混含在 煤层 中的石块，含少量 可燃物 ，不易燃烧。俗称“矸子”。采矿过程中，从井下采出的或混入 矿石 中的 砾石 。煤层中间的薄岩层称“ 夹石 ”。矿山地面的矸石堆称“ 矸石山 ”。有些矸石可作 建筑材料 的原料。
物质简介
煤矸石 是煤炭开采和洗选加工过程中排出一种固体废弃物。我国煤矸石已累计堆存50亿t以上，且仍在以每年3．0～3．5亿t的速度持续增加，预计到2020年，全国煤矸石年排放量将增至7．29亿t。
煤矸石的大量堆存不仅浪费土地资源，还会发生自燃、雨淋、泥化等情况，对环境产生严重危害。然而，从资源属性分析，煤矸石是一种宝贵的二次资源，对其进行资源化利用是防止环境灾害发生的必要措施，也是实现我国煤炭行业生态文明和 循环经济 发展的重要工作之一。
矸石山 的固体废物包括剥离矸石、煤巷矸石、岩巷矸石、手选矸石、选煤厂 尾矿 等。矸石山的自燃、爆喷、滑坡及矸石山的淋溶水均对矿区环境产生污染。
运输堆积
中国煤矿所采用的矸石运输工具有汽车、火车、 矿车 和 架空索道 。平原地区大多将矸石堆积在荒地，或用来填充煤矿塌陷区进行复垦，或堆积成锥形或脊形 煤矸石 山。山区则将矸石沿山坡自由滚落排放，填平山沟，形成平顶矸石山。由于采用的排矸机械和堆积工艺不同，所形成的矸石山形状不同， 矸石山 的粒度结构也不同。不同粒度结构的 矸石山 具有不同的 空气动力学 性质。具有自燃倾向的矸石所堆积的锥形山自燃发火率最高，脊锥形及平顶矸石山次之。
环境危害
侵占耕地
煤矸石多采取绞车提升、翻矸机倾倒，自然成堆，露天堆放方式，这种方式占用大量土地。据不完全统计，我国 煤矸石 山占地已近1．5万hm，而且随着煤矸石排放量的逐年增加，耕地被侵占的现象将进一步恶化，这将进一步加剧我国土地资源紧缺局面。此外， 煤矸石 山由于自燃等现象发生，其 植被 覆盖率低、黑色地面大面积暴露，严重影响地质地貌景观。
大气污染
我国很多地区的煤矸石组成为 砂岩 、砂砾岩、 页岩 ，因此煤矸石在露天堆积时，易于风化成微细颗粒被带到大气中，这些微细颗粒中的 可燃性 碳氢化合物在高温下经氧化、分解、 脱氢 、缩聚等一系列复杂反应而形成 碳黑 、飞灰等粒状悬浮物，形成 雾霾 。
同时 煤矸石 含碳量为5 %～45 %，煤矸石自燃时将产生大量 二氧化硫 、CO、 CO2 、NOx等有毒有害气 体和烟尘，严重污染矿区环境。
刘汝海等以 东北地区 煤矸石 为研究对象分析了煤矸石中碳含量、硫含量，以及挥发分的比例与煤矸石能否自燃的关系，并报道了煤矸石自燃导致污染和人身伤亡的事故。
重金属污染
在煤矸石所含污染物质中，重金属元素具有不可降解、在 环境中存留期长、具有很强的“三致”特性而成 为 国内外研究的热点。
不少学者担心当 煤矸石 山选址不好，同防渗措施不到位时煤矸石中的重金属将会污染周围土壤、地面及地下 水体。Fanfani等从淋溶元素溶解性角度研究了 意大利 Montevecchi西部一个矿山 尾矿 堆放场地对土壤－ 水环境 的重金属污染情况。Panov等对 俄罗斯 顿巴斯大煤田重金属环境化学进行调查研究，发现 在该地区的许多土壤样品中Hg、As、Pb、Zn和Cd含 量 超 标。我国学者对危害较大的Hg、Cr、Pb、Cu、As、Zn等重金属元素 进 行 了 测 定，对 煤矸石 山及其附近土壤中重金属元素污染进行了大量研究。
