煤是一种可燃的黑色或棕黑色沉积岩，主要由植物遗体经过生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成，富含碳、氢、氧、氮、硫等元素，是重要的能源和化工原料，发热量较高；煤矸石则是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是在成煤过程中与煤伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，碳含量低，一般在20%以下，其矿物成分主要是黏土矿物、石英和碳酸盐类，在能源利用价值上远不及煤，但可用于制作建筑材料、填充矿井等其他工业用途。

煤

煤主要由碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素组成，碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上，是非常重要的能源，也是冶金、化学工业的重要原料，有褐煤、烟煤、无烟煤、半无烟煤这几种分类。著名作家朱自清也曾以煤为标题写过一首诗，赋予其独特的象征意义。截至2011年，中国是世界上煤炭产量最大的国家，煤炭产量32.4亿吨，相当于18.004亿吨油当量，占世界比例高达48.3%；其次是美国，占世界产量比例为14.8%；排名第三的是澳大利亚，占世界产量比例为6.3%；印度和印尼则分别排名第四、五，占世界产量比例分别是5.8%和5.0%。

生成过程

在地表常温、常压下，由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用，转变成泥炭或腐泥；泥炭或腐泥被埋藏后，由于盆地基底下降而沉至地下深部，经成岩作用而转变成褐煤；当温度和压力逐渐增高，再经变质作用转变成烟煤至无烟煤。泥炭化作用是指高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。腐泥化作用是指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程。腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。冰川过程可能有助于成煤植物遗体汇集和保存。

化学组成

煤中有机质是复杂的高分子有机化合物，主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，煤中的无机质也含有少量的碳、氢、氧、硫等元素。碳是煤中最重要的组分，其含量随煤化程度的加深而增高。泥炭中碳含量为50%~60%，褐煤为60%~70%，烟煤为74%~92%，无烟煤为 90%~98%。煤中硫是最有害的化学成分。煤燃烧时，其中硫生成SO2，腐蚀金属设备，污染环境。煤中硫的含量可分为5级：高硫煤，大于4%；富硫煤，为2.5%~4%；中硫煤，为1.5%~2.5%；低硫煤，为1.0%~1.5%；特低硫煤，小于或等于1%。煤中硫又可分为有机硫和无机硫两大类。

伴生元素

指以有机或无机形态富集于煤层及其围岩中的元素。有些元素在煤中富集程度很高，可以形成工业性矿床，如富锗煤、富铀煤、富钒石煤等，其价值远高于煤本身。

根据煤中伴生元素的性质和用途，可分为有益元素、有害元素和指相元素3类。有益元素主要有锗、镓、铀、钒等可被利用；有害元素主要有硫、磷、氟、氯、砷、铍、铅、硼、镉、汞、硒、铬等。硫是煤中常见的有害成分，其他有害元素在煤中含量一般不高，但危害极大，如砷是一种有毒元素。煤在燃烧中，硫是造成城镇环境污染的主要物质源。当然，对有害元素如果收集、处理得当也可变成对人有用的财富。煤中伴生元素，有各自的地球化学性质，形成于不同的沉积环境中。因此，可根据元素的相对含量、元素的共生组合关系及元素的比值，来判断相和沉积环境。

主要产地

在各大陆、大洋岛屿都有煤分布，但煤在全球的分布很不均衡，各个国家煤的储量也很不相同。中国、美国、俄罗斯、德国是煤炭储量丰富的国家，也是世界上主要产煤国，其中中国是世界上煤产量最高的国家。

中国的煤炭资源在世界居于前列，仅次于美国和俄罗斯，主要煤炭基地有大同、神府、太原、晋东南、陕西、河南、兖州、两淮、贵州、黑龙江东部。

主要煤城有河北省的开滦、峰峰；山西省的大同、阳泉、西山；辽宁省的阜新；黑龙江省的鸡西、鹤岗；江苏省的徐州；安徽省的淮北、淮南；河南省的平顶山；山东的兖州。

主要分类

煤有褐煤、烟煤、无烟煤三类。煤的种类不同，其成分组成与质量不同，发热量也不相同。单位质量燃料燃烧时放出的热量称为发热量，规定凡能产生29.27MJ低位发热量的能源可折算为1公斤煤当量(标准煤)，并以此标准折算耗煤量。

多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发分40%左右，燃点低，容易着火，燃烧时上火快，火焰大，冒黑烟；含碳量与发热量较低(因产地煤级不同，发热量差异很大)，燃烧时间短，需经常加煤。

一般为粒状、小块状，也有粉状的，多呈黑色而有光泽，质地细致，含挥发分30%以上，燃点不太高，较易点燃；含碳量与发热量较高，燃烧时上火快，火焰长，有大量黑烟，燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃烧时易结渣。

有粉状和小块状两种，呈黑色有金属光泽而发亮。杂质少，质地紧密，固定碳含量高，可达80%以上；挥发分含量低，在10%以下，燃点高，不易着火；但发热量高，刚燃烧时上火慢，火上来后比较大，火力强，火焰短，冒烟少，燃烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。应掺入适量煤土烧用，以减轻火力强度。

碳化程度最浅，含碳量少，水分多，Mar可高达90%，所以需要露天风干后使用;泥煤的灰分很容易熔化，发热量低，挥发分含量很多，因此极易着火燃烧。

泥煤可燃性好，很容易着火燃烧，反应性强，含硫量低，灰分熔点低，但机械强度较低。因此，泥煤在工业上使用价值不高，更不宜长途运输，一般只作为地方性燃料使用。根据其岩石结构不同分类，可以分为烛煤、丝炭、暗煤、亮煤和镜煤。含有95%以上镜质体的为镜煤，煤表面光亮，结构坚实，含有镜质体和亮质体的为亮煤，含粗粒体的为暗煤，含丝质体的为丝炭，由许多小孢子形成的微粒体组成的为烛煤。

