煤氣化渣資源化利用

張麗宏，金要茹，程芳琴

（山西大學資源與環境工程研究所，國家環境保護煤炭廢棄物資源化高效利用技術重點實驗室，山西 太原 030006）

中國是世界第一產煤大國，也是煤炭消費的大國。2021 年，全國累計生產煤炭40.7 億噸，比2020 年增長4.7%[1]。煤氣化技術作為重要的煤炭清潔利用技術迅速發展，但是煤氣化過程中會產生大量的煤氣化渣，據統計我國每年煤氣化渣的排放量超過3300萬噸[2]。目前煤氣化渣綜合利用率低，且尚未大規模利用，堆存和填埋仍然是煤氣化渣的主要處置方式[3]，不僅占用了大量土地，而且造成土壤和水體污染。因此，煤氣化渣的資源化利用是國家生態環境高質量發展的迫切需求。

2022年6月，我國在ESG全球領導者峰會上向國際展示和傳播了在實現雙碳目標方面所取得的成就。“十四五”期間，煤化工產業向更加高效、低碳和節能，產品高端化、高價值化的方向發展，煤氣化技術也朝著降低裝置投資、優化工藝流程、減少能耗物耗、運行可靠性高的方向邁進[4]。目前對煤氣化渣在廢氣廢水吸附、建工建材領域、農業等方面得到應用，但是煤氣化渣利用的技術大部分還處于實驗室研究階段，沒有實現大規模工業化利用，如何將煤氣化渣中豐富的鋁、硅、碳等資源高效利用是急需解決的問題。

綜上所述，本文從煤氣化渣的來源及危害、煤氣化渣的基本性質、煤氣化渣用于制備材料和煤氣化渣的應用4個方面的研究現狀進行概述總結，對利用技術所存在的問題、應用前景進行了分析，提出了在分級利用的基礎上實現鋁、硅、碳資源的協同利用并進行規模化利用的發展方向，以期為煤氣化渣資源化利用提供參考。

1 煤氣化渣的來源及危害

煤化工指以煤炭為基本原料，經過物理和化學的一系列加工，使煤炭轉化為氣體、液體、固體燃料及化學品和材料的過程[5]。煤氣化技術是發展現代煤化工的關鍵環節和抓手[6]。當前應用比較普遍的煤氣化技術有固定床氣化技術、流化床氣化技術和氣流床氣化技術[7]，其中氣流床氣化技術成為了煤炭高效清潔利用的主流方式。

煤氣化過程中，原煤在氣化爐內經高溫快速分解，然后與氣化劑進行反應轉化為合成氣。在這個過程中生成煤氣化渣，其中從氣化爐底部排出的氣化渣通常稱為粗渣，占比為60%～80%，頂部隨氣流攜帶而出的稱為細渣，占比為20%～40%[8]。

隨著煤氣化技術的不斷發展，產生的廢渣也逐漸增多，大量的煤氣化渣堆積不僅會造成灰塵飛揚污染環境還占用了土地資源，造成了環境污染和生態破壞[9-10]。因此，迫切需要對其進行減量化、資源化和無害化處置，提高其利用率，緩解或消除環境問題，推動生態文明建設。