根据《土壤环境质量标准》（GB1561—2008）的农业用地水田（pH=5．5～6．5）二级标准，对 煤矸石 堆场周边的土壤重金属进行评价，几处典型煤矸石堆场周围土壤中的重金属元素含量除Cr和Zn外，大多数都高于标准要求的含量，说明煤矸石堆场对周围环境存在着一定的重金属污染，这可能由于矿区土壤对重金属具有富集性和迁移性，因此对其进行治理十分紧迫和必要。
地质危害
由于历史原因，我国 煤矸石 山基本上未经设计，煤矸石堆放极不规范、结构疏松，稳定性 差。在无序开挖和自然雨水冲刷的情况下，极易引发滑坡、崩塌、 泥石流 等 地质灾害 ，给当地人员的生命和财产安全构成严重威胁。
主要应用
土地复垦
由于 煤矸石 山占有大量土地，利用煤矸石充填复垦造田、煤矸石山复垦造林成为了煤矸石利用的重要任务。裴宗阳系统研究了煤矸石山 生态恢复 的背景理论以及煤矸石山立地条件，指出煤矸石山生态恢复需重点研究煤矸石山 植被 恢复体系构建、立地条件系统、煤矸石山植被恢复的 演替 规律以及生态治理的评价体系构建。 煤矸石 复垦技术可消耗大量煤矸石，减轻煤矸石露天堆放所造成的环境污染，改善矿区 生态环境 。
改良土壤
煤矸石 在农业上资源化利用主要体现在生产农肥和改良土壤两方面。煤矸石特别是高硫煤矸石中的 三硫化二铁 在高温下经氧化生成 二氧化硫 ，再与氨合成生成 硫酸铵 。早在1992年 刘大锰 就报道了煤矸石的这种应用，经过试验发现所生产的硫酸 是一种很好的肥料。
一般来说，新产生的煤矸石偏碱，而陈化后的煤矸石的pH值一般较低，高国雄等研究了煤矸石沙障对沙地土壤的改良效用，发现煤矸石能使沙地土壤增加细粒物质，提高土壤水分含量，改善 土壤结构 ，增加土壤中有机质、全N、速效P、速效K的含量，可作为沙地土壤的改良剂，但是煤矸石应用于农业生产需要特别注意污染扩散问题。
工程应用
煤矸石 中含有 一定量的 氧化铝 和氧化硅成分。在煤矸石的利用中，将铝硅质量比（w（ Al2O3 ）/w（ SiO2 ））大于0．5的煤矸石作为制造墙体砖、高级陶瓷、煅烧 高岭土 及 分子筛 的原料；将铝硅质量比小于0．5的煤矸石（以 砂岩 质煤矸石为主），配以适当的铝铁质校正原料生产 水泥熟料 ；而铝硅含量（w（Al2O3+SiO2））较高的煤矸石，经过适当活化处理，可用于生产水泥。
煤矸石 具有一定热值，煤矸石用于生产水泥和 熟料 可节约部分燃料。但是， 煤矸石 品质波动较大，容易影响水泥熟料质量，而且煤矸石中硬质砂岩含量较高，应用于水泥生产过程中磨矿能耗大，所以煤矸石用于水泥生产的技术推广比较缓慢。
然而，煤矸石用于道路工程建设在国外已经有很长的历史。从相关文献看， 法国 、 美国 将燃烧过的煤矸石渣用于道路充填材料， 俄罗斯 巴斯顿煤矿将加工后的自燃煤矸石铺筑在 沥青 混凝土路面之下，作为底基层材料， 英国 将煤矸石与 铝矾土 按照4∶1比例混合，制成防滑简易路面。
