周安寧 高影 李振 趙偉 張寧寧 張洲朋

摘 要：煤炭氣化是我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的龍頭技術(shù)。隨著煤化工產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，煤炭氣化灰渣量增速巨大。目前，煤炭氣化灰渣主要以堆積填埋方式處理為主。這不僅增加了企業(yè)的處理和運(yùn)輸成本，同時(shí)，造成了土地資源的極大浪費(fèi)，以及水體、土壤等嚴(yán)重污染。因此，迫切需要突破煤炭氣化灰渣的清潔高效分質(zhì)利用技術(shù)瓶頸。文中針對(duì)制約煤炭氣化灰渣清潔高效利用的關(guān)鍵科學(xué)問題，以煤炭氣化灰渣的組成結(jié)構(gòu)與分選加工利用為主線，重點(diǎn)分析了煤炭氣化灰渣的組成結(jié)構(gòu)及其影響因素，以及形成機(jī)理等。在此基礎(chǔ)上，對(duì)煤炭氣化灰渣精細(xì)分選加工利用，特別是殘?zhí)颗c玻璃微珠的分選技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)討論。最后，對(duì)未來煤炭氣化灰渣的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究趨勢(shì)進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：氣化灰渣;成渣機(jī)理;組成特性;綜合利用;分選加工

中圖分類號(hào)：X 751

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-9315（2021）04-0575-10

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2021.0401開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Composition? structure and separation processing of

ash and slag during coal gasification

ZHOU Anning1，2，GAO Ying1，LI Zhen1，2，ZHAO Wei1，2，

ZHANG Ningning1，ZHANG Zhoupeng1

（1.College of Chemistry and Chemical? Engineering，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China;

2.Key laboratory of Coal Resources Exploration and Comprehensive Utilization，Ministry of Natural Resources，Xian 710054，China）

Abstract：Coal gasification is the leading technology in the development of coal chemical industry in China.With the vigorous development of coal chemical industry，the amount of coal gasification ash and slag increases rapidly.The landfill is the main treatment method of the coal gasification ash and slag.This not only increases the treatment and transportation costs of enterprises，but also causes great waste of land resources and serious pollution of water and soil.Therefore，it is urgent to break through the technical bottleneck of clean and efficient utilization of coal gasification ash and slag，as well as the key scientific problems behind it.In view of the key scientific problems restricting the clean and efficient utilization of coal gasification ash and slag，this paper focuses on the analysis of the composition and structure of coal gasification ash and slag，its influencing factors，and the formation mechanism.On this basis，the fine separation，processing and utilization of coal gasification ash and slag，especially the separation technology of carbon residue and glass beads were discussed.Finally，the basic and application research trend of coal gasification ash and slag in the future is prospected.

Key words：gasification ash and slag;slag formation mechanism;composition characteristics;comprehensive utilization;separation and processing