2 煤氣化渣的基本性質

2.1 組分分析

2.1.1 元素組成

煤氣化渣主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和殘炭組成，但是原煤產地不同、氣化爐型不同，所產生的氣化渣元素組成有所不同，見表1。鄂爾多斯煤在多噴嘴對置式水煤漿氣化爐生成的粗渣和細渣中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO總質量分數都大于90%，殘炭在粗渣、細渣中質量分數相近，分別為32.44%、39.66%[11]。陜西煤在多噴嘴對置式水煤漿氣化爐生成的粗渣和細渣中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO總質量分數都大于85%，粒徑較大的細渣含碳量比粒徑小的高[12]。陜西煤在Texaco氣化爐產生的粗渣和細渣主要成分為SiO2、Al2O3、CaO和殘炭，總質量分數都大于80%，殘炭在粗渣、細渣中質量分數分別為18.89%、36.12%[13]。寧東煤在煤氣化裝置產生的粗渣和細渣的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO總質量分數都大于85%，細渣含碳量高于粗渣[14]。寧東煤在Texaco 氣化爐產生的細渣的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO總質量分數大于80%，含碳量不超過10%[15]。此外，寧東煤在Texaco氣化爐、四噴嘴氣化爐、GSP氣化爐產生的3種煤氣化渣SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO總質量分數都大于85%，Texaco氣化爐殘炭質量分數最高，其次是四噴嘴氣化爐，最后是GSP 氣化爐[16]。

2.1.2 礦物組成

煤氣化渣是由礦物質和未燃炭顆粒組成，礦物質種類和形態多而復雜，對礦物組成進行分析有利于煤氣化渣的高效利用。通過XRD分析氣流床煤氣化生成的粗渣和細渣的礦物組成，發現細渣中礦物質的主要成分為石英和莫來石，粗渣中礦物質除了石英和莫來石以外還有鈣長石[17]。對于不同的煤種和爐型，煤氣化渣的礦物組成不同。Texaco氣化爐產生的氣化爐渣玻璃相和無定形殘炭含量很高，達到90%以上，另外還存在石英、方解石和斜長石等晶相[13]。對寧東煤在Texaco、GSP氣化爐所產生的粗渣與細渣中的礦物組成進行分析，由圖1可知，4種灰渣以無定形為主，均含有石英相，同時Texaco粗渣中還含有少量鎂鋁柱石，細渣中有少量三氧化二鐵，GSP 粗渣中存在鈣鋁長石[18]。帥航等[19]對魯西航天爐、陜西Texaco 氣化爐、神木化工Texaco 氣化爐及山東多噴嘴對置式水煤漿氣化爐產生的煤氣化渣的礦物組成進行分析，結果表明氣化爐渣主要由非晶相組成，不同氣化爐渣的晶相不同，石英為主晶相，其次為方解石。

圖1 Texaco、GSP灰渣的XRD圖譜[18]

2.2 微觀形貌

由于煤氣化渣中粗渣和細渣的水分、揮發分、礦物組成、含碳量、粒徑分布等性質存在較大差異，因此煤氣化渣的微觀形貌也不相同。通過SEM 表征得出煤氣化渣由球體和絮狀物組成，且粗渣中的絮狀物和球體是連續分布的，而細渣中是分離的[20]。相關文獻報道粗渣呈片狀或顆粒狀，表面光滑密實，部分渣樣完全熔融并團聚成球狀，而細渣呈絮團狀，表面呈蜂窩狀，見圖2[17]。

圖2 煤氣化渣的SEM圖譜[17]

不同的煤種、爐型所產生的煤氣化渣的微觀形貌也不相同。Texaco氣化爐產生的煤氣化渣中存在未燃燒炭顆粒和灰暗的玻璃狀顆粒，且粗渣比細渣中的玻璃狀顆粒的含量高很多[21]。新疆準東中低變質程度煤在Texaco 氣化爐產生的爐渣為多孔結構，殘炭多為海綿狀多孔結構，渣樣分布不均勻且疏松多孔[22]。寧東煤在煤氣化裝置中產生的粗渣含有很多不規則塊狀的物體，細渣中含有球形微珠，且球顆粒較大，球狀顆粒表面附著許多疏松多孔的絮狀物質[14]。另外，寧東煤在Texaco、OMB及GSP氣化工藝所產生的煤氣化細渣中的物質可分為黏結球形顆粒、多孔不規則顆粒和孤立的大球形顆粒，且相互錯雜分布[15]。陜西某型氣化爐產生的煤氣化細渣主要由疏松多孔的焦炭顆粒和部分高溫下熔融的球形灰顆粒組成[23]。

