煤是一種可燃的黑色或棕黑色沉積巖，主要由植物遺體經過生物化學作用，埋藏后再經地質作用轉變而成，富含碳、氫、氧、氮、硫等元素，是重要的能源和化工原料，發熱量較高；煤矸石則是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是在成煤過程中與煤伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石，碳含量低，一般在20%以下，其礦物成分主要是黏土礦物、石英和碳酸鹽類，在能源利用價值上遠不及煤，但可用于制作建筑材料、填充礦井等其他工業用途。

煤

煤主要由碳、氫、氧、氮、硫、磷等元素組成，碳、氫、氧三者總和約占有機質的95%以上，是非常重要的能源，也是冶金、化學工業的重要原料，有褐煤、煙煤、無煙煤、半無煙煤這幾種分類。著名作家朱自清也曾以煤為標題寫過一首詩，賦予其獨特的象征意義。截至2011年，中國是世界上煤炭產量最大的國家，煤炭產量32.4億噸，相當于18.004億噸油當量，占世界比例高達48.3%；其次是美國，占世界產量比例為14.8%；排名第三的是澳大利亞，占世界產量比例為6.3%；印度和印尼則分別排名第四、五，占世界產量比例分別是5.8%和5.0%。

生成過程

在地表常溫、常壓下，由堆積在停滯水體中的植物遺體經泥炭化作用或腐泥化作用，轉變成泥炭或腐泥；泥炭或腐泥被埋藏后，由于盆地基底下降而沉至地下深部，經成巖作用而轉變成褐煤；當溫度和壓力逐漸增高，再經變質作用轉變成煙煤至無煙煤。泥炭化作用是指高等植物遺體在沼澤中堆積經生物化學變化轉變成泥炭的過程。腐泥化作用是指低等生物遺體在沼澤中經生物化學變化轉變成腐泥的過程。腐泥是一種富含水和瀝青質的淤泥狀物質。冰川過程可能有助于成煤植物遺體匯集和保存。

化學組成

煤中有機質是復雜的高分子有機化合物，主要由碳、氫、氧、氮、硫和磷等元素組成，煤中的無機質也含有少量的碳、氫、氧、硫等元素。碳是煤中最重要的組分，其含量隨煤化程度的加深而增高。泥炭中碳含量為50%~60%，褐煤為60%~70%，煙煤為74%~92%，無煙煤為 90%~98%。煤中硫是最有害的化學成分。煤燃燒時，其中硫生成SO2，腐蝕金屬設備，污染環境。煤中硫的含量可分為5級：高硫煤，大于4%；富硫煤，為2.5%~4%；中硫煤，為1.5%~2.5%；低硫煤，為1.0%~1.5%；特低硫煤，小于或等于1%。煤中硫又可分為有機硫和無機硫兩大類。

伴生元素

指以有機或無機形態富集于煤層及其圍巖中的元素。有些元素在煤中富集程度很高，可以形成工業性礦床，如富鍺煤、富鈾煤、富釩石煤等，其價值遠高于煤本身。

根據煤中伴生元素的性質和用途，可分為有益元素、有害元素和指相元素3類。有益元素主要有鍺、鎵、鈾、釩等可被利用；有害元素主要有硫、磷、氟、氯、砷、鈹、鉛、硼、鎘、汞、硒、鉻等。硫是煤中常見的有害成分，其他有害元素在煤中含量一般不高，但危害極大，如砷是一種有毒元素。煤在燃燒中，硫是造成城鎮環境污染的主要物質源。當然，對有害元素如果收集、處理得當也可變成對人有用的財富。煤中伴生元素，有各自的地球化學性質，形成于不同的沉積環境中。因此，可根據元素的相對含量、元素的共生組合關系及元素的比值，來判斷相和沉積環境。

主要產地

在各大陸、大洋島嶼都有煤分布，但煤在全球的分布很不均衡，各個國家煤的儲量也很不相同。中國、美國、俄羅斯、德國是煤炭儲量豐富的國家，也是世界上主要產煤國，其中中國是世界上煤產量最高的國家。