0 引 言

煤炭氣化過程是液體燃料、煤基化學(xué)品合成，IGCC和燃料電池發(fā)電等工業(yè)過程的核心單元。隨著煤化工產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求日趨嚴(yán)格，煤炭氣化灰渣資源化利用問題已成為制約煤化工發(fā)展的重要因素之一。一個(gè)百萬噸級(jí)的煤間接制油生產(chǎn)廠，每年可產(chǎn)生逾60萬t氣化灰渣[1]。到目前為止，我國煤化工產(chǎn)業(yè)氣化灰渣的年排放量已超過了3 300萬t[2]。煤炭氣化灰渣的長期大量堆積和填埋，對(duì)生態(tài)環(huán)境已造成了嚴(yán)重污染。我國“十四五”能源規(guī)劃已將推動(dòng)煤炭清潔高效開發(fā)利用作為能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的立足點(diǎn)和首要任務(wù)。因此，加快突破煤炭氣化灰渣規(guī)模化、高附加值資源化利用關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)勢(shì)在必行。近10年來，煤炭氣化灰渣綜合利用研究已取得了較為明顯的研究進(jìn)展。曲江山等論述了煤炭氣化灰渣綜合利用技術(shù)研究現(xiàn)狀[2]。史達(dá)等總結(jié)了煤炭氣化灰渣中殘?zhí)糠诌x技術(shù)及影響因素。影響煤炭氣化灰渣組成結(jié)構(gòu)、形成機(jī)理的因素主要包括煤質(zhì)、氣化方法、工藝條件等[3]。這些因素的交互作用導(dǎo)致煤炭氣化灰渣的形成機(jī)理十分復(fù)雜[4-8]。歸納起來，制約煤炭氣化灰渣高效利用的關(guān)鍵科學(xué)問題主要是煤炭氣化灰渣的組成結(jié)構(gòu)，以及組成結(jié)構(gòu)與分離效果之間的關(guān)系等基礎(chǔ)研究不夠深入系統(tǒng)。煤炭氣化灰渣的組成結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和形成機(jī)制研究對(duì)于其高效分選加工有著十分重要的理論及實(shí)際指導(dǎo)價(jià)值。為此，文中結(jié)合課題組最新研究結(jié)果，首先論述了粗渣（CS）與細(xì)渣（FS）的組成和形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律;歸納總結(jié)了煤炭氣化灰渣的物相組成、性質(zhì)及其影響機(jī)制，不同氣化爐型中煤炭氣化灰渣的成渣機(jī)理;在總結(jié)煤炭氣化灰渣綜合利用途徑基礎(chǔ)上，重點(diǎn)討論了煤炭氣化灰渣中殘?zhí)亢筒Ａ⒅榈姆诌x加工技術(shù)。最后，展望了煤炭氣化灰渣的基礎(chǔ)研究與分質(zhì)利用技術(shù)開發(fā)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 煤炭氣化灰渣組成結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

1.1 形貌結(jié)構(gòu)首先以標(biāo)準(zhǔn)水煤漿氣化技術(shù)為例，討論水煤漿氣化爐排出的粗渣和細(xì)渣的形貌結(jié)構(gòu)特征的差異性。粗渣是指順著底流從氣化爐下灰渣鎖斗里排出來的大顆?；以?細(xì)渣是以飛灰形式隨合成氣排出來，經(jīng)洗滌系統(tǒng)和旋風(fēng)分離器分離系統(tǒng)收集得到的固體沉積物[9]。表1總結(jié)了煤氣化粗渣和細(xì)渣的基本性質(zhì)。

由表1可知，煤炭氣化灰渣呈灰色色系。由于所含礦物質(zhì)組分的差異性，粗渣顏色要比細(xì)渣深[10]。鄔士軍認(rèn)為含鐵較高的礦物質(zhì)外觀會(huì)呈深色，灰渣含鐵越多顏色越深;含鈣較多時(shí)，顏色相對(duì)比較淺，含鈣長石較多時(shí)，則呈現(xiàn)灰色或白色[11];普通含輝石氣化渣一般呈現(xiàn)黑色或綠黑色，且表面具有玻璃光澤。粗渣帶有玻璃光澤、致密、炭含量較低、顆粒較大[12]。細(xì)渣則多呈現(xiàn)為不規(guī)則形狀、具有高度發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)，因在爐內(nèi)停留時(shí)間較粗渣短，因此，其殘?zhí)亢恳话爿^高。

圖1為水煤漿氣化粗渣和細(xì)渣中無機(jī)組分的SEM分析結(jié)果。由圖1可知，粗渣中無機(jī)組分以球形顆粒（a），塊體（b）和團(tuán)聚體（c）的重疊體（標(biāo)記為b+c）共存，在細(xì)渣中它們主要以球形顆粒（a）和團(tuán)聚體的形式存在。

將氣化灰渣放在油浸式顯微鏡下觀察，可觀察到明亮的殘?zhí)款w粒和深灰色的玻璃顆粒，且粗渣中玻璃顆粒的含量明顯高于細(xì)渣[6]。粗渣和細(xì)渣樣品表面都覆蓋有小球體和細(xì)絮狀團(tuán)聚體，且絮狀物中的殘?zhí)亢扛哂谇蝮w。氣化灰渣中，礦物傾向于形成球體，殘?zhí)縿t傾向于保持絮凝形態(tài)，礦物有團(tuán)聚形成玻璃微珠的趨勢(shì)[9]。

