煤炭科学技术

作者：廖昌建, 王晶, 金平, 刘志禹, 徐婉怡, 王坤,

关键词：煤气化渣, 理化特性, 重金属, 迁移规律, 环境风险,

煤气化渣的资源化利用现已成为煤基固废的研究热点，气化渣的理化特性及其所含重金属迁移规律对其资源化利用至关重要。首先介绍并对比了气流床、流化床与固定床3种煤气化技术，然后总结了煤气化渣的理化性质，包括气化粗渣与细渣的粒度组成、表观形貌与微观形貌、无机物与晶相矿物组成和残炭的含量等，最后分析了气化粗渣与细渣中重金属的迁移行为、风险评估指数及浸出行为。气化粗渣与细渣的理化特性及重金属迁移规律均具有一定的差异，从理化特性来看：细渣粒径远低于粗渣粒径，约60%以上细渣的粒径小于0.250 mm，约50%以上粗渣的粒径大于0.500 mm；细渣的比表面积大于粗渣，平均孔径小于粗渣；粗渣与细渣的无机组分均以SiO2、Al2O3、CaO与Fe2O3为主，其中酸性氧化物占总组分的35%～80%，碱性氧化物占总组分的20%～65%，且粗渣具有较多的碱性氧化物，细渣具有较多的酸性氧化物；粗渣与细渣中的晶相矿物质与非晶态物质并不是简单的煤气化残留物，而是在气化过程中经历了一系列复杂的物理化学反应后形成的，粗渣与细渣的主要晶相矿物均为石英、方解石和莫来石，但其他晶相矿物的种类与含量差别较大，这主要受煤种与气化温度等因素的影响；粗渣中的残炭量多为3%～20%，而细渣中的残炭量多为20%～40%，粗渣中的残炭含量低于细渣，但粗渣的反应活性高于细渣；不同粒径气化粗渣或细渣中的残炭含量分布不均，0.250 mm左右的中等粒度级粗渣具有较高的残炭含量，而细渣中最高残炭含量对应的粒度级为0.125～0.250 mm或大粒径，且细渣中的残炭量多随粒度级的增大而增加；气化渣中的残炭为多孔结构，具有较多且连通性较好的大孔结构，气化粗渣中的残炭多是无定型态，而气化细渣中的残炭具有明显的芳香结构、具有较多的芳香族C—C键或C—H键。在重金属迁移规律方面：重金属在粗渣与细渣中存在不同程度的富集情况，富集因子与重金属元素的挥发性密切相关；与粗渣相比，细渣具有更大的环境风险，气化渣中的Cd、Ni、Cu、Zn、As、Co、Mo、Se、Pb与Cr等重金属存在较高环境风险，应予以重点关注；气化渣中重金属的浸出行为与浸出方案、浸出时间及气化渣颗粒尺寸因素密切相关，在强酸或/与强碱条件下大部分重金属会出现较高的浸出浓度，且重金属的浸出浓度多随时间的增加而增大直至趋于稳定，同时小尺寸气化渣中重金属的浸出浓度通常高于大尺寸气化渣。

来源：2025年第2期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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