煤矸石的性質(zhì)和分類？

【專家解說】：煤矸石的分類 對煤矸石的分類和命名不僅是煤矸石綜合利用的基礎(chǔ)工作，而且也是一項綜合性較強(qiáng)的工作。各地煤矸石成分復(fù)雜，物理化學(xué)性能各異，不同的煤矸石綜合利用的途徑對煤矸石的化學(xué)成分及物理化學(xué)特征要求也不一樣。為煤矸石進(jìn)行科學(xué)、合理的分類對推動煤矸石資源化利用具有十分重要的理論和實(shí)際意義，主要體現(xiàn)在最大限度地堆煤矸石進(jìn)行物盡其用、基于利用途徑對煤矸石進(jìn)行歸類堆放、為探索高附加值利用煤矸石技術(shù)途徑和其長遠(yuǎn)發(fā)展提供決策性依據(jù)。 關(guān)于煤矸石的分類命名，目前國內(nèi)外至今尚無系統(tǒng)、完整和統(tǒng)一的方案，多是不同研究者根據(jù)某些特征提出自己的分類標(biāo)準(zhǔn)。煤矸石的分類及命名方案很多，其中最簡單、最常用的是以煤矸石的產(chǎn)地來分類。煤炭生產(chǎn)部門則習(xí)慣用顏色來分類命名，如黑矸、灰矸、白矸、紅矸等；或根據(jù)矸石產(chǎn)出層位來分類命名，如頂板矸、夾石矸等。煤矸石常見的分類依據(jù)有按來源分類、按自然存在狀態(tài)分類、分級分類法以及按利用途徑分類法。 1、按來源分類 根據(jù)煤矸石的產(chǎn)出方式即來源可以將煤矸石分為洗矸、煤巷矸、巖巷矸、手選矸和剝離矸，有的研究中將自燃矸也作為按來源分類中的一類 （1）洗矸 從原煤洗選過程中排出的尾礦稱為洗矸。洗矸的排量集中,粒度較細(xì),熱值較高,黏土礦物含量較高,碳、硫和鐵的含量一般高于其他各類矸石。 （2）煤巷矸 煤礦在巷道掘進(jìn)過程中，凡是沿煤層的采、掘工程所排出的煤矸石，統(tǒng)稱煤巷矸。煤巷矸主要是由采動煤層的頂板、夾層與底板巖石組成，常有一定的含碳量及熱值，有時還含有共伴生礦產(chǎn)。 （3）巖巷矸 在煤礦建設(shè)與巖巷掘進(jìn)過程中，凡是不沿煤層掘進(jìn)的工程所排放出的煤矸石，統(tǒng)稱巖巷矸。巖巷矸所含巖石種類復(fù)雜，排出量較為集中，其含碳量較低或者不含碳，所以無熱值。 （4）手選礦 混在原煤中產(chǎn)出，在礦井地面或選煤廠由人工揀出的煤矸石稱為手選礦。手選礦具有一定的粒度，排量較少，主要來自所采煤層的夾矸，具有一定的熱值，與煤層共伴生的礦產(chǎn)業(yè)往往一同被揀出。 （5）剝離矸 煤礦在露天開采時，煤系上覆巖層被剝離而排出的巖石，統(tǒng)稱為剝離矸。其特點(diǎn)是所含巖石種類復(fù)雜，含碳量極低，一般無熱值，目前主要是用來回填采空區(qū)或填溝造地等，有些剝離矸還含有伴生礦產(chǎn)。 （6）自燃矸 自燃矸也稱為過火矸，是指堆積在矸石山上經(jīng)過自然后的煤矸石。這類矸石（渣）原巖以粉砂巖、泥巖與碳質(zhì)泥巖居多，自燃后除去了矸石中的部分或全部碳，其燒失量較低，顏色與煤矸石原巖中的化學(xué)組成有關(guān)，具有一定的火山灰活性和化學(xué)活性。 2、按自然存在狀態(tài)分類 在自然界中，煤矸石以新鮮矸石（風(fēng)化矸石）和自燃矸石兩種形態(tài)存在，這兩種矸石在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有很大的區(qū)別，因而其膠凝活性差異很大。 （1）新鮮矸石 （風(fēng)化矸石）是指經(jīng)過堆放，在自然條件下經(jīng)風(fēng)吹、雨淋，使塊狀結(jié)構(gòu)分解成粉末狀的煤矸石。該種煤矸石由于在地表下經(jīng)過若干年緩慢沉積，其結(jié)構(gòu)的晶型比較穩(wěn)定，其原子、離子、分子等質(zhì)點(diǎn)都按一定的規(guī)律有序排列，活性也很低或基本上沒有活性。 （2）自燃矸石是指經(jīng)過堆放，在一定條件下自行燃燒后的煤矸石。自燃矸石一般呈陶紅色，又稱紅矸。自燃矸石中碳的含量大大減少，氧化硅和氧化鋁的含量較未燃矸石明顯增加，與火山渣、浮石、粉煤灰等材料相似，也是一種火山灰質(zhì)材料。