煤氣化灰渣脫碳技術研究進展

史 達，張建波，楊晨年,4，曲江山,4，李少鵬，李會泉,4，何發鈺

(1.東北大學 資源與土木工程學院，遼寧 沈陽 110819；2.中國科學院 過程工程研究所 綠色過程與工程中科院重點實驗室，北京 100190；3.濕法冶金清潔生產技術國家工程實驗室，北京 100190；4.中國科學院大學，北京 100049；5.中國五礦集團總公司，北京 100010)

0 引 言

“富煤貧油少氣”是我國能源結構的主要特點[1-2]，煤電、煤化工轉化已成為我國煤炭利用的主要方式。煤氣化技術作為煤化工領域的一個重要方向，是指在特定的溫度和壓力下，氧氣、空氣或水蒸氣作為氧化劑，與煤中有機質部分進行非徹底氧化燃燒反應生產煤氣或合成氣，從而進一步合成化學品的技術[3]。2018年，我國現代煤化工用煤量達9 560萬t，預計2020年底將達1.5億t，其中煤氣化占現代煤化工用煤總量的90%以上[4-6]。

煤氣化渣是煤氣化過程產生的副產物，通常分為：粗渣(在爐底排放)、細渣(以飛灰形式隨氣流排出后經水淬、過濾后外排)[7-9]。我國氣化渣每年排放量巨大，年產超3 000萬t(濕渣)，2001年前，中國、美國等大部分氣化渣均通過填埋或渣場堆存處理，但填埋和堆存會導致嚴重的環境污染和安全隱患[10-11]。據調查，一個180萬t/a的煤制甲醇企業，年生產氣化渣約93萬t，若送渣場堆存處理，每年成本為9 300萬～12 090萬元；若自建渣場，每年處理費用為2 325萬～3 720萬元[12-14]。因此，需要對氣化灰渣進行綜合利用。目前國內外對氣化渣的應用主要集中在：建工建材的制備，水體和土壤修復，循環摻燒和再氣化利用，硅基、陶瓷材料、催化劑等高附加值材料[15-16]。以水泥或混凝土行業為例，根據GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》要求，拌制混凝土和砂漿用粉煤灰燒失量≤10.0%，氣化粗渣碳含量相對較低，且有豐富的活性礦物相，有利于凝膠反應的發生，從而提高砂漿強度，但氣化細渣中的高殘碳(燒失量在20%～60%)會嚴重阻礙礦渣與水泥、石灰的膠凝反應，使其難以作為混凝土和水泥的外加劑[17-18]。若要對氣化灰渣中的未燃碳進行配煤摻燒利用，其高灰分又會影響氣化渣作為補充燃料的摻燒量，增大煤灰量[19]，碳、灰相互制約，阻礙了其資源化利用。因此，氣化渣碳組分的分離是實現氣化渣的高值化、減量化、無害化利用的關鍵[20-23]。

本文概述了氣化渣性質對碳灰分離的影響規律，闡述了國內外不同脫碳方式和設備對脫碳效果的研究進展，總結了當前研究的優勢和不足。結合本課題組前期在氣化灰渣資源化利用方面的基礎和經驗，分析了氣化灰渣未來的發展方向，提出了氣化渣脫碳技術和設備的創新與開發是其未來發展方向，為氣化渣綜合利用技術的開發提供參考。

1 煤氣化渣脫碳主要影響因素

氣化渣脫碳因其氣化工藝和地區煤種的不同，產出的氣化粗渣和、細渣的性質不同。對于不同粒徑、組成及含量、微觀結構的氣化渣，脫碳工藝的選擇也不同，因此需對脫碳的影響因素進行研究和概述[24-28]。

