我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭是国民经济领域不可缺少的产业，而且在相当长的时间内仍将保持旺盛的发展势头。煤矸石是煤炭开采、洗选过程中产生的废弃物，也是现阶段我国排放量最大的工业固体废弃物之一，被视为气、液、固三害俱全的“工业废料”。目前，我国煤矸石堆积总量已超过40亿吨，形成矸石山1 500多座，而且仍在逐年增长。大量堆积的煤矸石不仅污染水体和大气、占用耕地，还造成资源的流失和浪费。目前煤矸石主要用来制砖、发电、生产水泥，有的直接用于填埋和井下充填。
　　煤矸石含有平均质量分数25%的氧化铝，多年来一直是煤矸石资源高效利用的研究方向。根据氧化铝提取方式的不同，可以分为酸法、石灰石烧结法、碱石灰烧结法几种。由于煤矸石中的铝硅比低，难以采用成熟的烧结法和拜耳法工艺提取氧化铝，而较适合采用酸法工艺，与碱法相比，酸法提铝的优点在于不增加废弃物的量，可以生产系列氧化铝衍生产品。此外，煤矸石中还含有50%以上的氧化硅以及10%左右的氧化铁以及其他诸如钛、钙、镁氧化物矿物，总质量占到了煤矸石的70%以上，如果不进行资源和能源的综合利用，单纯提取氧化铝在技术上不完善，在经济上不具竞争力，在环保方面存在更难处理的二次废物。在此背景下，本文提出了一种煤矸石资源和能源高效利用的技术方法，经过基础研究和年处理5万吨煤矸石工业化试验，验证了技术经济可行性，本文对项目涉及的关键性理论和技术问题进行了探讨。
　　本项目完全自主设计、施工和建设，在山西柳林建成了年处理5万吨煤矸石工业试验生产线。目前已连续运行3个多月，生产出了质量合格的普通硫酸铝、无铁硫酸铝、无水硫酸铝、聚合硫酸铝铁、白炭黑、氧化铁红以及砖、加气混凝土等产品。试验结果验证了技术、经济指标，找出了设计过程的不足之处，进一步优化了工艺流程，为后续柳林县煤矸石综合利用工业园区的建设打下了良好的技术基础。
　　但不容回避的是：由于本项目工艺复杂，所涉及到的原料、中间产物和产品多，对技术、管理、操作、装备、控制等要求较高，在工业试验过程中，很多问题逐渐显露出来，因此，要实现本项目的大规模生产，就必须精心设计，博采众长，广泛吸取相关行业的先进技术和装备进行系统集成，才能达到预期效果。
　　就总体效果看，采用本技术方案，煤矸石中的能源和化学组成都得到了充分利用，大幅度减少了温室气体和废渣的排放量，提高了系统的经济效益，是一种新型的煤矸石绿色化和高附加值利用技术，竞争优势明显，可作为煤矸石资源合理利用的示范项目推广。
　　（作者单位：昆明理工大学化学工程学院 张召述、山西柳林森泽煤铝集团有限公司 娄东明、山西鑫秀工矿废渣利用有限公司 马海平）