1.1.1煤研石的來源

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

(1）原礦矸

巖石巷道掘進時產生的煤矸石，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、石灰巖等。

(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、碳質泥巖、粉砂巖、砂巖等。

(3)洗矸

煤炭分選或洗煤過程中產生的煤矸石，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，對煤矸石巖石類型、礦物、化學組成的要求也有所不同，因此有必要對煤矸石進行分類。|分類能對煤矸石的資源化再利用做出恰當的評價，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和量，消除人為堆積煤矸石造成的煤矸右質量和成分的混雜現象，為煤矸石綜合利用和長遠發展提供決策性依據，有利于指導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、化學組成和矸石中有用組分的品位及物理化學特征。

1.1.2.1煤矸石分類方法

由于各地煤矸石成分復雜，物理化學特性各異，加之不同的煤矸石加工利用方向對煤矸石的化學成分及物理化學特性要求不一樣。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

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

2）巖巷矸

煤礦在井巷掘進過程中所排出的矸石，統稱巖巷矸。這類矸石的特點是巖種雜，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過自燃的矸石統稱為自燃矸。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，可作為劣質燃料用。

5）手選矸

此類矸石是混在原煤中產出，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，一些與煤共生、伴生的礦產資源往往亦同時選出。

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。

(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、鈣質巖矸石和鋁質巖矸石等。

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%)、碳質頁巖、泥質頁巖及灰巖等。黏土巖矸石在煤矸石中占有相當大的比重。主要利用途徑為:高嶺石泥巖、伊利石泥巖多用于生產多孔燒結料、煤矸石磚、建筑陶瓷、含鋁精礦、硅鋁合金、道路建筑材料;砂質泥巖、砂巖多用于生產建筑工程用的碎石、混凝土密實集料;石灰巖多用于生產膠凝材料、建筑工程用的碎石、改良土壤用的石灰。碳質頁巖和碳質泥巖中，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物兩部分組成，以石英屑為主，其次是長石、云母礦物﹔膠結物一般為被碳質浸染的黏土礦物或含碳酸鹽的黏土礦物以及其他化學沉積物。按顆粒大小又可分為粗砂巖、細砂巖、粉砂巖等。

3）鈣質巖矸石

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巖，以白云石為主的稱為白云巖。在鈣質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，也可用于復墾采煤塌陷區和回填礦井采空區;三類煤矸石(發熱量2090～6270kJ/kg）可用于生產水泥、磚等建材制品;四類煤矸石發熱量較高(發熱量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%。當煤矸石中全硫含量達6%時應回收其中的硫精礦，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產品對煤矸石中硫含量的最高允許值。如用煤矸石作燃料時應采取相應除塵、脫硫措施，以減少煙塵和硫氧化物的污染，達到環保要求的標準。

(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是含鋁量高，含硅量相對較低。煤矸石礦物成分以高嶺石為主，有少量伊利石、石英。煤矸石質點粒徑小，可塑性好，具有膨脹現象。此時，煤矸石可考慮作為制高級陶瓷、分子篩的原料。

②鋁硅比在0.5～0.3之間，其特點是鋁、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，是因為在此分界線以上的煤矸石可作為生產聚合鋁的原料。

③鋁硅比≤0.3，煤矸石特點是硅含量比鋁含量相對高得多，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。質點粒徑大，可塑性差。

此外，煤矸石的灰熔點是煤矸石中鈣、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。在燒結磚瓦時要求使用中、低灰熔點的煤矸石;在制造耐火制品時應選擇高灰熔點的煤矸石。

1.1.2.2國家標準中煤研石的分類

國外有資料報道了對煤矸石的簡單分類工作，如將煤矸石分為未燃矸和燃矸等。前蘇聯對煤矸石分類是按煤矸石的來源、特征、成分等不同指標分等級列出的分類符號，然后根據煤矸石在工業利用方面的質量要求，填人所需要的分類符號，根據分類符號所規定的質量要求，就可以選擇煤矸石的加工工藝的。我國煤炭生產部門習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成分和物理化學特征，也不能根據這些分類方案提出煤矸石的加工利用方向。

20世紀80年代中期以來，我國科技工作者對煤矸石分類進行了廣泛研究，其代表性的主要有三級分類命名法、等級定量法、二級分類命名法三種方法。為促進煤矸石得到合理的資源化再利用，我國于2013年頒布實施了煤奸石分類國家標準(GB/T29162—2012)，該標準對煤矸石分類命名進行了詳細規定，使煤矸石的分類得以統一。

GB/T 29162—2012規定煤矸石分類名稱的冠名順序以全硫含量、灰分產率、灰成分分類依次排列。其編碼表示為×××或者×××(×)。第一位數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)﹔第二位數字表示煤矸石按灰分產率分類(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)﹔括號內數字表示煤矸石的鋁硅等級(1為1級鋁硅比，2為⒉級鋁硅比，3為3級鋁硅比)。

煤矸石的分類類別名讀寫按其編碼對應的分類名依次讀寫，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級鋁硅比)。