我国富煤、贫油、少气，在碳达峰中适宜走煤炭托底的能源发展道路。煤炭开采、洗选过程中会产生煤矸石。煤矸石属于大宗工业固体废物，含有碳等有机物和无机硅酸盐、高岭土类矿物，若不加以综合利用，而是直接排放或充填回井，会浪费资源、侵占土地并造成大气、水体和土壤污染。

因此，探索煤矸石因地制宜的综合利用，对煤炭行业绿色、低碳和循环发展意义重大。

煤矸石是与煤系地层共生、低碳坚硬的灰黑色岩石，其含碳量由于产自不同煤层而有所差异，主要成分为Al2O3、SiO2，以石英、高岭石等形式存在，不同地区产出的煤矸石在组成上有所差异。其化学成分较为复杂，其中Hg、As、Cr、Cd、Tl、S等有害元素会在矸石山的堆积状态下通过自燃、淋滤过程氧化、酸化，导致重金属以硫酸盐的形式迁移到水和土壤环境中，对周围环境造成污染。此外，煤矸石中还含有正构烷烃和萘系物等致癌的有机组分。

煤矸石经妥善处理后可以达到相关标准，减少析出风险，作为环境友好材料进行使用，达到资源化再利用的目的。另外，适当的预处理可增加煤矸石的孔隙体积、比表面积等，对于污染物的去除效率有一定的提升。目前，煤矸石常用的预处理方法有酸洗、煅烧和改性等。

根据国家统计局数据，2021年，受国内下游需求加速增长和国际能源供求关系影响，我国原煤产量提升至41.3亿t，同比增长5.9%。根据《2021—2022年中国大宗工业固体废物综合利用产业发展报告》测算的数据，2021年煤矸石产生量约为7.43亿t，增长5.84%，增幅明显。

煤矸石用于水处理吸附剂

1、煤矸石对常规污染物的去除

污水处理中的常规污染物包括化学需氧量（COD）、生化需氧量、总氮、总磷、氨氮、硝氮等，这些常规污染物含量过高会导致水体富营养化、生物多样性降低等。煤矸石表面的SiO2、Al2O3等金属氧化物对磷酸盐均有一定的吸附能力，离子交换（磷酸根与氢氧根）在此吸附过程中起主导作用。虽然吸附效率和再生能力均低于活性炭，但煤矸石的生产价格比较低，市场前景比较光明。煤矸石对铵盐也有一定的去除效果，还有其他一些矿物或工业吸附剂也被应用于对常规污染物的吸附中，效益各不相同。

2、煤矸石对有机物的吸附

煤矸石对于有机污染物如苯酚、阳离子染料等具有一定的去除效果，可作为廉价吸附剂用于含有机物工业废水的处理。

3、煤矸石对重金属的吸附

煤矸石对于重金属如Ni、Pb、Cu、Cr等的吸附效果较为明显，煤矸石经高温焙烧后，有机质燃烧，微孔增多，吸附能力可显著提高。另外，煤矸石中一些组分（如Al2O3）由晶相变为非晶相，活性增强；掺入一定量的石灰石，其中含有的大量CaCO3高温分解为CaO，可促进煤矸石的活化，提高吸附能力；AlCl3具有较好的催化和脱水作用，Al3+也可促进絮凝作用。

煤矸石用于加工环保建筑材料及农业生产

煤矸石被分类为废石，具有一定的强度，十分适合作为骨料等建筑材料。

透水性建筑材料在“海绵城市”建设过程中被大量应用，可以使径流雨水通过自然下渗的方式渗入到地下，补充地下水，相比当前的硬化路面更有利于城市水循环，是一种环境友好型材料。

煤矸石制透水砖中国从20世纪60年代就开始用与黏土成分类似的煤矸石制砖，技术已相对成熟，制砖也成为煤矸石再利用的主要途径。煤矸石在高温下煅烧会将硫化物、氯化物和有机物等有害组分释放，用煤矸石可制备出合格的烧结砖且不会造成环境污染。

此外，在中国提出的“海绵城市”建设举措中，提倡修建透水路面，以解决城市内涝问题，大批透水砖应运而生，学者也开始研制将煤矸石作为骨料的透水砖。透水砖抗压强度会随透水性能的增强而减弱，可根据不同的需求，通过调整各要素参数，制备出不同性能的透水砖。

1、煤矸石制再生骨料

煤矸石自燃或人工燃烧后会具有一定的活性，通过控制它与CaO等胶结剂的掺量来生产不同种类的混凝土、水泥等，目前国内外正在积极研究可以提高煤矸石掺加量制再生骨料的方法。

煤矸石细骨料混凝土的性能良好，可用于公路铺设。同时煤矸石强度大，具有被应用为建筑材料的潜质。目前的研究探索了煤矸石作为混凝土、水泥原料的潜力。在环保型建筑材料领域中，除透水砖外，透水沥青、透水混凝土等同样可以将煤矸石作为原材料，节约成本，提高效益。

2、煤矸石用于土壤改良

煤矸石所含植物生长所需的微量元素比一般土壤高出2~10倍，且含有大量的碳质页岩、粉砂岩和有机质（含量一般在15%~25%），丰富的有机质为固氮、解磷、解钾等微生物提供适宜的生存环境，因此可用来制作微生物肥料，改良土壤土质，增加土壤肥力，促进植物生长。

3、煤矸石制肥料

煤矸石含有大量有机质（占约15%~40%），其含有的N、P、K是制作肥料的主要元素。煤矸石中的N含量是一般黄土的2.7~12.4倍，P含量也可高出1.4~2.94倍。

煤矸石对盐渍土有较好的改良效果。高硫煤矸石中的酸性官能团可释放H+，降低土壤pH，其中丰富的Ca、Mg等化学元素可与土壤进行阳离子交换，有效改善苏打盐化土由于Na+过量所导致的湿时膨胀、分散，干时板结、透水透气性差等特点。虽然煤矸石中含有会造成环境污染的有害元素，但含量基本低于相关国家标准，不会对土壤造成威胁。

4、煤矸石促进植物生长

煤矸石中含有16种植物生长所需微量元素，可有效促进植物生长。

煤矸石可增加土壤孔隙度，提高连通性、含水性，空气中的氧进入土壤和水中，促进好氧细菌和兼氧细菌的繁殖，分解有机物，丰富土壤腐殖质，促进植物生长。煤矸石对小白菜、苜蓿、三叶草和水稻的生长均有一定的促进效果，但同时也存在有害金属元素富集的风险。