综述：煤矸石生态修复：资源化利用技术与风险管理综述

《Environmental Research》：Ecological restoration of coal gangue: A review on resource-utilization technologies and risk management

　　摘要：煤矸石是煤矿开采过程中产生的含碳岩石，包括巷道掘进、剥离、采煤和洗煤等环节，约占中国年工业固废总量的25%。大量堆存的煤矸石占用大量土地资源，并存在环境污染和地质灾害风险。尽管面临这些挑战，富含有机物和矿物组分的煤矸石具有相当大的综合利用潜力。因此，聚焦于其生态修复和污染防治的研究具有重要意义。本文在分析煤矸石理化性质的基础上，综述了其在土地复垦、盐碱土改良和植被根区改良方面的生态应用，考察了利用过程中的环境风险，并评估了物理、化学和生物修复技术。此外，本文提出了煤矸石生态修复的优化策略，旨在为其可持续利用提供指导，促进矿区生态可持续性。引言：在全球向绿色低碳能源结构转型的宏观背景下，煤炭仍是世界能源体系的重要基石。2025年世界能源统计年鉴和中国煤炭工业协会的数据显示，2024年全球煤炭产量和消费量分别达到92.42亿吨和165.06艾焦耳，同比分别增长0.9%。值得注意的是，中国占全球产量的51.7%和消费量的55.8%，继续保持全球领先地位，且预计未来几十年这一水平仍将维持高位。这一持续性的工业活动产生了大量煤矸石。作为煤矿开采和洗煤过程的主要固体废弃物副产品，煤矸石通常占原煤开采量的15%~30%（Hu等，2024），是中国人均年产量和累计堆存量最大的工业固体废弃物。据估计，截至2025年，全球煤矸石堆存量已超过500亿吨，其中近60%来自中国（全球环境研究网络，2025），年新增量约为2亿吨。这些大量堆存不仅侵占土地资源，还带来严重的环境和安全危害（Li等，2024）。煤矸石具有高灰分和高硫含量以及重金属富集的特点，露天条件下容易释放酸性物质和重金属离子——这一过程会导致空气、水体和土壤的复合污染——同时还存在自燃和滑坡等风险（Li等，2006；Guo等，2024）。因此，推进煤矸石高效、绿色、资源化利用的新技术研究至关重要，以减轻其处置带来的严重环境污染和资源浪费（Liu等，2026；Tan等，2016）。煤矸石资源化的传统路径主要集中在发电（Qi等，2022）、建筑材料（Liu & Liu，2010；Gao等，2020；Yaofei等，2024）、道路建设（Cao等，2011）和井下填充（Zhang等，2021）等领域。然而，每种方法都存在显著局限性。例如，发电要求煤矸石满足特定的热值门槛；建筑材料的应用受运输半径的经济和物流限制；井下填充仅适用于地质和采矿条件相配的场合。因此，这些传统方法无法从根本上解决大量堆存和环境污染的双重挑战。在此背景下，将煤矸石作为生态修复材料的应用已成为研究和应用的重点，有望实现废弃物管理与生态系统恢复的协同效益。这一潜力主要源于其独特的理化性质。煤矸石松散多孔的颗粒结构可以有效缓解土壤板结并提高孔隙度，而其无机矿物成分（如二氧化硅、氧化铝和氧化铁）以及微量有机物则为植物生长提供了重要的营养和物理基质（Liu等，2025）。这些固有特性共同支撑了其生态修复的适用性。目前，该领域的应用主要集中在三个方面：通过沟填和地形重构进行土地复垦（Wang等，2023）、作为土壤改良剂修复退化或污染土地，以及配制专门的生长基质直接促进矿区植被恢复（Li等，2025；Ran等，2013）。然而，必须指出的是，煤矸石的生态利用并非没有风险。鉴于其复杂多变的化学成分，利用过程中重金属淋溶、酸性排水产生和可溶性盐迁移等过程对周边土壤和地下水系统构成潜在的二次污染风险。因此，研究的核心要务在于系统评估并科学管理其"资源价值"与"固有环境危害"之间的相互作用（Zhang等，2024）。