煤矸石是採煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色岩石。包括巷道掘進過程中的掘進矸石、採掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外還含有數量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（鎵、釩、鈦、鈷）。
基本介紹
簡介,結構,用途,影響,製備方法,磨粉機,破碎機,
簡介
煤伴生廢石是礦業固體廢物的一種，是在掘進、開採和洗煤過程中排出的固體廢物。是礦業固體廢物的一種，包括洗煤廠的洗矸、煤炭生產中的手選矸、半煤巷和岩巷掘進中排出的煤和岩石以及和煤矸石一起堆放的煤系之外的白矸等的混合物。是碳質、泥質和砂質頁岩的混合物，具有低發熱值。含碳20%～30%，有些含腐殖酸。中國曆年已積存煤矸石約1000Mt，並且每年仍繼續排放約100Mt，不僅堆積占地，而且還能自燃污染空氣或引起火災。煤矸石主要被用於生產矸石水泥、混凝土的輕質骨料、耐火磚等建築材料，此外還可用於回收煤炭，煤與矸石混燒發電，製取結晶氯化鋁、水玻璃等化工產品以及提取貴重稀有金屬，也可作肥料。
露天堆放煤矸石
結構
煤矸石是在成煤過程中與煤共同沉積的有機化合物和無機化合物混合在一起的岩石，通常呈薄層和在煤層中或煤層頂、煤層底。煤矸石按主要礦物含量分為黏土岩類、砂石岩類、碳酸鹽類、鋁質岩類。按來源及最終狀態，煤矸石可分為掘進矸石、選煤矸石和自然矸石三大類。煤矸石排放量根據煤層條件、開採條件和洗選工藝的不同有較大差異，一般掘進矸石占原煤產量的10%左右，選煤矸石占入選原煤量的12%~18%。
煤矸石的無機成分主要是矽、鋁、鈣、鎂、鐵的氧化物和某些稀有金屬。其化學成分組成的百分率：SiO2為52～65；Al2O3為16～36；Fe2O3為2.28～14.63;CaO為0.42～2.32;MgO為0.44～2.41;TiO2為0.90～4;P2O5為0.007～0.24;K2O+Na2O為1.45～3.9；V2O5為0.008～0.03。
高硫煤矸石中含有的主要有用礦物為硫鐵礦和煤。純硫鐵礦相對密度高達5，與脈石相對密度差為2-2.3，而共生硫鐵礦與脈石相對密度差為0.5-1。因此，使硫鐵礦儘可能從共生體中解離出來，利用相對密度差即可將硫鐵礦分選出來。
煤矸石的原礦粒度較大，其中黃鐵礦的組成形態以包括結核體、粒狀、塊狀等巨觀形態為主，經顯微鏡和電鏡鑑定，煤中黃鐵礦以莓球狀、微粒狀分布在鏡媒體中，而在細胞腔中亦充填有黃鐵礦，個別為小透鏡狀、細粒浸染狀。礦物之間緊密共生，呈細粒浸染狀，所以在分選前必須進行破碎、磨礦，煤矸石的解離度越高，選別效果越理想。
存在於煤中的黃鐵礦經過洗選後大部分富集於洗矸中。洗矸中黃鐵礦以塊狀、脈狀、結核狀及星散狀四種形態存在。前三種以2-50mm大小不等、形態各異的結核體最常見，矸石破碎至3mm以下，黃鐵礦能解離80%左右，破碎至1mm以下幾乎全部解離。星散狀分布的黃鐵礦很少，多呈0.02mm立方體單晶，嵌布於網狀脈岩中很難與脈石分開。黃鐵礦的回收方法和工藝流程原則上是從粗到細把黃鐵礦破碎成單體解離，先解離、先回收，分選解離、分段回收。
用途
煤矸石棄置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出會污染大氣、農田和水體。矸石山還會自燃發生火災，或在雨季崩塌，淤塞河流造成災害。中國積存煤矸石達10億噸以上，每年還將排出煤矸石1億噸。為了消除污染，自60年代起，很多國家開始重視煤矸石的處理和利用。
