世界各國都非常重視煤矸石的處理和利用。自20世紀60年代以來，許多國家開始綜合利用煤矸石。到20世紀70年代，國外壹些礦區的煤矸石利用率已達100%。比如美國、匈牙利等國家都進行了煤矸石的生物復墾，取得了很好的效果。美國直接從燃燒的煤矸石山回收熱能，法國洗選灰分高的煤矸石，從中回收可燃物質用於發電，節約了煤炭。
在國外，煤矸石最常見的利用方式是作為建築材料，法國在這方面做得比較好。從上世紀70年代開始的30年間，法國* * *利用煤矸石超過65438+億噸，主要用於制磚、生產水泥、鋪路；在法國，紅色煤矸石的顆粒具有抗水侵蝕的能力，可用於填充潮濕甚至沼澤和水陷坑。它被認為是壹種良好的填料，可以使路基具有良好的抗滲性。法國北部的所有載重道路都使用這種材料作為路基。近年來，法國還研究了壹種在水泥中利用煤矸石的新方法，即將含煤量高的煤矸石投入窯中，既作為原料又作為燃料生產水泥。英國煤管局於1970成立煤矸石管理處。煤矸石是壹種優良而經濟的材料，被廣泛用作公路、大壩和其他土木工程的填料。在德國，煤矸石主要用於填充地下采空區和作為建築材料。據報道，英國、波蘭、比利時、俄羅斯、日本等國家用煤矸石代替部分粘土生產水泥，達到了節煤降本的效果。
二、國內煤矸石資源利用現狀
1992聯合國環境與發展大會之後，可持續發展成為人類發展追求的同壹個目標。發展中國家也非常重視環境問題，為了避免走發達國家“先汙染，後治理”的老路，礦山環境的管理和治理也逐漸提上日程。國際組織通過國際會議、論壇、項目研究和倡議促進采礦環境的改善。對礦業環境問題有影響的國際公約主要有:《控制危險廢物越境轉移及其處理巴塞爾公約》、《長期跨國環境空氣汙染公約》等。
隨著全球經濟可持續發展戰略的進壹步實施和中國工業化進程的進壹步深入，中國政府在環境保護方面的力度也在不斷加大和加強。煤矸石的充分利用和汙染已引起我國政府的高度重視。我國政府制定和完善相關政策法規，支持技術創新，嚴格管理和執法，提高礦山環境保護的整體水平。
2000年4月29日，NPC第九屆人大常委會第十五次會議通過的《中華人民共和國大氣汙染防治法》第三章規定，防治燃煤造成的大氣汙染。第三十壹條在人口集中地區存放煤炭、煤矸石、煤渣、粉煤灰、砂石、灰土等物料，必須采取防火、防塵措施，防止汙染大氣。
“九五”期間，國家出臺了壹系列與資源綜合利用相關的產業政策，這些政策都圍繞煤矸石山的綜合治理與利用展開。如《目前國家鼓勵發展的產業、產品和技術目錄》和《國家優先發展的高新技術產業化重點領域指南(目錄)》都把煤矸石的綜合利用作為鼓勵發展的產業。
20世紀70年代以來，我國開展了煤矸石的綜合利用，開辟了壹系列利用煤矸石的途徑，取得了很大進展。煤矸石資源的綜合利用可分為資源回收和工程利用兩種途徑。資源循環利用是利用低燃燒值的煤矸石作為流化床鍋爐的燃料發電；煤矸石中伴生礦物的提取和利用，如氧化鋁、聚合鋁、鋁土礦和硫酸產品；建築材料生產，如制造煤矸石磚、煤矸石水泥、耐火材料和陶瓷；工程利用是以煤矸石為填充材料的復墾和巖土利用，如礦區塌陷區的填築和復墾，公路、鐵路、廣場建設的地基填築(圖2-4)。但由於資源性質、經濟條件的制約、技術裝備的差距和市場變化的影響，煤矸石的利用率為10% ~ 30%，與發達國家相比仍有較大差距。這就要求我們進壹步加大對煤矸石開發技術的研究，進壹步發展煤矸石的綜合利用和工業化生產，以充分利用礦產資源，增加社會和經濟效益，減少汙染，促進資源和環境的可持續發展。