因此，本综述旨在综合现有知识，探讨煤矸石作为生态修复材料的应用及其相应的风险缓解策略。通过分析研究局限并展望未来方向，本综述试图建立理论与技术框架，以促进煤矸石的绿色、安全、可规模化生态利用。各章节摘要煤矸石物料组成：煤矸石具有一系列独特的物理特性，通常呈灰色、灰褐色或黑色，孔隙率一般在20%~40%之间。其比表面积较高（10~50 m2/g），堆积密度在1.8~2.3 g/cm3之间，这些因素共同赋予其显著的吸水能力和相对较低的密度（Liu等，2025）。除这些物理参数外，煤的[化学成分和矿物组成]煤矸石的生态修复利用：由于煤矸石具有松散 porous 的物理结构、丰富的硅质和铝质矿物以及丰富的营养含量，可作为回填与场地修复材料、土壤改良材料或人工植被基质加以利用，从而实现固体废弃物管理与矿区生态恢复的协同（Snehasree等，2025）。然而，煤矸石作为一种原材料具有高度非均质性；原材料类型等因素，[对影响有重要影响]煤矸石生态修复中的污染防治：煤矸石在土地复垦、土壤改良和植被基质等生态修复途径中展现了显著的资源化利用潜力。然而，其复杂的物料组成可能在利用过程中引发二次污染风险，包括重金属释放、酸性物质扩散和盐分迁移，对周边生态系统构成潜在威胁（Zhang等，2024）。因此，系统评估环境行为至关重要，[且需]讨论：基于近五年关于煤矸石生态修复的大量研究成果，本章进行了批判性综合，以确定已有的研究共识、相互矛盾的实验观察结果、主要控制因素、技术可行的实施方案、未解决的环境风险以及生态利用前的最低表征要求。2021至2026年期间的代表性文献，[表明]结论：作为中国人均最大的工业固体废弃物之一，煤矸石带来了不容忽视的环境问题，使其生态修复成为减轻固废污染、改善生态系统完整性的战略必需措施。本文系统考察了煤矸石的理化特征，综述了三种主要生态利用途径——即通过填充进行土地复垦、土壤改良和植被基质，[等]结束语：本综述系统考察了三种主流生态利用途径——以煤矸石为基础的沟填与土地复垦、土壤改良和植物生长基质——阐明了重金属、酸性物质和盐分耦合污染的地球化学机制，比较了物理、化学和生物控制技术各自的优劣与局限，解释了两个核心概念——风险资源的双重调控和协同整合的，[方法]CRediT作者贡献声明：李盛涵：撰写—审阅与编辑，资源。周文韬：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，资源，资金获取。王程宇：撰写—初稿。杨嘉琪：监督指导。陈佳丽：资金获取，形式分析未引用参考文献：Bai等，2026；Chen等，2022；Cheng等，2014；Cui，2025；Deng等，2024；Deng等，2024；Dong等，2024；Du等，2025；Fang等，2026；Gao等，2024；Gao等，2021；Zhenqi等，2024；JABLONSKA等，2017；Jiao等，2023；Jin等，2025；KOPITKKE等，2024；Lashari等，2023；Li等，2025；Li等，2023；Li等，2025；Li等，2020；Li等，2026；Li等，2024；Li等，2024；Li等，2024；Li等，2024；Yaofei等，2024；利益冲突声明：我们提交题为"煤矸石生态修复：资源化利用技术与风险管理综述"的稿件。本稿件的提交不存在利益冲突，所有作者均批准发表。本人代表全体合著者声明，所述工作为原创研究，此前未曾发表，也未在其他地方同时投稿。致谢：作者感谢国家自然科学基金（项目编号52104257）和国家博士后科学基金（项目编号2024M751861）的资助。王程宇 | 周文韬 | 杨嘉琪 | 李盛涵 | 陈佳丽山东科技大学能源与矿业工程学院，山东青岛 266590，中国