1.1 氣化渣組成及含量對脫碳過程的影響

氣化渣的化學組成和礦物構成是其綜合利用的基礎，也是脫碳工藝技術的重要依托。氣化渣主要由未燃碳、非晶相熔融玻璃體和未完全反應的礦物晶體構成。趙永彬等[29]研究了寧煤集團3個氣化項目的粗渣基本特性，發現其產生的氣化殘渣燒失量差異較大，分別為4.34%、13.4%和39.27%，認為這可能是由于氣化爐不同的工藝條件導致。不同氣化工藝條件的碳轉化率不同，使氣化灰渣殘碳含量差異較大，進而導致燒失量差異很大。高旭霞等[30]對8種粗渣和細渣的可燃物含量進行測定，結果表明，粗渣可燃物含量明顯低于細渣，氣化渣可燃物含量為11%～65%，多噴嘴水煤漿氣化爐粗渣和細渣的殘碳含量均遠小于德士古氣化爐。Wu等[18]研究了氣化粗渣、氣化細渣的殘碳特征(燒失量分別為16.6%、26.4%)，結果表明，粗渣和細渣均含有較高殘余碳，阻礙其在水泥行業的利用，并探討了2種渣通過簡單篩分降低原渣碳含量的可行性。不同爐型、不同氣化條件產出的氣化渣殘碳含量變化較大，對于符合國家相關標準的氣化渣可直接進行利用，對無法直接利用的高殘碳氣化渣，需對其進行脫碳，再實現資源化利用[10]。

Matjie等[26]建立了一種可定量測試灰渣中無定形玻璃體和晶體礦物質的相對含量方法，氣化渣中部分玻璃體和晶體部分主要為富Si-Al的玻璃體、偏高嶺土、Fe-Ca-Mg-Ti相、石英、鈣長石、磷酸鉛鹽等，同時還含有大量的高溫晶相，如鈣長石、莫來石、透輝石等。結合當前國內外研究結果分析可知，無機組分包括非晶玻璃體和晶體礦物質，非晶相主要是由于經高溫氣化后仍處于熔融態玻璃相的渣還未結晶，直接進入水室經歷驟冷過程形成；晶體礦物質是部分顆粒在爐體內停留時間短，未反應即被攜帶排出反應室。

國內外研究主要以Si、Ca、Fe、Al的礦物質晶相以及渣中可燃碳為考察對象，不同地區、不同工藝、不同煤質煤種產生的氣化渣礦物含量雖不相同，但主要元素均為C、Ca、Si、Al、Fe。實現氣化渣的綜合利用、碳-灰的高效分離，需充分考慮其化學組成的共性與特性，因地制宜設計脫碳工藝。

1.2 氣化渣粒度對脫碳的影響

重選、浮選等脫碳方法對入料粒度有嚴格要求，不同粒度的原料需采用與其相適應的分選設備。盛羽靜[31]研究了不同氣化工藝、不同地域氣化灰渣的理化特性，結果表明，粗渣中可燃物含量普遍比細渣低，粗渣粒徑主要分布在大粒徑區域，0～88 mm含碳量<15%，88～125 mm含碳量在30%左右，大于125 mm后，含碳量逐漸減小；細渣粒徑主要分布在小粒徑區域，隨著細渣粒徑的增大，分布在某一粒級的比例越少，含碳量越高，特別是88～250 mm，含碳量均高于50%。Pan等[32]分析了氣流床產生的不同粒徑渣的基礎特性，結果表明，細渣含碳量隨粒度的增大而增大，而粗渣含碳量主要分布在中間粒徑(105～280 mm)，與文獻[31]研究結果不同，細渣大多分布在中間粒級，<20 mm和>65 mm含量較少，這可能是由于氣化工藝不同導致。Guo等[33]通過采用機械攪拌式浮選機發現，對于38～75 mm粒級，浮選殘碳的燒失量為63.5%；<38 mm粒級浮選殘碳的燒失量低于40%，采用機械攪拌式浮選機對不同粒級的氣化細渣浮選效果差異明顯。