圖2-4煤矸石資源綜合利用
三、煤矸石資源及利用途徑
1.生產化學產品
(1)制造鋁鹽系列產品
鋁鹽在工業生產中應用廣泛，如硫酸鋁，廣泛用於水處理、媒染、油脂脫臭脫色、油脂澄清等。用煤矸石制取硫酸鋁，既解決了煤矸石的處理問題，又節約了鋁土礦資源。利用煤矸石生產硫酸鋁已在山西和甘肅的許多煤礦得到應用。
(2)制造矽系列產品
煤矸石中矽的含量較高，因此煤矸石中矽的利用是綜合利用的重要途徑。目前主要用於制造水玻璃、白炭黑、陶瓷原料等。
(3)二氧化鈦的制備
TiO2含量在7.18%以上的煤矸石可用於生產鈦白粉。鈦白粉具有良好的遮蓋力和著色能力，廣泛應用於塗料、造紙、塑料等行業。
(4)回收硫磺和黃鐵礦
中國與煤伴生的硫鐵礦資源十分豐富，分布廣泛。洗選後，煤中積累的黃鐵礦大部分富集在煤矸石中。硫鐵礦是化工和化肥工業的重要原料，主要用於生產硫酸和提取硫磺。而我國的硫磺產量不能滿足國內生產的需要，往往需要進口硫磺來補充產量的不足，因此在加工煤炭的同時回收硫鐵礦無疑具有重要的意義。此外，脫硫後的煤矸石減少了對環境的汙染，便於進壹步加工利用。煤中硫的富集方式主要有黃鐵礦硫、硫酸鹽硫和有機硫。由於對硫磺的需求和環境保護的要求，硫磺的回收已引起許多礦區的重視。硫磺回收技術也初具規模，方法多種多樣。該技術在壹些高硫礦區應用較為廣泛。
如重慶南桐礦務局甘壩子選煤廠成功從高硫煤矸石中提取硫精礦。洗選後的矸石含硫10% ~ 31%，主要成分為黃鐵礦硫。用重介質法分離出三種產品:硫含量為35%，碳含量小於8%的硫精礦，灰分為45% ~ 50%的泥炭和尾礦。河北開灤唐家莊礦硫磺分離車間於1985年初投產。洗選後的煤矸石含硫量為3.98%，主要成分為黃鐵礦硫。洗選產生四種產品:硫含量30% ~ 35%、碳含量小於8%的硫精礦、燃燒用發熱量14.63MJ/kg的動力煤、發熱量6.27MJ/kg的低熱值燃料和煤矸石。
2.建築材料
(1)制磚
煤矸石具有壹定的可塑性、粘結性和可燒結性，經過提純等工藝可用於制磚。目前，我國煤矸石磚產量已達200億塊，每年綜合利用煤矸石約5000×104t。用煤矸石制磚，既解決了煤矸石造成的環境汙染，滿足了經濟建設的需要，又保護了我國有限的耕地資源，從根本上改變了“秦磚漢瓦”的生產歷史，實現了“制磚不用土，燒磚不用煤”的環保效果。
例如，2002年，魯善喜安礦業集團從意大利引進了壹條制磚生產線，這是中國最大的煤矸石綜合利用項目。建成投產後，每年消耗煤矸石30×104t，生產磚65438+3億塊。同時節約煤矸石2.5×104m2，比粘土制磚少浪費土地3.5×104m2。2006年，山西大同天元榮昌新型建材有限公司啟動年產5億塊煤矸石燒結空心磚系列產品；同年，陽泉南煤公司投產了年產2.6億塊煤矸石燒結磚生產線，每年消耗煤矸石30×104t，取得了良好的經濟效益和環境效益。在實現廢物利用的同時，既降低了成本，又減少了煤矸石對當地的汙染。其產品可用於室內地面裝飾和臺面裝飾，具有防汙、零吸水率、無放射性、高光澤、市場競爭力強等特點。