1.2 組成特征

1.2.1 元素組成表2總結(jié)了煤炭氣化灰渣中的主要元素組成、富集趨向及各元素的賦存狀態(tài)。元素組成主要包括8種主要常量元素（Si，Al，F(xiàn)e，Ca，Mg，K，Na，S），含量范圍約為5～132 mg/g[13]，以及14種微量元素（Ti，Ba，Sr，Mn，Cr，Zn，Zr，Co，Pb，Ni，Cu，As，Y，Rb）[14]，含量范圍約為37～4 063 ug/g[6]。

1.2.2 礦物質(zhì)組成

煤炭氣化灰渣是由大量非晶態(tài)物質(zhì)（含鈣鐵的鋁硅酸鹽）和少量結(jié)晶礦物質(zhì)（主要有硅酸鹽、鋁硅酸鹽、鈣-鐵氧化物和鐵氧化物）組成的。其中，對(duì)碳?xì)饣鸬酱呋饔玫木w礦物（一般稱之為催化組分）主要是獨(dú)立存在于灰渣中的鈣-鐵氧化物和鐵氧化物。表3歸納了不同氣化爐中，煤炭氣化灰渣中常見礦物質(zhì)及賦存于粗渣和細(xì)渣中的晶態(tài)礦物。

由表3可知，固定床氣化灰渣中，含硅高溫礦物主要有鈣長石（18.1%）、石英（14.4%）、莫來石（11.8%）、方石英（0.5%）、透輝石（0.1%）和白云母（0.8%）等[5];含鋁高溫礦物主要由鈣長石、莫來石、鈣鋁石（0.3%）和白云母等組成，還有其它礦物晶體如硬石膏（0.2%）、赤鐵礦（0.3%）、磁鐵礦（0.2%）等。非晶相物質(zhì)約占53.3%。氣流床氣化灰渣以熔渣為主，非晶質(zhì)組分占絕大多數(shù)，且主要為玻璃相和無定型殘?zhí)縖15]。晶相礦物主要為莫來石和亞鐵尖晶石。此外，還有石英、方鐵礦和方解石等礦物[16-17]。細(xì)渣中的大部分球體是由約98%的無定型玻璃（Ca—Na—K—Fe鋁硅酸鹽）相，少量石英（2%），以及無序石墨碳組成[18]。循環(huán)流化床氣化灰渣以燒結(jié)粘土質(zhì)混合材料為主，礦物組成主要為具有活性的無定型偏高嶺石、鈣鐵輝石、鈣長石和石英等[19]。

1.2.3 殘?zhí)康奶卣髅禾繗饣以袣執(zhí)康闹饕獊碓礊樵簾峤鈺r(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的積炭、未完全氣化的炭或未反應(yīng)的熱解炭[8]。殘?zhí)吭诤暧^上又可分為4類炭顆粒：①密實(shí)炭顆粒。占到未反應(yīng)炭的50%左右，這種顆粒是所有未反應(yīng)炭顆粒中密度最大的一種;②層狀炭顆粒，占未反應(yīng)炭的21%左右。從微觀的角度看，這種炭主要是由各向異性、各向同性的多孔層狀炭顆粒以及被氧化的層狀炭顆粒組成;③未反應(yīng)多孔炭顆粒。這部分顆粒多孔、質(zhì)硬、密度小，形態(tài)上像焦粒;④未反應(yīng)煤的炭顆粒。這類炭顆粒占未反應(yīng)炭顆粒的4%左右，性質(zhì)與原煤顆粒最為接近，集中在4～13 μm的灰渣中，具有揮發(fā)分低、固定碳含量高等特點(diǎn)，其灰分含量相當(dāng)于或者低于原料煤[20]。粗渣與細(xì)渣中的殘?zhí)吭谛螒B(tài)學(xué)上有明顯差異（圖2）。殘?zhí)吭陲@微鏡下可觀察到3種炭形態(tài)：①惰質(zhì)組顆粒。這類顆粒在熔融或燃燒前被帶出燃燒室;②各向同性焦;③各向異性焦。后兩者是已經(jīng)過熔融階段的炭顆粒[21-22]。由表1可知，在細(xì)渣中，殘?zhí)咳菀拙奂谳^大粒級(jí)中，且隨著粒度級(jí)的增長，炭含量越來越高。在粗渣中，粒度越大，炭含量越少，中等粒度級(jí)顆粒的殘?zhí)亢枯^多[4]。