中國的煤炭資源在世界居于前列，僅次于美國和俄羅斯，主要煤炭基地有大同、神府、太原、晉東南、陜西、河南、兗州、兩淮、貴州、黑龍江東部。

主要煤城有河北省的開灤、峰峰；山西省的大同、陽泉、西山；遼寧省的阜新；黑龍江省的雞西、鶴崗；江蘇省的徐州；安徽省的淮北、淮南；河南省的平頂山；山東的兗州。

主要分類

煤有褐煤、煙煤、無煙煤三類。煤的種類不同，其成分組成與質量不同，發熱量也不相同。單位質量燃料燃燒時放出的熱量稱為發熱量，規定凡能產生29.27MJ低位發熱量的能源可折算為1公斤煤當量(標準煤)，并以此標準折算耗煤量。

多為塊狀，呈黑褐色，光澤暗，質地疏松；含揮發分40%左右，燃點低，容易著火，燃燒時上火快，火焰大，冒黑煙；含碳量與發熱量較低(因產地煤級不同，發熱量差異很大)，燃燒時間短，需經常加煤。

一般為粒狀、小塊狀，也有粉狀的，多呈黑色而有光澤，質地細致，含揮發分30%以上，燃點不太高，較易點燃；含碳量與發熱量較高，燃燒時上火快，火焰長，有大量黑煙，燃燒時間較長；大多數煙煤有粘性，燃燒時易結渣。

有粉狀和小塊狀兩種，呈黑色有金屬光澤而發亮。雜質少，質地緊密，固定碳含量高，可達80%以上；揮發分含量低，在10%以下，燃點高，不易著火；但發熱量高，剛燃燒時上火慢，火上來后比較大，火力強，火焰短，冒煙少，燃燒時間長，粘結性弱，燃燒時不易結渣。應摻入適量煤土燒用，以減輕火力強度。

碳化程度最淺，含碳量少，水分多，Mar可高達90%，所以需要露天風干后使用;泥煤的灰分很容易熔化，發熱量低，揮發分含量很多，因此極易著火燃燒。

泥煤可燃性好，很容易著火燃燒，反應性強，含硫量低，灰分熔點低，但機械強度較低。因此，泥煤在工業上使用價值不高，更不宜長途運輸，一般只作為地方性燃料使用。根據其巖石結構不同分類，可以分為燭煤、絲炭、暗煤、亮煤和鏡煤。含有95%以上鏡質體的為鏡煤，煤表面光亮，結構堅實，含有鏡質體和亮質體的為亮煤，含粗粒體的為暗煤，含絲質體的為絲炭，由許多小孢子形成的微粒體組成的為燭煤。

主要用途

煤炭作為重要的能源和工業原料，其用途廣泛，主要體現在一下幾個方面：

電力行業：煤炭石火力發電的主要原料，通過燃燒產生蒸汽驅動渦輪機發電，占全國煤炭消費量的50%以上。

供熱與取暖：北方地區供暖大量使用煤炭，尤其在幾種供熱系統不完善的區域，煤炭是主要熱源。

鋼鐵行業：煉鐵高爐需用焦炭（煤炭干餾產物）提供還原劑和熱量，每噸生鐵需消耗0.4噸焦炭。

建材行業：水泥生產用煤炭作為燃料，玻璃制造用煤炭提供高溫熔化原料，陶瓷制造也依賴煤炭。

化工行業：通過煤炭氣化、液化可生產合成氨、甲醇、烯烴等基礎化工原料。

選別方法

①　跳汰選煤：在垂直脈動的介質流中，使煤和矸石按密度差異分層，然后分別排出。適用于處理易選和中等可選性的煤，對粗粒煤的分選效果較好。

②　重介質選煤：利用密度介于煤和矸石之間的重介質懸浮液，使煤和矸石在其中按密度分離。分選精度高，能有效處理難選煤，對不同粒度的煤都有較好的分選效果。

③　搖床選煤：利用搖床的不對稱往復運動和薄層斜面水流的作用，使煤和矸石按密度和粒度差異進行分選。常用于處理細粒煤。

基于煤和矸石表面潤濕性的差異，向礦漿中加入浮選藥劑，使煤粒表面疏水并附著于氣泡上，上浮成為精煤，矸石等雜質則留在礦漿中成為尾煤。主要用于細粒煤的分選。

包括風力選煤和空氣重介質流化床選煤等。風力選煤是利用空氣流作為分選介質，按煤和矸石的密度、粒度等特性進行分選；空氣重介質流化床選煤是在氣固流化床中，利用加重質形成的穩定密度場實現煤與矸石的分離。干法選煤適用于干旱缺水地區，可減少水資源的消耗和環境污染。