綜上，原煤在進入氣化爐后，經高溫氣化被破碎成不同粒徑，氣化渣燒失量與粒級關系密切。氣化細渣的粒徑越大，燒失量越大；氣化粗渣的大粒徑物料燒失量低，產率高，因此基于含碳量與氣化灰渣粒度的變化規律，可采用粒級篩分預處理方式提高碳的分離效率。粗粒級的氣化粗渣經篩分可獲得燒失量很低的物料，直接進行利用；而燒失量相對較高的粗渣細粒級產率并不高，故可燃體分布率不高；氣化細渣可通過篩分實現目的組分的富集。氣化渣粒度對浮選脫碳工藝具有重要影響，氣化細渣粒度組成為三峰分布，粒徑峰值分別為10、50、400 μm，三峰均不在煤泥浮選的常規粒級；氣化細渣在微細粒級(<74 μm)和粗粒級(>250 μm)分布較多，直接在常規浮選機上進行脫碳效果較差，主要是因為微細粒級比表面積大，耗藥量大，且細粒級殘碳與細粒級灰分之間容發生罩蓋現象，降低分選效果。另一方面，粗粒級浮選過程中，由于殘碳顆粒較大，與藥劑作用后黏附于氣泡，上浮中重力較大易使氣泡和殘碳顆粒發生脫附，從而降低脫碳效果，因此，在浮選脫碳過程需充分考慮氣化渣粒度特性。對于細粒級物料，可考慮微泡浮選柱設備或選擇性絮凝浮選，以提高分選效率；對于粗粒級氣化渣，可通過磨礦進行粒度調控后再給入浮選機分選。綜上，氣化渣不同粒級殘碳的分布具有一定規律，通過簡單篩分即可快速實現脫碳，而在浮選過程也需要根據氣化渣粒度特性選用不同的設備、藥劑和工藝。

1.3 氣化渣微觀結構對脫碳的影響

顆粒的微觀結構決定其物理化學性質，原煤經高溫氣化，與氣化劑作用后，表面變得疏松多孔，表面潤濕性也隨之發生變化。Ai等[34]對氣化細渣的表面形貌進行研究，結果表明，經氣化后，氣化渣中未燃碳親水性增強，不利于與捕收劑基體結合，含有球形玻璃微珠和不規則的絮狀未燃燒碳粒，部分未燃碳中有玻璃微珠插入孔隙中，大多數微珠呈單體形式賦存，少量在范德華力作用下沿未燃碳邊緣附著。張曉峰等[35-37]認為，氣化飛灰顆粒為球狀，表面附著更小的球形顆粒，殘碳即使經過氣化，仍呈無定形狀態，飛灰與殘碳之間雖然有部分黏附發生，但不存在灰熔融聚合，這種灰、碳結構為后續的物理方法脫碳提供了依據。

除上述特征外，通過對氣化渣微觀結構的測試發現雖然殘碳與灰分沒有發生大規模熔融聚合，但未燃碳顆粒呈蜂窩狀多孔結構，孔隙豐富，相當一部分的灰分嵌布于孔道中，若直接采用常規的重選、浮選法，很難將碳灰徹底分離，可采取超聲分散或使用分散劑對渣漿分散處理，使碳和灰先解離完全，再進一步分選。另外，未燃碳的多孔結構使其比表面積增大，從而增大了浮選藥劑用量，用于改善碳粒表面疏水性的捕收劑填充于孔道中，降低了與起泡劑分子和氣泡的碰撞幾率，捕收能力減弱，分選指標下降。因此，可在浮選過程選擇性的引入大分子有機基團，可使未燃碳之間相互聚集，增大比表面積，也可填充未燃碳顆粒孔道，達到降低浮選藥劑用量的目的，從而降低分選成本。

氣化渣未燃碳實質上屬于煤炭的一種，但煤氣化細渣經高溫氣化，各項特征(如粒度、疏水性、孔隙率、比表面積等)與原煤的區別較大。因此，氣化渣的脫碳分選既應借鑒煤炭浮選，又應區別于煤炭分選，針對氣化灰渣不同的物化性質，采用物理和化學預處理方法，定向調控顆粒的微觀賦存形態，實現高效分選。