綜上可知，不同煤種、不同工藝以及不同氣化裝置的煤氣化渣的元素組成和礦物組成存在差異，形貌也不相同。煤氣化渣的礦相成分主要是由非晶相鋁硅酸鹽和少量的晶相礦物質組成。粗渣大多呈顆粒狀或片狀，表面光滑密實，細渣則呈絮團狀，表面蓬松且較多孔隙。由于煤氣化渣中含有大量的SiO2、Al2O3以及比較豐富的碳資源和多孔結構，為其在廢氣廢水吸附、建工建材、農業等領域應用提供了重要的基礎。

3 煤氣化渣用于制備材料

結合煤氣化渣含碳量高、鋁硅含量高、比表面積較大、孔隙結構比較發達等特點，對其進行資源化利用，利用煤氣化渣制備介孔材料、活性炭、復合材料，從而實現分級資源化利用。

3.1 煤氣化渣制備介孔材料

煤氣化渣含有大量的硅元素，可以用來制備介孔材料，且由于介孔材料豐富的孔隙結構和較高的比表面積，因此具有良好的應用前景[24]。Du等[25]將煤氣化渣經過濃度為4mol/L的乙酸處理后，其比表面積增加到105.9m2/g；經過相同濃度的鹽酸處理后，其比表面積得到大幅度提高，增加到430.0m2/g，并且隨著鹽酸濃度的增加，介孔量也逐漸增加。Zhang等[26]利用鹽酸處理煤氣化細渣（SiO238.28%、Al2O317.53%、Fe2O35.83%、CaO 7.48%），Fe、Ca等金屬氧化物溶出，得到比表面積和孔體積分別為541m2/g和0.543cm3/g、孔徑主要在2～8nm范圍內介孔吸附劑，并將其進行胺改性用于吸附CO2。同樣采用鹽酸酸浸處理煤氣化細渣，Liu 等[27]將煤氣化細渣（SiO243.09%、Al2O319.23%、Fe2O36.39%、CaO 8.20%）利用鹽酸酸浸，600℃高溫焙燒制備比表面積為364m2/g、孔體積為0.339cm3/g、孔徑主要在2～6nm 范圍內的介孔玻璃微球（圖3），由圖可見，浸出金屬氧化物的介孔玻璃微球表面孔結構豐富。

為了提高煤氣化渣中硅的利用率，對煤氣化渣進行堿活化。溫龍英[28]采用碳酸鈉焙燒活化-鹽酸酸浸處理煤氣化細渣（SiO247.67%、Al2O317.36%、Fe2O36.30%、CaO 16.25%），制備比表面積為1573m2/g、孔體積為1.04cm3/g、孔徑在2～3nm 范圍內、純度高達99.6%的二氧化硅介孔材料。李辰晨[29]將煤氣化渣（SiO240.80%、Al2O320.07%、Fe2O311.58%、CaO 19.29%）通過鹽酸酸浸-NaOH 活化獲得了化學活性高的高硅原料，然后通過溶膠-凝膠工藝制備比表面積為1347m2/g、孔體積為0.83cm3/g、孔徑在2.91～3.65nm范圍內的有序介孔硅基材料MCM-41。

利用煤氣化渣中的硅元素制備高附加值的介孔材料是煤氣化渣資源化利用的有效方式，煤氣化細渣由于具有較高的硅鋁含量，比表面積較大，相比于煤氣化粗渣，細渣中的鐵、鈣含量較低，更適用于制備介孔材料。煤氣化渣作為一種高溫燒結的非晶態為主的煤基固廢，利用酸浸方式，尤其是鹽酸等強酸能有效除去Fe、Ca 等可溶性金屬鹽，得到具有豐富介孔結構的無定形二氧化硅材料。酸浸工藝具有簡單、易操作的優點，但產生多組分復雜廢液，因此要考慮對浸出液的處理與處置問題。