自燃矸石的礦物組成與未燃矸石相比有較大的差別，原有高嶺石、水云母等黏土類礦物經(jīng)過脫水、分解、高溫熔融及重結(jié)晶而形成新的物相，尤其生成的無定形SiO2和Al2O3，使自燃煤矸石具有一定的火山灰活性。 3、分級分類法 以上方法對煤矸石進(jìn)行分類只能反映煤矸石某一方面的特性，不利于煤矸石的綜合作用。歐洲各主要產(chǎn)煤國、美國、澳大利亞等國對煤矸石的綜合利用進(jìn)行了大量的研究，提出過多種分類方案，其中以前蘇聯(lián)的研究最具代表意義。他們按煤矸石的來源、特點(diǎn)、成分等不同指標(biāo)分等級列出分類符號，然后根據(jù)各種利用途徑對煤矸石質(zhì)量的要求，填入所需的分類符號。根據(jù)分類符號所規(guī)定的質(zhì)量要求，可以方便地選擇煤矸石的加工工藝和綜合利用途徑。 20世紀(jì)80年代以來，我國科技工作者針對我國的煤矸石情況進(jìn)行了較為深入的研究，同時借鑒國外的分類方法，提出了各種分類方案，并采用多級分類命名的方法，希望能夠充分反映煤矸石的物理化學(xué)以及巖石礦物學(xué)特征，以期為煤矸石的利用提供方便，其分類方法如下介紹。 （1）重慶煤炭研究所提出煤矸石的三級分類命名法，三級分別為矸類（產(chǎn)出名稱）、矸族（實(shí)用名稱）、矸巖（巖石名稱）。該方案首先按煤矸石的產(chǎn)出方式將其分為洗矸、煤巷矸、巖巷矸、手選矸和剝離矸五個類，最后按煤矸石的巖石類型劃分矸巖。 （2）中國礦業(yè)大學(xué)以徐州礦區(qū)煤矸石的研究為基礎(chǔ)，提出了華東地區(qū)煤矸石分類方案。該方案是以煤矸石在建材方面的利用為主要途徑的一種分類方案。分類指標(biāo)為巖石類型、含鋁量、含鐵量和含鈣量，四個指標(biāo)均分為四個等級，除巖石類型以筆畫順序排等級外，其他三個指標(biāo)都以含量多少排等級，以阿拉伯?dāng)?shù)字表示等級次序。然后以巖石類型等級序號為千位數(shù)字，依次與其他三個指標(biāo)的等級序號組成一個四位數(shù)，作為煤矸石分類代號。 4、按利用途徑分類 分級分類方法雖然能比較全面的反映煤矸石的相關(guān)特征，但該方法過于復(fù)雜。鑒于煤矸石活性與煤矸石所含黏土礦物種類以及數(shù)量相關(guān)，便于煤矸石建材資源化利用，有些人層建議按煤矸石黏土礦物組成和數(shù)量對煤矸石進(jìn)行分類，按煤矸石中高嶺土、蒙脫土和伊利石含量多少將煤矸石分為高嶺土質(zhì)矸石、蒙脫土質(zhì)矸石、伊利石質(zhì)矸石和其他矸石，其他矸石是指所含黏土礦物總量小于10%的煤矸石。根據(jù)煤矸石主要利用途徑，一是作為原料，二是利用其熱值，結(jié)合煤矸石的礦物組成和碳含量，可以對煤矸石進(jìn)行一下分類。 煤矸石中的碳含量決定著煤矸石資源化利用的方向，根據(jù)固定碳含量將煤矸石劃分為四個等級；1級<4%（少碳的）、2級4%-6%（低碳的）、三級6%-20%（中碳的）和4級>20%（高碳的）。 根據(jù)煤矸石中的巖石礦物的組成特征可以將其分為高嶺石泥巖（高嶺石含量>50%）、伊利石泥巖（伊利石含量>50%）、碳質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖（或粉砂巖）、砂巖與石灰?guī)r。巖石礦物組成的差異必然導(dǎo)致化學(xué)組成存在差別，根據(jù)煤矸石中Al2O3含量和Al2O3/SiO2比值可以將煤矸石分為高鋁質(zhì)、黏土巖質(zhì)和砂巖質(zhì)矸石三大類。 盡管當(dāng)前煤矸石的分類方法很多，但尚未形成一個統(tǒng)一的、明確的分類及命名方案。只有對各地區(qū)的煤矸石物理、化學(xué)以及巖石礦物性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，建立起比較完備的煤矸石數(shù)據(jù)庫，才能基于煤矸石綜合利用來確定煤矸石的分類。從有利于煤矸石綜合利用，且分類簡單的方面來說，有些人認(rèn)為根據(jù)煤矸石的碳含量和礦物組成進(jìn)行分類是一種比較適合的分類方法。