煤矸石特性决定利用途径，那么煤矸石有哪些性质和分类?

对煤矸石的分类和命名不仅是煤矸石综合利 用的基础工作，而且也是一项综合性较强的工作。 各地煤矸石成分复杂，物理化学性能各异，不同的 煤矸石综合利用的途径对煤矸石的化学成分及物 理化学特征要求也不一样。为煤矸石进行科学、合理的分类对推动煤矸石资源化利用具有十分重要的理论和实际意义，主要体现在最大限度地堆煤石进行物尽其用、基于利用途径对煤矸石进行 归类堆放、为探索高附加值利用煤矸石技术途径和其长远发展提供决策性依据。

关于煤矸石的分类命名，目前国内外至今尚 无系统、完整和统一的方案，多是不同研究者根据 某些特征提出自己的分类标准。煤矸石的分类及 命名方案很多，其中最简单、最常用的是以煤矸石 的产地来分类。煤炭生产部门则习惯用颜色来分 类命名，如黑矸、灰矸、白矸、红矸等；或根据矸石产出层位来分类命名，如顶板矸、夹石矸等。煤矸石常见的分类依据有按来源分类、按自然存在 状态分类、分级分类法以及按利用途径分类法。

1按来源分类

根据煤矸石的产出方式即来源可以将煤矸石分 为洗矸、煤巷矸、岩巷矸、手选矸和剥离矸，有的研 究中将自燃矸也作为按来源分类中的一类。

 (1)洗矸  从原煤洗选过程中排出的尾矿称为洗矸。洗矸的排量集中,粒度较细,热值较高,黏土矿物含量较高,碳、硫和铁的含量一般高于其他各类矸石。

(2)煤巷矸煤矿在巷道掘进过程中,凡是沿煤层的采、掘工程所排出的煤矸石,统称煤巷矸。煤巷矸主要是由采动煤层的顶板、夹层与底板岩石组成,常有一定的含碳量及热值,有时还含有共伴生矿产。

(3)岩巷矸在煤矿建设与岩巷掘进过程中,凡是不沿煤层掘进的工程所排放出的煤矸石,统称岩巷矸。岩巷矸所含岩石种类复杂,排出量较为集中,其含碳量较低或者不含碳,所以无热值。

(4)手选矿混在原煤中产出,在矿井地面或选煤厂由人工拣出的煤矸石称为手选矿。手选矿具有一定的粒度,排量较少,主要来自所采煤层的夹矸,具有一定的热值,与煤层共伴生的矿产业往往同被拣出。

(5)剥离矸煤矿在露天开采时,煤系上覆岩层被剥离而排出的岩石,统称为剥离矸。其特点是所含岩石种类复杂,含碳量极低,一般无热值,目前主要是用来回填采空区或填沟造地等,有些剥离矸还含有伴生矿产。

(6)自燃矸自燃矸也称为过火矸,是指堆积在矸石山上经过自然后的煤矸石。这类矸石(渣)原岩以粉砂岩、泥岩与碳质泥岩居多,自燃后除去了矸石中的部分或全部碳,其烧失量较低,颜色与煤石原岩中的化学组成有关,具有一定的火山灰活性和化学活性。

2按自然存在状态分类

在自然界中,煤矸石以新鲜矸石(风化矸石)和自燃矸石两种形态存在,这两种矸石在内部结构上有很大的区别,因而其胶凝活性差异很大。

(1)新鲜矸石(风化矸石)是指经过堆放在自然条件下经风吹、雨淋,使块状结构分解成粉末状的煤矸石。该种煤矸石由于在地表下经过若干年缓慢沉积,其结构的晶型比较稳定,其原子离子、分子等质点都按一定的规律有序排列,活性也很低或基本上没有活性。