粗渣和細(xì)渣中的殘?zhí)慷季哂信c煤焦中類似的相對(duì)完整的多孔結(jié)構(gòu)（包括微孔，中孔和大孔）[23]。在粗渣中，殘?zhí)烤哂袩o序的碳晶體結(jié)構(gòu)和較多的活性位點(diǎn)，特別是具有sp2-sp3鍵的活性中心較多[24-25]，因此，常表現(xiàn)出較高氣化活性。在細(xì)渣中，殘?zhí)康奶紝泳哂休^高的有序性和較低的催化成分含量，導(dǎo)致其氣化反應(yīng)性較低[26]。此外，殘?zhí)靠梢燥@著提高灰渣的熔融溫度，導(dǎo)致氣化爐中煤灰完全熔融的難度增加[27]，殘?zhí)康氖潭仍礁?，含殘?zhí)棵夯业娜廴跍囟仍礁?。?dāng)殘?zhí)亢砍^5%時(shí)，殘?zhí)康氖町悓?duì)煤灰熔融溫度造成的影響越明顯[28]。

2 氣化灰渣形成機(jī)理煤炭氣化過程主要包括原煤顆粒受熱快速分解過程，揮發(fā)分逸出及半焦形成過程，半焦發(fā)生石墨化反應(yīng)過程，氣化反應(yīng)過程等。隨著氣化劑不斷向煤焦顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，煤焦顆粒進(jìn)一步發(fā)生氣化反應(yīng)，當(dāng)煤焦顆粒達(dá)到破碎的臨界狀態(tài)，煤焦顆粒開始破碎時(shí)，在高溫下煤中礦物質(zhì)發(fā)生均相以及非均相反應(yīng)，先形成灰，然后轉(zhuǎn)化為渣。煤中的高嶺土、伊利石、方解石、黃鐵礦和石膏的轉(zhuǎn)化溫度和轉(zhuǎn)變過程不同（圖3）。當(dāng)溫度低于600 ℃時(shí)，主要為干燥脫水;當(dāng)溫度在600～800 ℃之間時(shí)，高嶺石開始轉(zhuǎn)化為偏高嶺石，伊利石生成半伊利石，方解石中的碳酸鈣、碳酸鎂分解，同時(shí)赤鐵礦、石膏等礦物晶體也開始遭到破壞[27];當(dāng)溫度超過800 ℃時(shí)，偏高嶺土?xí)^續(xù)分解形成莫來石和其它無定形石英;在900 ℃時(shí)，若壓力升高，將抑制諸如白云母，硬石膏和菱鐵礦等低溫礦物的分解，從而降低了灰熔融溫度。在1 000 ℃時(shí)，升高壓力，將促進(jìn)低溫共融物的形成，低溫礦物將逐漸轉(zhuǎn)化為高溫礦物，隕硫鈣石轉(zhuǎn)變?yōu)橛彩?，隕硫鈣石和鉀云母等助熔礦物的分解受到抑制，從而促使長石類礦物生成，并促進(jìn)鐵系礦物（赤鐵礦）熔融[29];當(dāng)溫度高于1 200 ℃時(shí)，伊利石轉(zhuǎn)化為莫來石，方解石分解產(chǎn)生的MgO和CaO則開始與石英發(fā)生反應(yīng)生成鎂黃長石。這些礦物在更高的溫度下發(fā)生熔化，轉(zhuǎn)變成玻璃狀的無定形物質(zhì)。黃鐵礦分為外來黃鐵礦和內(nèi)生黃鐵礦，二者以不同的方式轉(zhuǎn)化為磁黃鐵礦，最后逐漸被赤鐵礦和磁鐵礦所取代[5]。