3.2 煤氣化渣制備活性炭

煤氣化渣的含碳量很高，通過直接活化和殘炭分離兩種方式可以制備具有高附加值的活性炭。Wagner等[30]發現煤氣化粗渣中殘炭具有較高的比表面積和微孔體積，可作為活性炭或優質炭產品的前體。采用水蒸氣作為活化劑，可將煤氣化粗渣中炭質成分轉化為活性炭，然后通過水熱晶化反應制備出活性炭/沸石復合材料，并應用于吸附去除水溶液中亞甲基藍和重金屬Cr3+[31]。用KOH對煤氣化渣進行活化，然后負載Fe3+制備煤氣化渣基活性炭，當Fe負載量21%、甲基橙初始濃度250mg/L時，對甲基橙的降解率達97%[32]。Xu等[33]將煤氣化細渣用KOH活化法制備比表面積為2481m2/g，孔容為1.71cm3/g的活性炭，并應用于吸附工業廢水中的Pb2+。

煤氣化渣經過浮選提碳后可用來制備活性炭。相關文獻指出將氣化細渣經過泡沫浮選獲得的炭渣利用KOH 進行堿熔-水熱反應（KOH 和碳的反應機理見圖4），可以制備總比表面積和孔體積分別為574.02m2/g 和0.467cm3/g 的炭基多孔材料，并應用于吸附廢液中的亞甲基藍[34]。此外，Miao 等[35]將泡沫浮選后的煤氣化細渣通過KOH 活化制備比表面積為1187m2/g、孔容為0.89cm3/g的活性炭，用于CO2捕集。劉冬雪等[36]將煤氣化爐渣浮選分離出的精炭通過KOH活化法制備出了比表面積為1226.76m2/g、孔容為0.694cm3/g的活性炭。利用CO2活化煤氣化渣的浮選精炭同樣可以制備活性炭。胡俊陽[37]在活化溫度為900℃、時間為2.0h、CO2通氣量為0.80L/min的活化條件下制得活性炭的比表面積最大為533.2m2/g。

圖4 KOH和碳的反應機理示意圖[34]

目前，煤氣化渣脫碳技術主要是浮選法，浮選得到的殘炭經過活化可制備活性炭，但是這種方法對殘炭含量要求很高，一般只適用于煤氣化細渣，有一定的局限性。不同的煤種和氣化工藝產生的煤氣化渣的特性、粒度差異較大，需要選取適宜的浮選工藝和設備。此外，浮選的流程復雜、藥劑消耗量大、生產成本高、難以實現大規模工業生產，浮選后剩余鋁、硅和殘炭的再利用也是需要解決的問題。針對浮選法脫碳存在的問題，采取的措施如下[38]：① 開發高效低成本浮選藥劑，且藥劑消耗量小、無環境污染；② 改進浮選設備，不同浮選設備適選粒級不同，應針對不同粒級選用合適的浮選設備；③ 改進浮選工藝，例如在浮選過程前加入超聲波分散、選擇性分散絮凝等分散方法，以期提高浮選脫碳的效果。