(2)水泥生產
煤矸石和粘土的化學成分相似，用其代替部分或全部粘土生產普通水泥，可以提高熟料質量。煤矸石制水泥原料的生產工藝與生產普通水泥基本相同。利用煤矸石制造水泥不僅可以降低成本，還可以消化大量煤矸石，減少對環境的汙染。
(3)混凝土
山西陽煤集團以自燃煤矸石為骨料，摻入煤矸石砂和矽酸鹽水泥配制200 ~ 300 #煤矸石混凝土，其物理性能和質量符合相關規定。自燃煤矸石山生產的混凝土密度比普通混凝土低20%，是高層建築的優質材料。
(4)土地復墾和路基填築
充填塌陷區是壹種重要的復墾方法。采用低熱值煤矸石充填煤礦塌陷區，煤矸石消耗量大，在技術經濟可行前可保留。這樣可以減少煤矸石對礦山環境的汙染(占地、水汙染、大氣汙染、環境衛生等。).在充分利用礦區固體廢棄物的同時，解決了塌陷土地的復墾問題，達到了壹舉兩得的效果。如安徽省淮北礦務局對兩個大塌陷區進行掩埋，煤矸石還田，造地1600多畝，取得了良好的環境效益和社會效益。也可用於建設用地。
煤矸石含有壹定的活性物質，具有良好的路用性能和強度，可用作壹般公路的底基層或路基。用作築路填料的煤矸石應是強度高、風化輕、熱值低的煤矸石。據山西省陽泉市交通局介紹，在日前通車的307國道復線建設中，交通建設部門變廢為寶，用煤矸石鋪路，節約資金9200多萬元。據陽泉市交通局介紹，307國道復線工程全長28.8公裏，是陽泉市重點工程。工程開工後，由於缺乏天然礫石，建設單位設想利用堆積如山的煤矸石作為路基填料。大量的科學論證和試驗表明，煤矸石用作填料時，應選用自燃和半自燃煤矸石，其各項技術指標應符合公路工程路基設計規範的要求。307國道復線工程全線采用煤矸石作為路基填料。目前1m3砂石運到工地的價格為60多元，而1m3煤矸石運到工地的價格僅為10元，從而減少整個工程投資9200多萬元。陽泉是我國重要的煤炭產區，現有煤矸石山20余座，每年新增約700×104t。大量煤矸石的儲存不僅占用面積，還會產生大量的二氧化硫。陽泉市每年都需要花很多錢來掩埋。用煤矸石鋪路可以就地取材，變廢為寶，減少汙染，節省投資。
3.農產品生產
(1)有機復合肥生產
煤矸石壹般含有大量的碳質頁巖或粉砂巖，含有15% ~ 20%的有機質和大量植物生長所需的稀有元素。將煤矸石粉碎磨細後，與過磷酸鈣按壹定比例混合，加入適量活化劑和水，充分攪拌後堆漚，即可制成壹種新型化肥。重慶煤炭研究總院、北京勘測院、龍口礦務局、鄭州礦務局均利用煤矸石生產有機復合肥，取得了良好的效益。
(2)生產微生物肥料
煤矸石微生物肥料可以以煤矸石為載體和添加劑制成，主要有固氮菌肥、磷肥和鉀菌肥。微生物肥料的生產工藝投資少，經濟效益和社會效益好。
(3)改良土壤
利用煤矸石中的微量元素和養分，適當摻入壹些有機肥，可以有效改善土壤結構，增加土壤孔隙度和滲透性，增加土壤含水量，促進土壤中各種細菌的新陳代謝，培肥土地，促進植物生長。
4.煤矸石地下充填