綜上，煤在氣化過程中，主要礦物種類（即≥1%的礦物種類）隨溫度的變化規(guī)律為：①非晶態(tài)礦物在總量中所占比例穩(wěn)步下降;②熱不穩(wěn)定碳酸鹽（白云石、方解石和文石）分解;③在更高溫度時(shí)，石英+方石英石的比例增加;④鈣長石和莫來石等高溫組分的含量增加;⑤高嶺石在熱解階段結(jié)束時(shí)分解?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果，進(jìn)一步可歸納出了如圖4所示的煤氣化灰渣的轉(zhuǎn)化機(jī)制[30]。煤中礦物質(zhì)可分為原生礦物和外來礦物，在加熱過程中，煤顆粒經(jīng)熱解過程，釋放出揮發(fā)分，形成炭粒;細(xì)小的原生礦物在炭顆粒內(nèi)轉(zhuǎn)化，并在炭粒破碎過程中逐漸釋放;礦物的分解和固相轉(zhuǎn)化導(dǎo)致氣體形成，這些氣體經(jīng)過均相化學(xué)反應(yīng)，隨后發(fā)生非均相或均相冷凝。0.02～0.2 μm飛灰來源于均相冷凝和原生礦物的破碎。細(xì)小的礦物質(zhì)碎片會(huì)產(chǎn)生0.2～10 μm中等大小的灰顆粒。最大的灰顆粒（10～90 μm）來自轉(zhuǎn)化后的外來礦物質(zhì)。

根據(jù)上述煤氣化過程中灰渣的形成機(jī)理，對(duì)不同氣化爐中灰渣形成的特征歸納總結(jié)如下。

在Lurgi固定床煤氣化爐中，煤中高嶺石在干燥和熱解階段發(fā)生脫水反應(yīng)，伊利石和白云石會(huì)分解釋放鉀和鈉;半焦在燃燒區(qū)發(fā)生破碎，其內(nèi)在礦物質(zhì)形成細(xì)小顆粒，殘?zhí)颗c低熔點(diǎn)礦物分解產(chǎn)物一同被氣流攜帶而形成飛灰。另一部分礦物質(zhì)在燃燒區(qū)停留時(shí)，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到礦物質(zhì)的變形溫度后，礦物質(zhì)將出現(xiàn)燒結(jié)[31]。氣流床氣化爐中，粉煤在燃燒過程中易形成細(xì)灰。由于礦物質(zhì)破碎，特別是黃鐵礦發(fā)生破碎，進(jìn)而形成較小的氧化鐵顆粒。硅酸鹽類礦物，尤其是石英與其他無機(jī)物在燃燒過程中發(fā)生相互作用形成新的混合硅酸鹽和鋁硅酸鹽物質(zhì)。這些新礦物相的熔點(diǎn)低于煤中的原始礦物質(zhì)，并且在燃燒時(shí)容易形成熔融相，從而有助于灰分顆粒

的聚結(jié)。水煤漿在霧化時(shí)形成的團(tuán)聚體易引起灰渣顆粒增大[32]。由于氣流床氣化過程中火焰的中心溫度可達(dá)2 000 ℃，此時(shí)煤中礦物質(zhì)處于熔融態(tài)，并呈液滴狀。

流化床氣化爐中，氣化灰渣的形成包括破碎、揮發(fā)、沉積以及和床層相互作用等一系列過程[33]。循環(huán)流化床，尤其是鼓泡床中，煤料尺寸較大，其直徑通常為幾毫米，在床中停留時(shí)間長且氣化溫度低，致使煤顆粒內(nèi)部處于干燥階段時(shí)，熱解已經(jīng)發(fā)生。粒徑較大的顆粒在流化床的密相區(qū)燃燒，細(xì)小顆粒則在稀相區(qū)進(jìn)行燃燒反應(yīng)。因此，密相區(qū)的顆粒構(gòu)成了流化床爐底渣的主要成分，而稀相區(qū)的細(xì)小顆粒會(huì)和未被旋風(fēng)分離器分離下來的顆粒一同隨煙氣飛出爐膛，形成飛灰。

3 煤炭氣化灰渣的分選 煤炭氣化灰渣根據(jù)其組成結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的差異，高炭組分的細(xì)渣可用于合成硅基材料、陶瓷、沸石的原料等，低炭組分的粗渣由于其強(qiáng)度和耐磨度等較高，可作為混凝土摻料、磚材等。煤炭氣化灰渣的主要應(yīng)用途徑見表4。由表4可知，只有明晰煤炭氣化灰渣的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，將不同有價(jià)組分充分有效分離后，才能從根本上實(shí)現(xiàn)煤炭氣化灰渣的分質(zhì)清潔高效利用。由于殘?zhí)康膬r(jià)值