2 煤氣化渣脫碳技術

2.1 浮選脫碳技術

泡沫浮選是利用不同組成礦物表面的疏水性差異，將有用礦物附著在氣泡上并從礦物泡沫中回收，選擇性分離出有價值礦物的方法[38]。泡沫浮選是選礦領域常見的工藝，在廢物處理中應用較廣泛。此外，新的浮選藥劑和浮選設備發展迅速，為處理微細粒氣化細渣碳-灰分離提供了重要途徑。

2.1.1浮選脫碳藥劑

氣化渣脫碳浮選藥劑可選擇性改變氣化渣顆粒的親疏水性，增大殘碳和灰分的可浮性差異，實現碳、灰的浮選分離。Zhang等[39]針對常規浮選難以有效回收未燃碳、藥劑用量大、成本高等問題，采用不同濃度的鹽水(包括NaCl、MgCl2、AlCl3)配置到浮選過程，結果表明，無機鹽陽離子能顯著改善顆粒的可浮性，降低顆粒的Zeta電位，未燃碳回收率明顯提高，Al3+溶液中，泡沫尺寸最小，能增大氣泡與微細粒渣的有效碰撞概率，但未解決浮選捕收劑用量大的問題。鄒濤等[40]利用一種含油廢棄物作為浮選藥劑(煉化廠罐底清理的含油污泥)與氣化細渣的殘碳分離富集，控制氣化渣水溫度為40～80 ℃，pH=7～9，制備得到富碳細粉的含碳量可達89.86%，回收率為61.23%，得到的脫碳尾灰可用于建筑材料，固體廢棄物殘油率為2.27 mg/g，滿足地方環保處置要求，不僅實現了氣化渣固體廢棄物的利用，還降低了處理成本。Guo等[33]通過浮選動力學過程對氣化細渣進行提純，采用新型捕收劑W501和起泡劑W502，實現殘碳與尾灰的分離回收，結果表明，燒失率為24%的氣化細渣經3段浮選流程，精礦產率為20%，燒失率為64.47%，殘碳回收率52.65%，尾礦產率80%，燒失率可降至4%以下。Zhou等[41]研究了細粒未燃碳的浮選效率與捕收劑在碳顆粒表面的分散度，通過采用4種表面活性劑改善碳顆粒的表面性質，將捕收劑與表面活性劑按一定比例混合制成乳狀液，以提高目標未燃碳的疏水性，使浮選更易于發生，浮選結果表明，原料燒失率為9.85%，TX活性劑可使精礦燒失率提至54.43%，未燃碳回收率為79.58%，表面活性劑的加入能控制顆粒-氣泡、顆粒-顆粒、顆粒-油滴的接觸，改善并乳化捕收劑，且能使氣泡更加分散，顯著增強未燃碳與捕收劑的吸附作用。

目前浮選研究仍存在藥劑用量過大、成本不合算、富碳精礦含碳量較低等問題[42]；氣化渣浮選捕收劑和起泡劑的研究大多數集中在復配藥劑或組合藥劑，以降低藥劑成本和環境污染，或在原有藥劑分子基礎上進行改性，新結構選擇性強、捕收能力強的藥劑研發較慢。

2.1.2浮選脫碳設備及工藝

浮選設備的研究大多集中在浮選機、浮選柱、浮選槽上。表1為目前主流浮選設備及其優缺點[43]。

表1 目前主流浮選設備及優缺點

U?urum[44]研究了Jameson浮選機操作參數對未燃碳回收和動力學的影響，結果表明，pH=6.5～7.0、柴油用量3 500 g/t、松油用量2 500 g/t時，可燃碳回收率最佳，達96.5%，灰分脫除率為91.2%，且符合浮選一級動力學模型，浮選模型與試驗結果擬合較好，R2>0.99，說明Jameson浮選機是一種可行的分選設備。