(2)自燃矸石是指经过堆放,在一定条件下自行燃烧后的煤矸石。自燃矸石一般呈陶红色,又称红矸。自燃矸石中碳的含量大大减少,氧化硅和氧化铝的含量较未燃矸石明显增加,与火山渣、浮石、粉煤灰等材料相似,也是一种火山灰质材料。自燃矸石的矿物组成与未燃矸石相比有较大的差别,原有高岭石、水云母等黏土类矿物经过脱水、分解、高温熔融及重结晶而形成新的物相,尤其生成的无定形Si0₂和A1₂O₃,使自燃煤矸石具有定的火山灰活性。

3分级分类法

以上方法对煤矸石进行分类只能反映煤矸石某一方面的特性,不利于煤矸石的综合作用。欧洲各主要产煤国、美国、澳大利亚等国对煤矸石的综合利用进行了大量的研究,提出过多种分类方案其中以前苏联的研究最具代表意义。他们按煤矸石来源、特点、成分等不同指标分等级列出分类符号,然后根据各种利用途径对煤矸石质量的要求,填入所需的分类符号。根据分类符号所规定的质量要求,可以方便地选择煤研石的加工工艺和综合利用途径。

20世纪80年代以来,我国科技工作者针对我国的煤研石情况进行了较为深入的研究,同时借鉴国外的分类方法,提出了各种分类方案,并采用多级分类命名的方法,希望能够充分反映煤矸石的物理化学以及岩石矿物学特征,以期为煤矸石的利用提供方便,其分类方法如下介绍。

(1)重庆煤炭研究所提出煤矸石的三级分类命名法,三级分别为研类(产出名称)、矸族(实用名称)、研岩(岩石名称)。该方案首先按煤矸石的产出方式将其分为洗矸、煤巷矸、岩巷矸、手选矸和剥离矸五个类,最后按煤矸石的岩石类型划分矸岩。

(2)中国矿业大学以徐州矿区煤矸石的研究为基础,提出了华东地区煤矸石分类方案。该方案是以煤矸石在建材方面的利用为主要途径的一种分类方案。分类指标为岩石类型、含铝量、含铁量和含钙量,四个指标均分为四个等级,除岩石类型以笔画顺序排等级外,其他三个指标都以含量多少排等级,以阿拉伯数字表示等级次序。然后以岩石类型等级序号为千位数字,依次与其他三个指标的等级序号组成一个四位数,作为煤研石分类代号。

4按利用途径分类

分级分类方法虽然能比较全面的反映煤矸石的相关特征,但该方法过于复杂。鉴于煤矸石活性与煤研石所含黏土矿物种类以及数量相关,便于煤矸石建材资源化利用,有些人层建议按煤矸石结土矿物组成和数量对煤矸石进行分类,按煤研石中高岭土、蒙脱土和伊利石含量多少将煤研石分为高岭土质矸石、蒙脱土质矸石、伊利石质研石和其他研石,其他矸石是指所含黏士矿物总量小于10%的煤研石。根据煤矸石主要利用途径是作为原料,二是利用其热值,结合煤矸石的矿物组成和碳含量,可以对煤矸石进行一下分类。

煤矸石中的碳含量决定着煤矸石资源化利用的方向,根据固定碳含量将煤矸石划分为四个等级;1级<4%(少碳的)、2级4%-6%(低碳的)、三级6%-20%(中碳的)和4级>20%(高碳的)。

根据煤矸石中的岩石矿物的组成特征可以将其分为高岭石泥岩(高岭石含量>50%)伊利石泥岩(伊利石含量>50%)碳质泥岩、砂质泥岩(或粉砂岩)、砂岩与石灰岩。岩石矿物组成的差异必然导致化学组成存在差别,根据煤矸石中A203含量和A1203/Si02比值可以将煤石分为高铝质、黏土岩质和砂岩质矸石三大类。

尽管当前煤矸石的分类方法很多,但尚未形成一个统一的、明确的分类及命名方案。只有对各地区的煤矸石物理、化学以及岩石矿物性质进行系统的研究,建立起比较完备的煤矸石数据库,才能基于煤矸石综合利用来确定煤矸石的分类。从有利于煤矸石综合利用,且分类简单的方面来说有些人认为根据煤矸石的碳含量和矿物组成进行分类是一种比较适合的分类方法。摘至《墙材技术与装备》