矸石分为未燃矸和燃矸等。前苏联对煤矸石分类是按煤矸石的来源、特征、成分等不同指标分等级列出的分类符号，然后根据煤矸石在工业利用方面的质量要求，填人所需要的分类符号，根据分类符号所规定的质量要求，就可以选择煤矸石的加工工艺的。我国煤炭生产部门习惯上用颜色来分类命名，如黑矸、灰矸、白矸、红矸等﹔也有用其产出层位来分类的，如顶板矸、夹石矸等。但这些分类方案既不能反映煤矸石自身的化学成分和物理化学特征，也不能根据这些分类方案提出煤矸石的加工利用方向。

20世纪80年代中期以来，我国科技工作者对煤矸石分类进行了广泛研究，其代表性的主要有三级分类命名法、等级定量法、二级分类命名法三种方法。为促进煤矸石得到合理的资源化再利用，我国于2013年颁布实施了煤奸石分类国家标准(GB/T29162—2012)，该标准对煤矸石分类命名进行了详细规定，使煤矸石的分类得以统一。

GB/T 29162—2012规定煤矸石分类名称的冠名顺序以全硫含量、灰分产率、灰成分分类依次排列。其编码表示为×××或者×××(×)。第一位数字表示煤矸石按全硫含量分类(1为低硫煤矸石，2为中硫煤矸石，3为中高硫煤矸石，4为高硫煤矸石)﹔第二位数字表示煤矸石按灰分产率分类(1为低灰煤矸石，2为中灰煤矸石，3为高灰煤矸石)﹔第三位数字表示煤矸石的类型(1为钙镁型煤矸石，2为铝硅型煤矸石)﹔括号内数字表示煤矸石的铝硅等级(1为1级铝硅比，2为⒉级铝硅比，3为3级铝硅比)。

煤矸石的分类类别名读写按其编码对应的分类名依次读写，例如编码为321的煤矸石读写为中高硫中灰钙镁型煤矸石;编码为322(1)的煤矸石读写为中高硫中灰铝硅型煤矸石(1级铝硅比)。