煤矸石代替燃料：化鐵；燒鍋爐；燒石灰；回收煤炭。生產水泥：生產普通矽酸鹽水泥；生產特種水泥；生產無熟料水泥。生產建築材料：煤矸石燒結磚，質量較好，顏色均勻；煤矸石生產輕骨料，輕骨料是為了較少混凝土的相對密度，而選用的一類多孔骨料；生產煤矸石棉，以煤矸石和石灰為原料，經高溫融化，噴吹而成的一種建築材料。生產化工產品：制結晶三氯化鋁，以煤矸石和化工工業副產鹽酸為主要原料，經過破碎、培燒、磨碎、酸浸、沉澱、濃縮結晶和脫水等生產工藝而製成，是一種新型的淨水劑；制水玻璃；生產硫酸銨，煤矸石內的硫化鐵在高溫下生產SO2，再氧化而生產SO3，遇水生產硫酸，並與氨的化合物生產硫酸銨。
利用途徑有以下幾種：
①回收煤炭和黃鐵礦：通過簡易工藝，從煤矸石中洗選出好煤，通過篩選從中選出劣質煤，同時揀出黃鐵礦。或從選煤用的跳汰機──平面搖床流程中回收黃鐵礦、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作動力鍋爐的燃料，洗矸可作建築材料，黃鐵礦可作化工原料。
②用於發電：主要用洗中煤和洗矸混燒發電。中國已用沸騰爐燃燒洗中煤和洗矸的混合物（發熱量每公斤約2000大卡）發電。爐渣可生產爐渣磚和爐渣水泥。日本有10多座這種電廠；所用中煤和矸石的混合物，一般每公斤發熱量為3500大卡；火力不足時,用重油助燃。德意志聯邦共和國和荷蘭把煤礦自用電廠和選煤廠建在一起，以利用中煤、煤泥和煤矸石發電。
測試煤矸石的發熱量應使用專門的儀器進行，微機量熱儀可以滿足發熱量的測試。
③製造建築材料：代替粘土作為制磚原料，可以少挖良田。燒磚時，利用煤矸石本身的可燃物，可以節約煤炭。
煤矸石燒結空心磚，是指以頁岩，煤矸石或粉煤灰為主要原料，經焙燒而成的具有豎向孔洞（孔洞率不小於25%,孔的尺寸小而數量多）的磚。其外形尺寸，長度為290,240,190mm,寬度為240,190,180,175,140,115mm,高度為90mm。由兩兩相對的頂面、大面及條面組成直角六面體，在中部開設有至少兩個均勻排列的條孔，條孔之間由肋相隔，條孔與大面、條面平行，其間為外壁，條孔的兩開口分別位於兩頂面上，在所述的條孔與條面之間分別開設有若干孔徑較小的邊排孔，邊排孔與其相鄰的邊排孔或相鄰的條孔之間為肋。
煤矸石可以部分或全部代替粘土組分生產普通水泥。自燃或人工燃燒過的煤矸石，具有一定活性,可作為水泥的活性混合材料，生產普通矽酸鹽水泥(摻量小於20%)、火山灰質水泥（摻量20～50%）和少熟料水泥（摻量大於50%）。還可直接與石灰、石膏以適當的配比，磨成無熟料水泥，可作為膠結料，以沸騰爐渣作骨料或以石子、沸騰爐渣作粗細骨料製成混凝土砌塊或混凝土空心砌塊等建築材料。英國、比利時等國有專用煤矸石代替矽質原料生產水泥的工廠。
煤矸石可用來燒結輕骨料。日本於1964年用煤矸石作主要原料製造輕骨料，用於建造高層樓房，建築物重量減輕20%。
此外，煤矸石還可用於生產低熱值煤氣，製造陶瓷，製作土壤改良劑，或用於鋪路、井下充填、地面充填造地。在自燃後的矸石山上也可種草造林，美化環境。
影響
到目前為止，煤矸石的利用力度還不夠大。技術不完善，地區發展不平衡，對環境的影響依然很嚴重，主要表現在下述幾個方面。
（1）影響土地資源的利用煤矸石堆場多位於井口附近，大多緊鄰居民區，煤矸石的大量堆放一方面占用大量的土地面積，另一方面還在影響著比堆放面積更大的土地資源，使得周圍的耕地變得貧瘠，不能被利用。
（2）污染大氣煤矸石露天堆放會產生大量揚塵，這主要是由於在地面堆放的煤矸石受到長時間的日曬雨淋後，將會風化粉碎;另外，煤矸石吸水後會崩解，從而很容易產生粉塵。在風力的作用下，將會惡化礦區大氣的質量。此外，煤矸石中含有殘煤、碳質泥岩和廢木材等可燃物，其中C、S可構成煤矸石自燃的物質基礎。煤矸石業務露天堆放，日積月累，矸石山內部的熱量逐漸積累。當溫度達到可燃物的燃燒點時，矸石堆中的殘煤便可自燃。自燃後，矸石山內部溫度為800~1000oC，使矸石融結並放出大量的CO、CO2、SO2、H2S、NOx等有害氣體，其中以SO2為主。一座矸石山自燃可長達十餘年至幾十年。這些有害氣體的排放，不僅降低矸石山周圍的環境空氣品質，影響礦區居民的身體健康，還常常影響周圍的生態環境，使樹木生長緩慢、病蟲害增多，農作物減產，至死亡。