大唐國際化工技術研究院[45]采用浮選法分離煤氣化渣的碳組分，將富碳組分打入制漿磨煤機與氣化煤原料混合回用，可將含碳量15%～40%的氣化渣富集至含碳量80%。張一昕等[46]發明了一種氣化細渣浮選分離脫水系統，其中浮選-脫水裝置預先設置了黑水緩沖槽和浮選藥劑緩沖槽，將黑水和浮選藥劑通過管道給入浮選-脫水裝置，浮選-脫水裝置安裝有真空過濾板、濾餅刮刀、灰濾餅刮刀，在浮選藥劑作用下使碳和灰在真空過濾平臺的槽體形成分層，實現氣化細渣殘碳、灰和水的分離。葛曉東[47]分別采用浮選柱和浮選機對氣化細渣進行提質研究，結果表明，原料灰分50.73%，在浮選機中柴油用量9 kg/t、仲辛醇用量為4.5 kg/t以及礦漿濃度為40 g/L的條件下，可獲得灰分為24.25%、產率為58.05%的浮選精礦產品，在浮選柱中采用與浮選機相同的藥劑制度，可獲得灰分23.66%、精煤產率為54.91%的浮選精礦產品，對比發現浮選柱對氣化細渣的提質效果優于浮選機，這主要是因為浮選柱的微氣泡更多，與顆粒碰撞幾率更大，且氣泡尺寸對氣化細渣中微細粒級的回收具有促進作用。吳陽[48]系統研究了傳統浮選藥劑對氣化渣的正、反浮選效果，正浮選精礦灰分55.36%，尾礦灰分62.82%，反浮選精礦灰分55.27%，尾礦灰分83.62%，反浮選脫碳效果優于正浮選，主要原因是氣化細渣中的親水細灰在碳表面罩蓋現象嚴重，另一方面由于物料粒度過細，礦漿泥化現象嚴重，導致碳、灰難以分離。趙世永等[49]在單槽浮選機中對Texaco氣化細渣進行試驗，先將細渣全部磨至<0.5 mm以下，對柴油、仲辛醇制成乳化混合藥劑浮選后，發現對浮選分離碳、灰過程有明顯改善作用，進一步在浮選時加入超聲波作用，精礦燒失量明顯變化，最佳條件下，精礦燒失量53.07%，尾礦燒失量41.50%。XU等[50]考察了旋流-靜態微泡浮選柱與傳統浮選機對脫碳性能的影響，輕柴油為捕收劑，聚乙二醇和異辛醇復配的組合藥劑為起泡劑，結果表明，在最佳浮選條件下，浮選柱中未燃碳的回收率為89.69%，比浮選機高6.5%，且更有利于<74 μm細粒級的回收，浮選柱尾礦燒失率降至1.99%，主要是因為旋流微泡浮選柱的旋流礦化和管流礦化作用。浮選機對于粗粒級的氣化渣浮選效果優于浮選柱，而浮選柱對細粒級的回收效果明顯高于浮選機，針對不同粒級的氣化渣，應選擇性采取不同的浮選設備，從而達到高效碳灰分離的目的。

目前浮選法仍是氣化渣最主流的脫碳方法，其優勢主要有：脫碳效率高，浮選尾礦的燒失率可降至2%以下；浮選設備價格低，前期投入成本小；氣化過程產生的粗渣和細渣均有較高的含水量，脫水較困難，而浮選過程對入料的含水量無嚴格要求，可直接給入浮選機進行分選。但浮選法的最大缺點是浮選藥劑用量過大，因此高效捕收劑和起泡劑的開發仍是氣化渣浮選脫碳的研究重點。