主要用途

煤炭作为重要的能源和工业原料，其用途广泛，主要体现在一下几个方面：

电力行业：煤炭石火力发电的主要原料，通过燃烧产生蒸汽驱动涡轮机发电，占全国煤炭消费量的50%以上。

供热与取暖：北方地区供暖大量使用煤炭，尤其在几种供热系统不完善的区域，煤炭是主要热源。

钢铁行业：炼铁高炉需用焦炭（煤炭干馏产物）提供还原剂和热量，每吨生铁需消耗0.4吨焦炭。

建材行业：水泥生产用煤炭作为燃料，玻璃制造用煤炭提供高温熔化原料，陶瓷制造也依赖煤炭。

化工行业：通过煤炭气化、液化可生产合成氨、甲醇、烯烃等基础化工原料。

选别方法

①　跳汰选煤：在垂直脉动的介质流中，使煤和矸石按密度差异分层，然后分别排出。适用于处理易选和中等可选性的煤，对粗粒煤的分选效果较好。

②　重介质选煤：利用密度介于煤和矸石之间的重介质悬浮液，使煤和矸石在其中按密度分离。分选精度高，能有效处理难选煤，对不同粒度的煤都有较好的分选效果。

③　摇床选煤：利用摇床的不对称往复运动和薄层斜面水流的作用，使煤和矸石按密度和粒度差异进行分选。常用于处理细粒煤。

基于煤和矸石表面润湿性的差异，向矿浆中加入浮选药剂，使煤粒表面疏水并附着于气泡上，上浮成为精煤，矸石等杂质则留在矿浆中成为尾煤。主要用于细粒煤的分选。

包括风力选煤和空气重介质流化床选煤等。风力选煤是利用空气流作为分选介质，按煤和矸石的密度、粒度等特性进行分选；空气重介质流化床选煤是在气固流化床中，利用加重质形成的稳定密度场实现煤与矸石的分离。干法选煤适用于干旱缺水地区，可减少水资源的消耗和环境污染。

煤矸石

在煤炭开采与洗选过程中，有一种常被忽视的固体废弃物 —— 煤矸石。它曾因大量堆积带来诸多环境问题而被视作“工业废料”，但随着科技的进步，其蕴含的潜在价值逐渐被挖掘，正在经历从“废”到“宝”的华丽蜕变。

煤矸石主要由碳质页岩、碳质砂岩、砂岩、页岩、黏土等岩石组成，是煤层的“伴生品”。在漫长的地质历史时期，煤层形成过程中，这些岩石作为夹矸、顶底板岩石或伴生岩石，在煤炭开采时一同被挖掘出来。其外观颜色多为黑色或灰色，质地坚硬，与煤炭相比，煤矸石的发热量极低，难以像煤炭那样直接作为燃料使用，这也是它长期不受重视的关键原因。

过去，煤矸石的无序堆积给环境带来了沉重压力。从土地资源角度看，每万吨煤矸石大约占地1亩，大量煤矸石堆积如山，侵占了宝贵的土地资源，还破坏了地表植被和生态平衡。在大气环境方面，煤矸石堆放过程中容易发生自燃现象，一旦自燃，便会释放出二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有害气体，是造成大气污染的 “隐形推手”。此外，煤矸石中含有的重金属和有害物质，会随着雨水渗透到土壤和水体中，导致土壤板结、肥力下降，水体富营养化，对周边生态环境和居民健康构成严重威胁。

但如今，科技的进步赋予了煤矸石“新生”。在建筑材料领域，煤矸石大显身手。经过粉碎、煅烧等一系列加工处理，它可以摇身一变，成为性能优良的矸石砖、水泥、陶粒等。以矸石砖为例，其不仅强度高，而且保温性能出色，生产成本还低于传统黏土砖，既节省了土地资源，又实现了废弃物的再利用；在能源领域，煤矸石发电成为重要的利用方向。通过将煤矸石与煤按一定比例混合燃烧，能有效提高能源利用率，减少煤炭消耗，并且燃烧产生的废渣还能进一步用于生产建筑材料，形成资源循环利用的良好模式；在化工领域，煤矸石中含有的硅、铝等元素，使其成为提取化工原料的潜在宝库。经过复杂的化学反应，可从煤矸石中提取氧化铝、二氧化硅等物质，用于生产陶瓷、橡胶、塑料等产品。

此外，在生态修复方面，煤矸石也发挥着独特作用。在煤矿塌陷区等生态受损区域，煤矸石被用于土地复垦，通过合理的填埋和覆土作业，可逐步恢复土地的耕种和绿化功能，助力生态环境的改善。

选别方法

煤矸石中常含有一些磁性矿物，如黄铁矿等。利用磁选设备可以将这些磁性矿物与非磁性的煤矸石分离，达到富集有用矿物或降低煤矸石中杂质含量的目的。

与选煤中的浮选原理类似，对于一些含有可浮性较好的矿物（如高岭土等）的煤矸石，可通过浮选方法将其与其他杂质分离。

通过X射线探测矿石大小、厚度、密度等特征值和相关组分的元素、原子序列对X射线反应差异性，从而实现高效的矿废分离。

对于一些含有特殊成分的煤矸石，如含有较高含量的铝、铁等元素，可采用化学选矿方法，通过酸浸、碱浸等工艺，使有用成分溶解出来，再经过后续的分离、提纯等步骤，实现有用成分的回收利用。

现场案例