煤矸石

在煤炭開采與洗選過程中，有一種常被忽視的固體廢棄物 —— 煤矸石。它曾因大量堆積帶來諸多環境問題而被視作“工業廢料”，但隨著科技的進步，其蘊含的潛在價值逐漸被挖掘，正在經歷從“廢”到“寶”的華麗蛻變。

煤矸石主要由碳質頁巖、碳質砂巖、砂巖、頁巖、黏土等巖石組成，是煤層的“伴生品”。在漫長的地質歷史時期，煤層形成過程中，這些巖石作為夾矸、頂底板巖石或伴生巖石，在煤炭開采時一同被挖掘出來。其外觀顏色多為黑色或灰色，質地堅硬，與煤炭相比，煤矸石的發熱量極低，難以像煤炭那樣直接作為燃料使用，這也是它長期不受重視的關鍵原因。

過去，煤矸石的無序堆積給環境帶來了沉重壓力。從土地資源角度看，每萬噸煤矸石大約占地1畝，大量煤矸石堆積如山，侵占了寶貴的土地資源，還破壞了地表植被和生態平衡。在大氣環境方面，煤矸石堆放過程中容易發生自燃現象，一旦自燃，便會釋放出二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有害氣體，是造成大氣污染的 “隱形推手”。此外，煤矸石中含有的重金屬和有害物質，會隨著雨水滲透到土壤和水體中，導致土壤板結、肥力下降，水體富營養化，對周邊生態環境和居民健康構成嚴重威脅。

但如今，科技的進步賦予了煤矸石“新生”。在建筑材料領域，煤矸石大顯身手。經過粉碎、煅燒等一系列加工處理，它可以搖身一變，成為性能優良的矸石磚、水泥、陶粒等。以矸石磚為例，其不僅強度高，而且保溫性能出色，生產成本還低于傳統黏土磚，既節省了土地資源，又實現了廢棄物的再利用；在能源領域，煤矸石發電成為重要的利用方向。通過將煤矸石與煤按一定比例混合燃燒，能有效提高能源利用率，減少煤炭消耗，并且燃燒產生的廢渣還能進一步用于生產建筑材料，形成資源循環利用的良好模式；在化工領域，煤矸石中含有的硅、鋁等元素，使其成為提取化工原料的潛在寶庫。經過復雜的化學反應，可從煤矸石中提取氧化鋁、二氧化硅等物質，用于生產陶瓷、橡膠、塑料等產品。

此外，在生態修復方面，煤矸石也發揮著獨特作用。在煤礦塌陷區等生態受損區域，煤矸石被用于土地復墾，通過合理的填埋和覆土作業，可逐步恢復土地的耕種和綠化功能，助力生態環境的改善。

選別方法

煤矸石中常含有一些磁性礦物，如黃鐵礦等。利用磁選設備可以將這些磁性礦物與非磁性的煤矸石分離，達到富集有用礦物或降低煤矸石中雜質含量的目的。

與選煤中的浮選原理類似，對于一些含有可浮性較好的礦物（如高嶺土等）的煤矸石，可通過浮選方法將其與其他雜質分離。

通過X射線探測礦石大小、厚度、密度等特征值和相關組分的元素、原子序列對X射線反應差異性，從而實現高效的礦廢分離。

對于一些含有特殊成分的煤矸石，如含有較高含量的鋁、鐵等元素，可采用化學選礦方法，通過酸浸、堿浸等工藝，使有用成分溶解出來，再經過后續的分離、提純等步驟，實現有用成分的回收利用。

現場案例