（3）危害水土煤矸石除含有粉塵、SiO2，A12O3以及Fe，Mn等常量元素外，還有其他微量重金屬元素，如Pb，Sn，As，Cr等，這些元素為有毒重金屬元素。當露天堆放的煤矸石山經雨水淋蝕後，產生酸性水，污染周圍的上地和水體。當矸石堆場的矸石堆放不合理時，矸石堆易發生邊坡失穩，從而導致矸石堆的崩塌、滑移，特別在暴雨季節，這種現象在山區尤為常見，易發生土石流，從而殃及下游的農田、河流及人員安全。
製備方法
從煤炭開採來看，中國每年生產1億噸煤炭，排放矸石1400萬噸左右；從煤炭洗選加工來看，每洗選1億噸煉焦煤排放矸石量2000萬噸，每洗1億噸動力煤，排放矸石量1500萬噸。2005年，國內各類煤礦生產煤炭1045億噸，洗煤385億噸，排放矸石量19-20億噸。因而，全國國有煤礦現有矸石山1500餘座，堆積量30億噸以上（占中國工業固體廢物排放總量的40%以上）。
煤矸石中二氧化矽、三氧化二鐵、三氧化二鋁的總含量在80%以上，它是一種天然的粘土質原料，可以用來燒制普通矽酸鹽水泥、特種水泥和熟料水泥等各種建築特殊用途水泥。
磨粉機和制砂機已經廣泛用於煤矸石製作水泥生產線。不論是將煤矸石用於制磚，或是做水泥添加料還是供應給煤矸石發電廠，通常用到的加工設備有顎式破碎機、反擊式破碎機、雷蒙磨粉機、超壓梯形磨粉機、立式磨粉機、振動篩、振動給料機等。顎式破碎機具有破碎比大、產品粒度均勻、結構簡單、工作可靠、維修簡便、運營費用經濟等特點。組成整套破碎生產系統，廣泛用於礦山、水泥、化工、鐵路、建築等方面。反擊式破碎機(反擊破)能處理邊長不超過500mm、抗壓強度不超過350MPa的各種粗、中、細物料(煤矸石、花崗岩、石灰石、混凝土等)，廣泛用於水電、高速公路、人工砂石料、破碎等行業。實地勘察，利用地形走勢，合理配置，設備連線緊湊，占地面積小，提高了產量也節省皮帶機長度和項目投資。產品具有結構獨特、無鍵連線、高鉻板錘、獨特的反擊襯板;硬岩破碎、高效節能；產品形狀呈立方體，排料粒度大小可調，簡化破碎流程等優點。
磨粉機
隨著經濟體制改革的不斷深化和我國工農業的健康快速發展，在能源日趨緊缺的情況下，礦山機械設備企業越來越注重對高效、節能環保設備的研發和生產，在礦山機械製造採用長壽命、低能耗及減輕重量的設計原則的同時，礦山機械設備企業也越來越開始重視二次開發利用礦山廢棄物等資源。
煤炭作為我國的主要能源，它在社會經濟發展中發揮著極其重要的作用。煤炭的開發和利用,既對社會經濟起著巨大的推動作用，同時也對環境產生了重大影響。煤矸石和煤層氣就是煤炭開發過程中產生的主要廢棄物,長期以來被煤炭工業視為有害物質和災害性氣體。煤矸石是在煤的掘進、開採和洗選過程中排出的固體廢物。中國積存煤矸石達10億噸以上，每年還將排出煤矸石1億噸。近幾年來，煤矸石不再僅僅被視為一種數量最大的工業固體廢棄物,而作為一種資源，在化工、建材、冶金、輕工等領域得到了廣泛的研究和套用,煤矸石資源化已成為煤矸石綜合利用研究的重點。
破碎機
新型的煤矸石破碎機替代了早期單級有篩底的破碎機完美解決了高濕物料破碎困難問題，煤矸石破碎機針對個體用戶和中小型企業是最有效的投資，有效的節約了客戶購買設備的成本。該設備產量高噪音小細度低，整套設備便於維護而且無須特殊安裝即刻開機使用。煤矸石破碎機採用雙轉子上下兩級粉碎;沒有篩網篦底，對物料含水率沒有嚴格要求，完全不存在糊堵篩板的問題，更不存在細粉不能及時排出，重複粉碎的問題，故粉碎效率高，不存在錘頭無效磨損現象；高合金耐磨錘頭;錘頭磨損後不需修復，移動位置反覆使用，一副錘頭可頂三副錘頭使用。只需要一人即可輕鬆啟閉，不僅輕巧快捷且安全可靠，便於維護，整體結構合理簡單操作。