我国于1998年京福高速利用煤矿石铺筑了10km路段，2003年 平顶山市 至临汾高速也有10．2km路段填筑了 煤矸石 ，这些路况至今良好。煤矸石颗粒表面粗糙并具有棱角性，碾压后相互嵌挤而比较紧密，产生一定的 摩擦力 ，与水泥胶结作用，更具有良好的路用性能。煤矸石颗粒的组成、膨胀性、密实性、水稳性等 物理化学 性能优良，表明煤矸石可应用于道路工程中。
煤矸石混凝土
王晴等通过 正交 试验，采用电通量法来评价煤矸石混凝土氯离子渗透性能。发现水胶比对煤矸石混凝土抗氯离子渗透性能的影响较为显著， 硅灰 掺量影响较大，煤矸石掺量和减水剂掺量对混凝土抗氯离子渗透性能影响较小。制备最佳抗氯离子渗透性能的 煤矸石 混凝土组合，水胶比为0．30，煤矸石掺量为40 %，减 水 分 剂 掺 量 为0．75 %，硅灰掺量为7 %，此时煤矸石混凝土的6h电通量为943．25C，具有较强的抗氯离子渗透性能。
张玉庆采用不同替代量的煤矸石 骨料 制备透水性生态混凝土。随着煤矸石替代量的增加，透水性生态混凝土的28d 抗压强度 和抗折强度逐渐降低，并且都存在着近似的 线性关系 。替代量不大于40%时，煤矸石集料透水性生态混凝土可满足路面的应用要求。
揣丹等以 铜川市 煤矸石 为主要原料，以水泥为 粘结剂 ，制成 煤矸石－ 水泥基泡沫混凝土，研究了 聚乙烯醇 掺量对泡沫混凝土孔隙结构、力学性能及导电性能的影响。结果表明，掺入PVA可明显改善泡沫混凝土的孔隙结构且分布更均匀，干密度及吸水率有所降低，当PVA掺量为2 %时，28d抗压强度、抗折强度分别为6．72、2．04 MPa，且导热系数相对较低。
王晴等研究了煤矸石取代 砾石 对混凝土抗冻性的影响，并且通过使用矿物掺合料和 外加剂 来提高混凝土的抗冻性。研究结果表明，随着 煤矸石 取代量的增加，抗冻性逐渐下降，适宜掺量不超过60%；粉煤灰、高效减水剂、 引气剂 的掺入可以改善混凝土的孔结构，减缓随冻融次数增加而增长的孔的劣化 速率 ，显著提高混凝土的抗冻能力。粉煤灰的最佳掺量为 胶凝材料 的10%；减水剂与引气剂复合使用效果更好，当掺量分别在0．40 %和0．02 %时，混凝土抗冻能力最强。
煤矸石 沥青 混凝土的研究在国内开始兴起。牛存良等在 北京市 担下路铺筑了首条温拌WAC－25C 煤矸石 沥青混凝土路面 底面 层，该工程的配合比为： 石灰岩 （10～30mm）∶石灰岩（10～20mm）：煤矸石（5～10mm）∶ 机制砂 ：矿粉=26∶22∶21∶29∶2，最佳 油石 比为4%，试验技术指标优良，其 中 车 辙 试 验（60 ℃）动稳定度 为1968次/mm，残留马歇尔 稳定度 为93．2 %，冻融劈 裂 残 留 强度比为81．7 %。该 工 程 共 铺 筑7cm厚 煤矸石 沥青 混凝土31898．71m，使用煤矸石417m。经检测和实践表明，温拌煤矸石 沥青 混凝土是低碳环保型的路面 底面 层材料。
煤矸石 可以配制成煤矸石沥青混凝土，并成功运用在道路建设中。
轻集料 混凝土
我国20世纪80年代开始研制煤矸石陶粒轻集料混凝土，但是目前煤矸石轻集料混凝土尚处于工业试验阶段，多数企业采用回转窑法生产膨胀性的煤矸石陶粒，实际混凝土工程中仍普遍存在混凝土开裂现象。
因此，一般被迫采取增加 胶凝材料 用量、掺加高效减缩剂和活性矿物掺合料的技术措施来防止开裂，但又造成了混凝土的明显收缩、开裂和耐久性下降，严重制约了其在 结构工程 上的应用。