較高，并且其對(duì)氣化灰渣的其它應(yīng)用有顯著負(fù)面影響;另外，玻璃微珠是十重要的輕質(zhì)化工材料，有著十分廣泛的應(yīng)用前景。因此，下面重點(diǎn)以殘?zhí)亢筒Ａ⒅榈姆诌x為例，簡要?dú)w納煤炭氣化灰渣分選技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

3.1 殘?zhí)糠诌x煤炭氣化灰渣中殘?zhí)款w粒具有結(jié)構(gòu)疏松、孔腔吸水性高、易碾碎等特點(diǎn)，對(duì)灰渣的綜合利用具有較大的負(fù)面影響。細(xì)渣中殘?zhí)亢窟h(yuǎn)高于粗渣，細(xì)渣殘?zhí)康姆诌x效果優(yōu)于粗渣。因此，為了實(shí)現(xiàn)煤炭氣化灰渣的分質(zhì)高效利用，一般應(yīng)先對(duì)氣化灰渣進(jìn)行脫炭處理。常用的脫炭處理方法主要包括殘?zhí)糠诌x和火法燃燒脫炭。殘?zhí)糠诌x方法主要有浮選法、重選法。重選法分選殘?zhí)恳延醒芯抗ぷ鲌?bào)導(dǎo)，但由于細(xì)渣粒度小，單一重力場(chǎng)難以有效進(jìn)行殘?zhí)糠蛛x。浮選法在細(xì)粒級(jí)物料分選方面有較大優(yōu)勢(shì)，采用

浮選法從細(xì)渣中分離富集殘?zhí)康难芯抗ぷ鲌?bào)導(dǎo)較多[3]。

浮選柱相較于浮選機(jī)更有優(yōu)勢(shì)，浮選柱能更好地降低殘?zhí)慨a(chǎn)品的灰分，提高浮選產(chǎn)率，能更有效的回收粒徑在74 μm以下的細(xì)渣，且浮選柱浮選完善指標(biāo)比浮選機(jī)高出3.45%。

在最佳浮選條件下，浮選柱浮選得到的殘?zhí)孔畹突曳譃?3.66%，產(chǎn)率為54.91%，干燥基高位發(fā)熱量（Qgr，d）為27.21 MJ/kg [46]。用泡沫浮選法從細(xì)渣中可有效回收殘?zhí)浚瑥?8～75 μm粒度級(jí)中，回收殘?zhí)繜Я浚↙OI）可達(dá)到65%。從大于75 μm粒度級(jí)中回收的殘?zhí)縇OI超過80%[47]。鹽水作為浮選水溶液時(shí)，細(xì)渣中殘?zhí)康娜コ士捎行岣?/p>

[48]。通過對(duì)不同鹽離子溶液環(huán)境下氣泡行為的研究，發(fā)現(xiàn)Al3+溶液的氣泡尺寸較小，泡沫穩(wěn)定性最強(qiáng)。當(dāng)Al3+濃度達(dá)到0.4 mol/L，起泡劑用量為7.5 kg/t時(shí)，殘?zhí)炕厥章士蛇_(dá)到95%以上[48]。與傳統(tǒng)泡沫浮選相比，超聲浮選對(duì)煤炭氣化灰渣小顆粒有更好的浮選效果，超聲波有利于提高浮選的選擇性。在超聲波作用下，可以減少煤炭氣化灰渣表面玻璃微珠的嵌布，降低高灰細(xì)粉的夾帶。同時(shí)對(duì)煤氣化細(xì)渣產(chǎn)生顯著的破碎效果，經(jīng)超聲浮選后，殘?zhí)炕曳直瘸Ｒ?guī)浮選降低16.54%，浮選完善指標(biāo)提高12.60%[49]。當(dāng)以輕柴油為捕收劑，聚乙二醇和異辛醇為起泡劑，旋流-靜態(tài)微泡浮選柱中殘?zhí)康幕厥章蕿?9.69%，相較浮選機(jī)高出6.5%[50]。