2.2 重選脫碳

重選是利用顆粒間密度的差異，在重力場作用下實現松散分層分離的過程，是煤炭分選的最主要方法，也是分選煤氣化副產品的重要方法[51]。Charah Environmental,Inc與 UK-CAER[52-53]針對氣化渣脫碳聯合開發了篩分-重選分選流程，并于2001年建立了處理量達100 t/h的氣化渣處理廠，2004年已處理其渣場堆存的14萬t氣化灰渣，該工藝先將氣化渣進行多段篩分，篩上產品為低碳渣，燒失量<5%，篩下產品經水力旋流器分選出富碳燃料產品(燒失量30%左右)和高碳細粒級產品(燒失量>60%)，富碳可做燃燒摻料。楊玉芬等[54-55]采用“先分級，后分選”的工藝，實現了干法流態化方法進行脫碳的分層分選結果，其<0.074 mm下層高灰分物料最終產品產率為86.55%，碳含量<4.0%，工藝簡單，能有效降低灰渣中的碳含量。章新喜等[56]將粗渣與細渣分別給入篩孔尺寸不同的篩分機，再將提純后的碳產品給入脈動液固流化床分選機，分選出產品通過0.03～0.15 mm篩分機或沉淀池處理后，若滿足需要則直接過濾烘干，否則結合浮選獲得最終高碳產品，該工藝可將灰分為65%灰渣分選為灰分27%的碳產品和灰分70%的細粒級尾渣。趙鵬等[57]以德士古水煤漿氣化廢渣為原料，通過搖床重力分離出高含碳量細渣和高硅酸鹽玻璃質灰渣塊，并用分離出的高含碳量細渣燃燒提供熱量，玻璃渣塊進一步烘干粉磨可服務水泥混凝土行業。

目前，氣化渣重選脫碳雖取得了一定成效，但利用重介旋流器、搖床、螺旋溜槽、動篩跳汰機、螺旋選礦機等重選設備對氣化渣進行脫碳的研究較少。另外，由于氣化細渣的粒度較小，而重選過程細顆粒最終運動速度與粒度關系密切，在單一重力場中所受分選力相對于細粒級間的黏滯阻力較弱，脈石礦物和目的礦物之間難以產生足夠的位移差，未來可能在原有重力場的基礎上，疊加離心場或磁場，來強化重選脫碳過程。

2.3 火法燃燒脫碳

火法脫碳利用高溫燃燒將氣化渣中的碳組分直接氧化成CO2排出，同時配備煙氣回收和CO2收集系統[58-62]，實現脫碳和資源的綠色、清潔綜合利用。梅琳等[63-65]考察了物種高碳飛灰的樣品成分，通過控制CFD循環流化床鍋爐的床壓、風速等，二次灰含碳量穩定在5%左右，最大脫碳效率可達75%。王金福等[66]提供了一種煤氣化灰渣氧化脫碳制灰分聯產蒸汽的方法，試驗裝置示意如圖1所示。采用快床-密床組合循環反應器，快床反應器氧化脫碳率約80%，脫碳后灰渣進入密床反應器中脫碳率可達99%，灰分產品含水量低于0.5%，燒失量低于5%，同時實現了熱值副產蒸汽。

圖1 氣化渣脫碳聯產蒸汽裝置示意

火法脫碳是脫除氣化渣中未燃碳最徹底、最直接的方法，但由于氣化渣中含碳量相對較低，傳統的燃燒方法脫碳率低，需要補充氣體助燃，同時燃燒初期為了達到碳的燃點，需額外的燃料來維持爐溫，造成火法脫碳通常需要比其他脫碳工藝更高的建設和運行成本。

2.4 電選脫碳

電選主要利用顆粒進入靜電區域后，在靜電、摩擦、旋轉等作用下，利用顆粒的電物理性質和帶電差異，實現碳飛灰與礦物質飛灰的分離[67-68]。

文獻[68-71]對高壓靜電脫碳進行了研究，圖2為電選試驗裝置，該方法脫碳效果良好，電場強度、風量、電壓、結構等對分離效果影響較大，可燃碳與無機礦物之間的相對分離程度對分離效果影響很大，而細小顆粒的影響相對輕微，粒度越大，這種影響越明顯。Schoffstall等[72]對3種高燒失量灰渣進行干法分選，采用超聲篩和摩擦電選結合技術，結果表明，篩分對摩擦電選效果有促進作用。Jiang等[73]認為，顆粒摩擦荷電是摩擦電選帶電的主要因素，并在試驗中加入銅粉增加了顆粒表面的荷電量，說明混合銅粉可提高灰的分選效率。雖然電選脫碳在煤基灰渣分選中取得一定效果，但對氣化細渣，由于其表面疏松多孔，含水率較高，需要解決脫水烘干問題才能應用于氣化細渣脫碳。另外，高壓靜電分選的局限性為：碳、灰的單體解離度較低時，灰與碳相互連結，電選方法無法實現，各成分礦物摩擦帶電相互干擾大，易出現帶電不均勻現象，影響分選效果[74]。因此，電選脫碳在實驗室雖已被證實是成功可靠的，但需要先克服氣化渣脫水干燥和電選如何工業化的問題。

