煤炭开采过程中产生的大量废石，日积月累形成高达数十米的废石堆。这些废石堆因含煤炭残留物会自燃并持续数年，向大气释放一氧化碳、硫化氢等大量有毒物质。仅一个废石堆燃烧，平均每天就会向大气排放4 - 5吨二氧化碳和600 - 1100公斤二氧化硫。

减少废料堆对环境的负面影响，可通过平整人工山丘、景观美化和土地复垦实施，但这需大量资金投入，仅复垦一个废料堆就可能耗资数千万卢布，且涉及技术、环境和物流等多方面复杂因素，植物成活率低也限制了其适用范围。

在此背景下，将煤矿废料用于工业生产成为另一解决方案。煤矿废料是含少量煤、铝、硅和铁的粘土混合物，二次利用前景广阔，可分离有用化合物并应用于合金、煤肥、沥青和建筑材料等领域。

彼尔姆理工大学的科学家提出一种新方法，利用废料堆作为波特兰水泥及其基础材料(特别是混凝土)的矿物添加剂。波特兰水泥和水泥混凝土中的矿物添加剂能赋予材料特殊性能，如提高强度、耐水性、耐腐蚀性等，还可节省天然原材料并提高产量。

专家们以基泽洛夫斯基煤田为例测试该方案，该煤田人为废物量估计达1300万立方米。理工学院的学生从烧过和未烧过的废料堆中收集岩石样本，研究其化学和矿物成分后进行实验，用10%、20%和30%的废料堆代替溶液中的波特兰水泥。

波兰国家研究与和平大学土木工程与材料科学系副教授、技术科学副博士斯捷潘·列昂季耶夫解释称，通过荧光X射线光谱法和快速X射线定量相分析法测定废料堆成分，结果表明烧制废料堆主要由石英组成，未烧制废料堆由高岭石和含煤夹杂的石英组成，后者中高岭石的存在表明其预烧后可用作活性矿物添加剂。

为获得矿物添加剂，专家将颗粒研磨至0.08毫米，把未燃烧的废料堆放入实验室马弗炉，在700摄氏度下烧制两小时。为评估废料堆添加剂使用效果，配制了由一份CEM I 42.5N波特兰水泥和三份单组分石英砂组成的水泥砂浆，得到一个不含废料堆的对照配方和三个含烧制和未烧制废料堆的配方，分别用10%、20%和30%的波特兰水泥替代烧制后的废料堆，制成梁状样品并在常温及湿热处理条件下固化28天，固化后进行弯曲和压缩测试。

通过比较不同样品强度，学生们确定了使用废料堆作为矿物添加剂的有效性及其最佳用量。结果表明，用烧制废渣替代高达30%的水泥，强度仅略有下降;用未烧制废渣替代20%的水泥，与未添加添加剂的水泥相比，强度可提高21%。这表明煤矿废渣作为水泥及其基材料的矿物添加剂具有可行性。

彼尔姆理工大学科学家提出的这一解决方案，将大幅减少煤矿盆地人为垃圾场数量，有效减轻环境负担。该研究相关文章发表在《化学、生态学、城市化》合集上，是在“2030优先事项”战略学术领导力计划框架下开展的。