馮少杰
煤矸石是煤炭開采和洗選過程中產生的固體廢棄物，主要由碳質頁巖、泥巖、砂巖及煤炭等物質組成，具有含碳量低、比煤硬、干基灰分大于50%的特點。隨著全球煤炭產量的逐年增加，煤矸石的產量也呈現不斷上升的趨勢。我國作為煤炭生產大國，煤矸石的產生量巨大，長期大量堆積不僅占用大量土地資源，還會對大氣、水體和土壤造成嚴重污染，成為制約礦山生態修復的重大戰略問題。因此，實現煤矸石的資源化利用，減少其對環境的污染，提高資源利用率，對于推動煤炭行業的綠色、低碳和循環發展具有重要的現實意義。
(一)主要利用途徑
能源利用
據中研普華產業院研究報告《2024-2029年中國煤矸石資源化利用行業市場全景調研及投資價值評估研究報告》顯示，煤矸石在能源方面的利用與碳元素含量密切相關。高碳矸石的碳含量可達20%，此類矸石可用于鍋爐燃燒、發電以及煤制氣。煤矸石發電利用手段發展較早，早期采用鏈條爐機組，目前廣泛應用的循環流化床(CFB)發電技術提高了燃燒熱效率和發電效率。通過將低值煤矸石與高值燃料混合充當發電燃料，我國每年用作發電的煤矸石數量可觀，等同于節省了大量標準發電燃煤。此外，碳含量達20%—30%的矸石可滿足低熱鍋爐的燃燒要求，減少標準煤的使用。煤矸石制煤氣也是能源利用的一種方式，將煤矸石破碎篩分處理后進行熱解，產生氣體經收集凈化提純制得煤氣。
建筑材料
煤矸石在建筑材料領域的應用具有獨特優勢。其強度高、空隙率高且化學性能穩定，可用于燒結制磚、作為混凝土填料和環保新材料等。煤矸石制磚工藝成熟，可生產實心矸石磚、多孔承重矸石磚和空心矸石磚等，產品具有較高的機械強度、良好的保溫性能和抗震性能。煤矸石與黏土類礦物化學成分相似、替代性強，可代替部分黏土生產水泥，直接作為水泥熟料生產的原料或替代燃料，燃燒后產生的灰渣直接固化在熟料顆粒中，實現100%綜合利用。同時，煤矸石還可替代混凝土基料，緩解砂石資源不足的問題。
工程填料
煤矸石作為工程填料，包括筑路、造地復墾、回填采空區和塌陷區等，是煤矸石綜合利用的重要途徑。煤矸石筑路不需要增加成本且用量大，能給煤礦帶來較好的經濟效益。交通運輸部發布的《大宗固廢筑路技術指南》明確矸石可用于高速公路底基層，壓實度達到一定標準。利用煤矸石回填采空區和塌陷區，可有效減少地表塌陷，改善礦區生態環境。例如，安徽省部分煤礦早在20世紀70年代就開展了利用煤矸石充填塌陷區造地的實踐。
化工產品
煤矸石中含有多種元素，特別是稀有元素，其化工用途廣泛。一是通過不同方法提取煤矸石中的稀有元素，如鎵、硒、鈦、鈷等;二是回收煤矸石中的有益礦產品，如高嶺土、硫鐵礦等;三是生產含硅、鋁、硫等無機化工產品，如合成碳化硅、制備分子篩、制取白炭黑、聚合氧化鋁、硅鋁鐵合金等。用煤矸石生產化工產品可解決傳統技術不足，實現資源化再利用，是煤矸石重要的高值化利用途徑。
農業領域
利用煤矸石生產有機復合肥、微生物肥料或土壤改良劑在農業領域具有一定的應用潛力。煤矸石含有較豐富的有機碳和農作物生長所必需的微量元素，如鋅、銅、鈷、鉬、錳等。施入土壤后，可增加土壤中的有機質含量，滿足農作物生長期對微量元素的需要，改善土壤質量，促進農作物生長。
(二)技術發展水平
能源利用技術
在煤矸石發電方面，循環流化床發電技術得到了廣泛應用和發展。該技術通過將煤矸石粉末進入循環流化床后與上升氣流相互作用充分混合，提高了燃燒熱效率和發電效率。同時，針對煤矸石熱值較低的特點，研究人員開展了“低熱值煤+矸石”耦合發電技術的研究，通過合理配比低熱值煤和煤矸石，提高了發電的經濟性和穩定性。在煤矸石制煤氣方面，熱解技術不斷改進，提高了煤氣的產量和質量。
建筑材料技術
煤矸石制磚技術不斷成熟，全煤矸石燒結磚技術裝備達到國際先進水平。研究人員通過優化原料配方、改進成型工藝和燒成制度，提高了煤矸石磚的質量和性能。在煤矸石生產水泥方面，國內外仍在研究如何充分激發煤矸石的水泥化活性以提高其摻加量。同時，煤矸石作為混凝土填料的研究也在不斷深入，通過研究煤矸石細骨料置換率、養護時間和水灰比等因素對混凝土性能的影響，確定了最佳的細骨料置換率。
元素回收技術
從煤矸石中回收元素的技術難度較高，但近年來取得了一定的進展。例如，從高鋁矸石中回收氧化鋁的方法有酸溶法、堿石灰燒結法和石灰石燒結法等。在回收稀土元素、鎵元素和硒元素等方面，也開展了相關的研究工作，通過破碎研磨溶解等技術手段提取煤矸石中的有價值元素。
(三)政策環境