圖2 電選試驗裝置示意

2.5 總結

浮選法、重選法、燃燒法、電選法4種脫碳技術匯總見表2。

表2 氣化渣脫碳方法

浮選法可有效實現氣化渣殘碳和灰分的分離，分選效率較高，工藝簡單，設備投資成本小，但藥劑消耗量大，成本不合算，藥劑進入水體無法回收，易污染水體。因此，在后續研究中，可進一步探究氣化渣耗藥量大的原因，采用更綠色、廉價、用量少的藥劑體系。重選法具有處理量大、生產成本低、環保等優點，但重選過程脫碳效果略低于燃燒法和浮選法，除高碳、低碳產物外，還會有部分富碳產物。相比于浮選法和重選法，燃燒法最大的優勢在于脫碳比較徹底，碳組分直接轉化為CO2，隨煙氣排出，產生的廢氣易造成環境污染。電選設備、技術和理論具有一定的先進性，但由于氣化渣的水分含量高，限制了其在氣化渣脫碳方面的應用。

氣化渣脫碳未來發展趨勢主要有：

1)高效低成本藥劑分子設計。要求該藥劑既可強力捕收渣中的碳組分，同時避免與灰分產生吸附作用，且藥劑消耗量小、無環境污染，生產成本低；目前浮選藥劑主要是通過煤油、柴油等非極性捕收劑改善殘碳的表面疏水性，而對灰分幾乎無作用。若能針對無機組分的Si、Al、Fe氧化物選擇性抑制，或許可提高脫碳效果。另外，目前使用的捕收劑，藥劑用量大、成本高制約著氣化灰渣浮選脫碳的發展，應對現有殘碳捕收劑改性進行深入研究，特別是捕收劑乳化和組合捕收劑的開發。

2)基于微觀結構，若能在浮選過程前加入分散過程，如超聲波分散、選擇性分散絮凝等方法，將附著在煤粒表面的微細粒球形灰分分開，有望提高浮選脫碳效果。

3)脫碳新設備的研發。目前在各脫碳技術研究領域，新型脫碳設備的研發極具前景。以浮選脫碳為例，近年來新設備的研發進展較緩慢，主要在向大型化方向發展，亟需開發針對微細粒物料的浮選設備。重選設備方面，在單一重力場中所受分選力相對于細粒級間的黏滯阻力較弱，脈石礦物和目的礦物之間難以產生足夠的位移差，未來可能在原有重力場的基礎上，疊加離心場或磁場，多場強化重選脫碳過程。

3 結論及展望

我國煤化工行業每年排出大量的氣化渣，但限于其含碳量高、碳-灰難以分離等問題，制約著氣化渣綠色、清潔、高值化資源利用。目前國內外氣化渣脫碳利用技術主要包括：浮選法、重選法、電選法、火法燃燒。這些方法在分選過程中仍面臨諸多問題：浮選法分選效率高，但藥劑成本高；電選法由于氣化細渣含水率高，需預先解決其脫水問題，再進行電選，因此限制較多；火法燃燒過程中熱量和CO2回收的問題亟待解決；重選法過程清潔無污染，但分選效率低，需進一步提高分選效率。隨著煤基固廢治理研究的深入開展，未來氣化渣脫碳的研究方向有：

1)在基礎研究方面，氣化渣基礎物性研究仍有很多不足，如氣化渣中碳的賦存狀態、氣化渣中碳的大分子模型等，對脫碳工藝有重要影響，需進一步研究。

2)在脫碳工藝方面，目前脫碳工藝大多采用單一的重選或浮選流程，對多種脫碳工藝的同時耦合的探究較少，可通過結合2種或2種以上的脫碳工藝，提高脫碳效率。