3.2 玻璃微珠的分選煤炭氣化灰渣經(jīng)過浮選可分離出玻璃微珠。玻璃微珠以非晶相硅鋁酸鹽為主，可分為空心漂珠、實(shí)心沉珠和磁珠（鐵珠）。玻璃微珠密度通常在400～800 kg/m3，壁厚一般小于直徑的10%。微珠表面光滑、強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)致密、高溫下不易燒結(jié)，可制備高附加值材料，具有廣闊的應(yīng)用前景[51]。空心漂珠由二氧化硅和金屬氧化物組成，比重小于1，具有輕質(zhì)、耐高溫、絕緣等特性。利用漂珠的可浮性，采用濕法并以水為介質(zhì)便可分選出漂珠。干法分選也是一種有效提取漂珠的有效手段，其中風(fēng)力選礦可以高效分離漂珠與灰組分，從而得到雜質(zhì)較少的漂珠[52]。磁珠中Fe2O3的含量較高，我國多采用干式磁選對(duì)磁珠進(jìn)行回收，該方法高效、節(jié)能且環(huán)保，但所得產(chǎn)品中常摻雜脈石礦物;通過濕法磁選技術(shù)可分離出較高純度的磁珠，但耗水量較大。將煤氣化灰渣煅燒脫炭后，再通過“破碎+氣流分級(jí)”工藝流程后獲得不同粒徑的玻璃微珠顆粒，分選后的玻璃微珠顆粒用于制備ABS/玻璃微珠復(fù)合材料及玻璃微珠填充聚丙烯復(fù)合材料[53]。

4 結(jié)論與展望中國擁有世界上最大的煤化工工業(yè)，煤氣化技術(shù)因此得到了巨大發(fā)展，但同時(shí)導(dǎo)致了大量煤炭氣化灰渣的嚴(yán)重污染問題和土地占用問題。由于不同煤化工企業(yè)所采用的煤氣化技術(shù)不同、原料煤質(zhì)各異，導(dǎo)致煤炭氣化灰渣的結(jié)構(gòu)和組成十分復(fù)雜，使其綠色高效分質(zhì)加工與利用技術(shù)發(fā)展受到了嚴(yán)重制約。在煤炭氣化灰渣的組成結(jié)構(gòu)及其演變規(guī)律方面，雖然已開展了大量研究，對(duì)氣化灰渣的形成機(jī)理及影響因素也有了初步認(rèn)識(shí)，但對(duì)不同氣化爐型及反應(yīng)條件下，氣化灰渣的組成結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識(shí)還不夠深入，規(guī)?；咝Х诌x與分質(zhì)利用技術(shù)發(fā)展受嚴(yán)重制約。基于上述分析總結(jié)，為實(shí)現(xiàn)煤炭氣化灰渣的綠色高效分質(zhì)加工技術(shù)的突破，在煤炭氣化灰渣的基礎(chǔ)與應(yīng)用開發(fā)研究方面還應(yīng)進(jìn)一步從以下幾方面開展深入系統(tǒng)的研究工作。1）針對(duì)典型煤化工企業(yè)，從煤-氣化爐-氣化灰渣的組成結(jié)構(gòu)調(diào)控出發(fā)，開展原料煤和添加劑的配煤優(yōu)化方案研究，闡明配煤組成對(duì)灰渣組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響機(jī)制，建立灰渣到產(chǎn)品一步定向轉(zhuǎn)化的調(diào)控方法。從源頭上調(diào)變氣化灰渣的組成和結(jié)構(gòu)，提高灰渣分離和高效利用效率，減少后續(xù)分離轉(zhuǎn)化的工藝，達(dá)到節(jié)能高效利用之目的。 2）加強(qiáng)氣化灰渣的組成結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究，闡明組成結(jié)構(gòu)與分選性能關(guān)系。開發(fā)創(chuàng)新性強(qiáng)的變革性分選技術(shù)，為規(guī)模化低成本高效分選利用打下良好基礎(chǔ)。3）針對(duì)氣化灰渣中殘?zhí)?，玻璃微珠，礦物共融體等組分的特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，開發(fā)研究煤氣化灰渣分質(zhì)高附加值、規(guī)?；玫男录夹g(shù)。參考文獻(xiàn)（References）：

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