國家高度重視煤矸石的綜合利用和環境保護工作，出臺了一系列政策文件。例如，《節能降碳中央預算內投資專項管理辦法》明確支持煤矸石等固體廢棄物的綜合利用，并提供相應的資金補貼。政府還制定了煤矸石資源化利用行業的標準和監管要求，規范了市場秩序，提升了行業形象。此外，國家能源局發布的《煤矸石綜合利用發電2025行動計劃》要求提高煤矸石及低熱值煤發電裝機容量和年運行小時數;生態環境部發布的《“無廢城市”建設指標體系》對煤矸石產消平衡提出了要求;自然資源部發布的《礦山生態修復“十四五”行動計劃》明確啟動矸石山生態修復項目，并提供中央資金補助。
(一)企業競爭態勢
大型企業主導
在煤矸石資源化利用行業，大型企業憑借資金、技術和規模優勢占據主導地位。例如，陜煤集團成立了固廢綜合利用中心，規劃了多個固廢綜合利用產業園，設計了煤矸石制陶粒、煤矸石制巖板等項目，實現了集團固體廢物內循環。山東創聯建材有限公司利用當地豐富的煤矸石制磚和制砂，并通過余熱利用和產業聯動模式，取得了可觀的經濟和社會效益。
中小企業參與
眾多中小企業也積極參與煤矸石資源化利用行業，主要集中在煤矸石制磚、筑路等傳統領域。這些企業規模較小，技術水平和資金實力相對較弱，但在滿足當地市場需求方面發揮了一定作用。然而，由于市場競爭激烈，部分中小企業面臨著生存壓力。
(二)區域競爭差異
中西部地區
我國煤矸石主要產地集中在中西部及西北地區，這些地區煤矸石產量占全國總產量的比例較高。在中西部地區，煤矸石集中度高，但下游建材市場需求不足，資源化利用多以制備燒結磚為主，市場需求相對單一。不過，一些地區和企業通過開展頂層規劃，加快項目布局，形成了具有區域特色的煤矸石綜合利用路徑。例如，山西省懷仁縣積極布局煤系高嶺土新型煅燒工藝開發與關鍵設備產業化，建設了多個處理規模大、技術含量高的煅燒高嶺土項目。
東部地區
在礦產資源匱乏的東部地區，煤矸石產生量較少，但綜合利用率高，技術發展快。煤矸石在東部地區常被用來生產水泥、磚瓦等建筑材料，以及制備裝配式建筑材料、免燒陶粒、陶瓷等建材制品。由于煤矸石作為一種稀缺資源，其綜合利用產業的經濟效益得到充分體現。然而，若將中西部地區的煤矸石運至東部地區，運輸成本過高，經濟價值較低。
(一)技術創新方向
高效能源利用技術
未來，煤矸石能源利用技術將朝著提高能源轉換效率和降低環境污染的方向發展。例如，研發更加高效的循環流化床發電技術和煤矸石制煤氣技術，提高煤矸石的燃燒效率和氣體的產率。同時，探索煤矸石與其他低熱值燃料的協同利用技術，實現能源的最大化利用。
高值化利用技術
在煤矸石高值化利用方面，將加大對元素回收和化工產品生產技術的研發力度。通過改進提取工藝，降低元素回收成本，提高元素的回收率和純度。在化工產品生產方面，開發具有更高附加值的產品，如高性能陶瓷材料、新型功能材料等。
綠色環保技術
隨著環保要求的不斷提高，煤矸石資源化利用過程中的綠色環保技術將成為研發重點。例如，研發低污染、低能耗的煤矸石處理技術，減少處理過程中二氧化硫、氮氧化物等有害氣體和粉塵的排放。同時，加強對煤矸石堆存場地的生態修復技術研究，降低煤矸石對環境的長期影響。
(二)市場需求變化
建筑材料需求持續增長
隨著城市化進程和基礎設施建設的持續推進，對煤矸石作為建筑材料和路基材料的需求將持續增長。特別是在新型城鎮化和鄉村振興戰略的實施下，對高品質建筑材料的需求將不斷增加，為煤矸石在建筑材料領域的應用提供了廣闊的市場空間。
能源利用需求調整
在未來“雙碳”目標的推進下，新增燃煤發電機組的裝機量將有效壓減，煤矸石發電的市場需求可能會受到一定影響。然而，隨著能源結構的調整和清潔能源的發展，煤矸石作為一種低熱值燃料，在分布式能源和綜合能源系統中的應用可能會增加。
高值化產品需求興起
隨著科技的不斷進步和市場對高附加值產品的需求增加，煤矸石高值化利用產品的市場需求將逐漸興起。例如，利用煤矸石生產的高性能陶瓷材料、新型功能材料等將在電子、航天、環保等領域得到廣泛應用。
(三)政策導向影響
政策支持力度加大
國家將繼續加大對煤矸石資源化利用行業的政策支持力度，出臺更多的優惠政策和補貼措施。例如，進一步擴大中央預算內投資對煤矸石綜合利用項目的支持范圍，提高補貼標準。同時，地方政府也將結合本地實際情況，制定相應的配套政策，促進煤矸石資源化利用產業的發展。
環保要求更加嚴格
隨著全球對環境保護和可持續發展的重視日益增強，煤矸石行業將面臨更高的環保要求。政府將加強對煤矸石資源化利用企業的環保監管，加大對違規排放行為的處罰力度。企業需要加大環保投入，提高煤矸石的綜合利用效率和環保水平，實現綠色發展。
標準規范不斷完善
為了規范煤矸石資源化利用市場，政府將不斷完善相關標準和規范。制定更加嚴格的煤矸石產品質量標準、生產工藝標準和環保排放標準，引導企業提高產品質量和技術水平。同時，加強對煤矸石資源化利用項目的審批和監管，確保項目符合國家和地方的相關要求。
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