煤矸石充填采礦法不僅能有效解決地表沈陷和沈降問題，還能消化大量煤矸石。主要包括軌道交通充填技術、註漿充填技術和壓縮空氣充填技術。
5.煤矸石發電
我國已有壹批煤矸石電站投入運行，如山東省謝莊煤礦，這是我國自行設計實施的第壹座大型煤礦。1993，該礦開始建設煤矸石電廠，設計容量24MW。目前發電量保持在1.6×108 kW·h以上，年消耗煤矸石30×104t，該礦煤矸石熱電廠建成後，實行熱電聯產，年節約原煤4×104t，少交電費1.2億元，節約煤矸石堆放面積25畝，安置失業和下崗733人
山西省陽泉市按照“擠幹吃幹”的思路，利用煤矸石發電。按熱值計算，陽泉壹年產生的煤矸石量相當於220×104t標準煤。目前，全市共有煤矸石電廠4座，發電量11.8×104 kW，年利用煤矸石100×104t；在建的三座工廠建成投產後，每年可消化煤矸石400×104t。據初步統計，截至目前，陽泉市已建成煤矸石電廠、煤矸石磚廠、高嶺土廠、商品混凝土廠等十幾家煤矸石綜合利用企業，每年可節約近百萬噸標準煤。
四、煤矸石資源化利用存在的問題及前景
1.煤矸石資源化利用中的問題
我國煤矸石的資源化利用主要存在以下問題:
1)缺乏對我國不同地區煤矸石基本特性的系統調查研究，缺乏煤矸石開發利用的系統基礎研究資料；
2)目前煤矸石綜合利用技術還不夠成熟，導致煤矸石利用率不高，不足以使煤矸石產業具有投資吸引力；
3)對煤矸石堆存造成的生態環境和社會危害缺乏定量研究和準確估計，難以客觀評價煤矸石資源化和減量化帶來的經濟、社會和環境效益，難以提出和實施多方共贏、科學合理的扶持政策；
4)缺乏資金渠道。煤矸石綜合利用項目在資金上得不到保障，投入嚴重不足。目前國家沒有專項資金支持，原有的煤矸石綜合利用專項資金取消，新的融資渠道尚未形成，企業融資困難，部分煤矸石發電、煤矸石建材項目難以實施，給煤矸石的擴大再利用帶來不便；
5)優惠政策難以落實。目前，國家已出臺的煤矸石優惠政策在壹些領域仍難以落實，可操作性差，如項目審批難、並網發電難、政策落實難等，嚴重挫傷了企業開展煤矸石綜合利用的積極性。
2.促進煤矸石資源化利用的方向探討
(1)治理煤矸石的目標
結合煤矸石的化學組成、礦物組成和當地優勢，選擇綜合利用途徑，基於清潔生產理念，將相關資源利用過程中的高能耗、高成本環節進行融合，形成聯產工藝，豐富和完善了產品鏈條，提高了產品質量和附加值，實現了煤矸石減量化、變廢為寶的目標。
(2)煤矸石的處理需要創新思路。
我國煤矸石的排放量逐年增加，增加的廢棄物會占用更多的土地。在科學技術高度發展的今天，各級政府部門和廠礦企業都需要創新的理念。
(3)落實防火滅火措施
對於目前無法利用、自燃或潛在自燃的煤矸石山，應先進行防滅火，再通過生態建設恢復植被，最大限度地減少其對環境和社會的不利影響。
綜上所述，煤矸石問題是壹個亟待解決的重大環境和社會問題。有必要充分認識和定量研究煤矸石綜合利用和治理帶來的社會效益和環境效益。今後應從生產方式、市場機制和政策支持的配套入手，促進煤矸石綜合利用模式的完善和企業經濟效益的提高，徹底解決煤矸石的環境汙染問題。隨著企業環保意識的增強和研究的深入，可以預見煤矸石的應用領域和規模將會不斷擴大。