因此，提高 煤矸石 轻集料混凝土的体积稳定性，减少收缩开裂是决定煤矸石轻集料混凝土应用的关键。 邱景平 等开展了减缩剂、陶粒预湿对煤矸石陶粒轻集料混凝土体积稳定性的影响研究，发现增加减缩剂掺量与提高煤矸石陶粒预湿程度，均会造成煤矸石陶粒轻集料混凝土试件的收缩率明显下降，体积稳定性明显改善。两者复合应用更有利于降低 试件的收缩率、提高试件的稳定性。
提铝应用
煤矸石中含有约15 %～35 %的 Al2O3 ，如果能对这一部分铝加以利用，将产生巨大的经济效益。利用 煤矸石 制取含铝产品的研究一直是煤矸石化工利用的一个热点。
含量与浸取率
对比不同种类煤矸石煅烧后粉煤灰 中国铝业 的提取率，可以看出，不同种类煤矸石样品提取的铝含量有较大差异。煅烧活化后进行 酸浸 提取铝，铝浸取率并不会随着煤矸石中铝含量的升高而升高或降低，而是在同等试验条件下煅烧活化提取煤矸石中的铝时，其浸取率总会保持在60 %～70 %的范围内。这说明 煤矸石 中的铝浸取率与煤矸石的来源无关，这也为低铝煤矸石提铝提供了理论依据。
提取氢 氧化铝
煤矸石 中的主要 矿物相为 高岭石 （ Al2O3· 2SiO2·2H2O）与 石英 （SiO2），高岭石具有单层网结构，单网层间由 氢键 相联，因此 氧化铝 的活性差，要从高岭石中提取氧化铝十分困难。为从煤矸石中提取氧化铝，需将煤矸石进行矿物改性处理，使高岭石中的氧化铝成为 活性氧化铝球 。
任雪娇以 煤矸石 为原料，经机械活化、热活化、 酸浸 提铝，酸浸液利用Fe、A1 水解 pH值的差异分离铝铁，制备 氢氧化铝 ，确定了最佳工艺条件为粒度0．178mm，焙烧温度750 ℃，焙烧时间120min，浸取温度95 ℃，浸取时间4h，液固质量比3， 硫酸 质量分数40 %。此条件下 煤矸石 中 Al2O3 的浸取率达到81．8 %。耿学文等采用 碱石灰 烧结 法从高铝煤矸石中提取了 氢氧化铝 ，试验原料经过 碱液 预处理，使其中的铝硅质量比由原来的0．86提高到2．21。在烧结温度为1200 ℃、 Na2O /Al2O3物质的量比为1．0， CaO /SiO2物质的量比为2．1时， 熟料 的烧结质 量 最 好，其 中 氧 化 铝 的 浸 取 率 最 高 达 到94 %。最佳条件下得到的溶出液以一 水铝石 为 晶种 ，在添加 甲醇 并于30℃下分解5h， 偏铝酸钠 溶液中 氧化铝 的分解率达到88．9%；扫描电镜结果显示，生成的 铝氧 水合物 呈片状生长。
吕淑珍用 碳化 法从 煤矸石 中制备高纯超细 氢氧化铝 粉体，在氧化铝活化过程中巧妙地利用C2S晶相转变产生的体积膨胀，造成 硅酸二钙 连同其他矿物一起粉化（自粉化），省去了传统的粉磨工序，这不仅可节省 电能 ，而且 化学 粉碎形成的粉末比机械粉磨的粉末更细，有利于以 NaAlO2 形式提取铝组分，用高效 分散剂 碳化法制备超细氢 氧化铝 。在用8 % Na2CO3 溶液从煤矸石自粉化料中以NaAlO2形式提取铝组分，用高效分散剂碳化法制备超细氢氧化铝粉体的研制过程中，找出了高效分散剂碳化法制备超细氢氧化铝粉体的最佳条件，为煤矸石的高价值利用开辟了一条新的途径。
