煤矸石煅烧活化建材资源化利用技术是一种将煤炭开采和洗选过程中产生的固体废弃物——煤矸石，通过高温煅烧进行活化处理，使其转化为具有较高活性的材料，进而用于生产多种建筑材料的环保与资源化技术。

这项技术的核心在于利用煅烧改变煤矸石的物理化学性质，提升其反应活性，使其能够替代部分传统建材原料（如水泥熟料、粘土、骨料等），实现变废为宝、节能减排、保护环境的目标。

以下是该技术的关键环节和应用：

一、煅烧活化（核心技术）

1.目的：通过高温处理，使煤矸石中的主要矿物（高岭石、伊利石、石英等）发生分解、相变，生成具有潜在胶凝活性或火山灰活性的物质（如偏高岭土、无定形SiO₂和Al₂O₃）。

2.过程：

⑴.预处理：煤矸石需经过破碎、筛分、除杂（如去除未燃碳、黄铁矿等有害杂质）和粉磨，达到合适的粒度。

⑵.煅烧：在特定温度区间（通常在600°C - 900°C范围内，最佳温度取决于煤矸石的具体矿物组成）进行煅烧。温度控制是关键：

温度过低：活化不充分，活性低。

温度过高：矿物过度烧结、结晶化，活性反而下降（如生成莫来石、方石英等惰性晶体）。

⑶.冷却：煅烧后的物料需要快速冷却（如急冷），以保持其无定形态，从而获得较高的火山灰活性。

3.产物：煅烧活化后的产物称为煅烧煤矸石或煤矸石基胶凝材料/掺合料，其主要活性成分是无定形的硅铝酸盐。

二、资源化利用途径（建材应用）

煅烧活化后的煤矸石主要作为辅助性胶凝材料或功能性掺合料用于生产多种绿色建材：

1.水泥混合材/掺合料：

⑴.煅烧煤矸石可以部分替代水泥熟料（通常替代量在10%-30%），生产煅烧煤矸石水泥或作为混凝土的矿物掺合料。

⑵.作用：其火山灰活性使其能够与水泥水化产物氢氧化钙发生反应，生成具有胶凝性的水化硅酸钙和水化铝酸钙，提高混凝土的后期强度、改善耐久性（如抗硫酸盐侵蚀、降低氯离子渗透）、减少水化热、降低干缩。

⑶.优势：显著降低水泥生产能耗和CO₂排放（每吨水泥熟料生产约排放0.8-1吨CO₂）。

2.混凝土掺合料：

直接用作混凝土的矿物掺合料，功能与作为水泥混合材类似，改善混凝土性能，降低水泥用量。

3.墙体材料：

⑴.烧结砖/砌块： 煅烧活化后的煤矸石粉可作为主要原料或掺料生产烧结砖、空心砌块等。其自身的热值和胶凝性有助于降低烧成能耗和提高产品强度。

⑵.蒸压砖/砌块： 煅烧煤矸石粉与石灰、石膏等混合，通过蒸压养护（高压蒸汽）反应生成托贝莫来石等水热合成产物，生产高强度的蒸压砖或砌块（如煤矸石蒸压加气混凝土砌块）。

4.地质聚合物：

煅烧煤矸石富含活性硅铝组分，可作为前驱体材料，在强碱激发剂（如NaOH、水玻璃）作用下，反应生成具有三维网络结构的无机聚合物（地质聚合物）。地质聚合物具有快硬、早强、耐高温、耐腐蚀等优异性能，可用于特种工程材料、固废固化、耐火材料等。

5.轻骨料：

某些含碳量较高或特定成分的煤矸石，在高温煅烧（通常高于1000°C）时内部产生气体膨胀，可制成轻质多孔的陶粒，用作混凝土轻骨料或保温填充材料。

三、技术优势

1.大宗固废消纳：有效解决煤矸石大量堆存带来的土地占用、环境污染（扬尘、自燃、淋溶水污染土壤地下水）和安全隐患（滑坡、坍塌）问题。

2.资源节约：替代部分天然矿物原料（粘土、石灰石等）和水泥熟料，节约自然资源。

3.节能减排：降低水泥生产能耗和CO₂排放（减少熟料用量）；利用煤矸石自身残余热值（若含碳）；生产轻骨料可降低建筑自重和运输能耗。

4.改善建材性能：煅烧煤矸石作为掺合料可改善混凝土的耐久性、工作性（需水量可能增加，需优化）和长期性能。

5.经济效益：降低原材料成本（尤其对于矿区附近的建材企业），减少固废处置费用，创造新的经济价值。

四、技术挑战与注意事项

1.原料波动性：不同矿区、不同煤层、甚至不同批次的煤矸石成分（矿物组成、含碳量、硫含量、重金属含量等）差异很大，需要建立完善的原料预处理和均化系统，并针对性地优化煅烧工艺参数。

2.煅烧能耗与成本：煅烧过程本身需要消耗能量。需优化煅烧制度（温度、时间、气氛）、提高热效率（如利用余热）、降低粉磨能耗，并充分利用煤矸石自身的残余热值（如果含碳量较高）。

3.活性稳定性：确保煅烧后产品的火山灰活性稳定可控是关键。需要精确控制煅烧温度、时间和冷却速率。

4.有害物质控制：煤矸石中可能含有重金属、硫化物、未燃尽碳等有害杂质。煅烧过程需关注有害物质的迁移转化（如SOₓ、重金属挥发或固化）、尾气处理和产品浸出毒性达标问题。煅烧本身可以固化部分重金属。

5.标准规范：需要完善煅烧煤矸石作为建材原料或产品的相关国家标准、行业标准和应用技术规程，以规范生产和应用。

6.产品推广与应用技术：市场对新材料的接受度需要时间，需加强应用技术研究（如最佳掺量、对混凝土性能的影响规律、施工适应性等）和市场推广。

五、发展趋势

1.大型化、智能化煅烧装备：发展高效、低能耗、自动化程度高的回转窑、流化床炉等煅烧装备。

2.梯级利用与协同处置：探索煤矸石中残余热值、有价元素（如Al、Ga、Li等）的提取与建材利用的耦合技术。

3.化学活化协同：研究煅烧活化与化学激发（碱激发、硫酸盐激发等）相结合，进一步提高活性和拓宽应用范围（如地质聚合物）。

4.高附加值产品开发：开发高性能混凝土掺合料、特种功能建材（如防火涂料、保温材料）等高附加值产品。

5.全生命周期评价：系统评估该技术路线的环境效益（碳足迹、资源消耗）和经济效益。

六、总结

煤矸石煅烧活化建材资源化利用技术是实现煤矸石大规模、高值化利用的有效途径之一。它通过高温煅烧将惰性的煤矸石转化为具有活性的建材原料，广泛应用于水泥、混凝土、墙体材料、轻骨料等领域。该技术具有显著的环保、资源、经济和社会效益，是推动煤炭行业绿色发展和建材行业低碳转型的重要方向。尽管面临原料波动、能耗成本、标准制定等挑战，但随着技术的不断进步、装备的升级和政策的支持，其应用前景十分广阔。