制取 絮凝剂 聚合氯化铝
（铁）絮凝剂具有生产成本低、无 毒、高效、 沉降 速度快等特点，产品市场潜力大，可广泛用于石油化工、印染、 造纸 、冶金等行业 废水 处理。用 煤矸石 制备聚合 硫酸 铝铁主要是利用煤矸石中Al2O3、 氧化铁 与 硫 酸 反 应 生 成Al2（SO4）3和Fe2（SO4）3，然后再通过聚合反应制取 聚合铝 铁。加入聚合剂后，[Al2（SO4）3和[Fe2（SO4）3逐步缩 聚为多聚体[Al2（OH）n（SO4）3－m/2]n和[Fe2（OH）n（SO4）3－n/2]m即为净水剂 主要成分。
孔德顺等以高铁型煤矸石酸浸液为原料，制备了高效 无机 高分子 絮凝剂 聚合硫酸铝铁（PAFS），并通过单因素试验研究了制备体系反应条件对聚合硫酸铝铁去浊率的影响。制备 聚合硫酸铝 铁优化工艺条件如 下：铁离子与 铝离子总浓度为0．5mol/L，铁离子与铝离子物质的量比为0．25，体系pH值为0．8，80 ℃下 聚 合8h，室温熟 化24h。采用X射线 衍射 （XRD）及 红 外光谱（IR）对优化条件下制备的 聚合硫酸铝 铁进行了 表征 ，表明产物为铁聚合较完全而铝部分聚合的聚合硫酸铝铁。
罗道成 利用 煤矸石 为原料制备高效 聚合氯化铝 聚硅酸铝，用该混凝剂处理工业 废水 ，并与 聚合硫酸铁 的处理效果比较表明，出水COD和色度去除率分别提高约20 %和25 %，SS去除率提高约10 %，废水处理效果良好，该种混凝剂具有良好的工业应用前景。
采煤应用
直接充填 采煤方法
利用工作面 采空区 处置煤矸石的充填采煤方法，既可以减少煤矿固体废弃物排放，又可以减轻开采沉陷灾害、提高 矿井 资源回收率，是实现煤矿绿色开采的关键技术途径之一，目前，已经形成了矸石直接充填采煤的技术框架，其中包括综采矸石充填技术、普采矸石充填技术和掘巷充填技术等。
综采充填采煤方法
长壁综采是我国目前普遍应用于中厚及厚煤层开采、 机械化 程度高的采煤方法，综采充填采煤就是基于长壁综采而研发的。目前，此项采煤技术已成功应用于我国的 邢台市 、新汶等矿区。
普采充填 采煤方法
普采(或炮采)仍是我国目前应用普遍的采煤工艺，研究开发与长壁普采配套的高效矸石充填技术设备和工艺，对于全面推广矸石充填采煤技术至关重要。目前，此项采煤技术已成功应用于我国的新汶等矿区。
未来展望
煤矸石 资源化利用研究取得了很大的进展，但是其综合利用率仍不高，利用潜力巨大，后期的应用需要在对环境无害的基础上注重煤矸石耗量大和高附加值产品双向的开发利用，最终实现我国矿区煤矸石“零排放”，建设我国绿色生态的文明矿山。
1）进一步开展对煤矸石环境危害的持续研究，建立煤矸石对土壤、水、 大气污染 的实时监控体系，探索安全控制的技术途径。
2）煤矸石具有良好的路用性能，后期研究需加大对岩质煤矸石的加工工艺研究，加大煤矸石在 沥青 混凝土方面应用的研究力度，以期将煤矸石路用方面应用尽快产业化推广。
3） 煤矸石 富含SiO2、A12 臭氧 、 氧化铁 、CaO和碳等成分，这为其在化工方面应用提供了基础。
然而，天然的煤矸石结构致密，必须先对其进行改性，提高煤矸石的活性。后期需要对煤矸石改性特别是 化学 改性方面作进一步研究。