3.3 煤氣化渣制備復合材料

由于煤氣化渣含有豐富的鋁、硅和碳資源，而且互相夾雜，考慮對其進行綜合利用。以煤氣化渣為原料合成復合材料是其資源化利用的重要途徑之一。通過活化、酸堿改性等方法制備的復合材料具有優良的吸附性能。將煤氣化細渣作為硅鋁源和碳源，依次用鹽酸和氫氧化鈉進行酸、堿改性可制備P型沸石/碳復合材料，用于吸附去除結晶紫[39]。顧彧彥等[40]利用KOH活化-鹽酸浸出法將煤氣化細渣制備比表面積高達1347m2/g、總孔體積為0.69cm3/g的碳硅復合材料，然后采用過硫酸銨氧化法對其進行表面改性，溶液pH 為5 時，改性碳硅復合材料對Pb2+的去除率可達98.2%。以煤氣化細渣為原料，采用物理活化-鹽酸酸浸法，以水蒸氣為活化劑制備比表面積為765m2/g，孔容為0.64cm3/g 的炭硅復合材料，對Pb2+的去除率為92%；采用化學活化-鹽酸酸浸法可以得到比表面積和孔容更高的炭硅復合材料，以K2CO3為活化劑，得到的炭硅復合材料比表面積為886m2/g，孔容為0.75cm3/g，對水溶液中Pb2+的去除率提高到98%[41]。何軍[42]通過濃鹽酸和氫氟酸酸洗煤氣化細渣獲得了高石墨化的殘炭，利用化學共沉淀法將納米四氧化三鐵負載于氮摻雜殘炭表面，獲得了磁-碳結構的復合材料，當填充量質量分數為40%時，在1.5mm 厚度下有效吸收帶寬為4.32GHz，具有優異的吸波性能。

煤氣化渣還可以用來制備高分子復合材料。Ai等[43]將煤氣化細渣脫碳獲得的玻璃微珠作為填料，利用鹽酸和硅烷偶聯劑對其進行改性，與聚丙烯熔融復合制成復合材料，可以提高聚丙烯材料的熱穩定性。艾偉東[44]通過氣流分級技術處理煤氣化細渣之后，將其摻入低密度聚乙烯基體中，制備了低密度聚乙烯/煤氣化細渣復合材料，發現煤氣化細渣的粒徑越小，復合材料的抗拉強度越大。Zhang等[45]發現鹽酸酸浸后的煤氣化細渣引入聚丙烯中制備的復合材料，當填料質量分數為30%時，復合材料的抗拉強度、沖擊強度和抗彎強度分別比普通的填料高49.84%、70.81%和139.63%。

煤氣化渣具有高的含碳量，鋁、硅元素大都以非晶態的鋁硅酸鹽的形式存在，雜質成分主要包括鈣、鎂、鐵、鈉和鈦等元素，這些元素都互相夾雜、難以分離。針對煤氣化渣高碳、高雜導致其難以資源化利用的問題，中科院過程所胡文豪[46]提出“質子酸循環活化-稀堿脫硅-尾渣分質利用”工藝思路，采用循環酸浸法對氣化渣進行活化除雜，高效溶出賦存于玻璃相內部的鋁資源，并以循環酸液為原料制備聚鋁產品；經活化后的煤氣化渣在低堿濃度下可高效脫硅，脫硅液可制備高模硅酸鈉溶液；最后針對活化與脫硅后的尾渣碳含量高的特點，分選高碳渣用于氣化爐循環摻燒，低碳渣去除殘炭后用于發泡陶瓷材料的制備。該工藝不僅實現了鋁、硅、碳資源的協同利用，而且實現了煤氣化渣碳資源的回收利用，極大程度地發揮和利用了煤氣化渣的價值，對煤氣化渣的資源化利用提供了思路。

現有的煤氣化渣在制備材料方面的研究主要針對煤氣化細渣，粗渣由于含碳量較細渣低，雜質含量較高，難以制備高附加值材料，在此方面的研究較少。應根據煤氣化粗渣和細渣的性質差異開展針對性的研究，提高煤氣化渣的綜合利用率，加快資源化利用進程。

4 煤氣化渣的應用

目前，國內外對于煤氣化渣應用的研究主要集中在吸附、建工建材（水泥、混凝土及磚材等）、農業等方面。

4.1 煤氣化渣在吸附方面的應用

煤氣化渣比表面積較大、孔隙發達且含有一定的殘炭，多作為吸附劑處理氣體和工業廢水污染物[47]。Zhang 等[48]以煤氣化細渣為原料，制備出具有優異吸附性、高熱穩定性、低成本的吸附劑。在273K 時對丙烷的最大吸附量可達121.61mg/g；并將其應用于去除聚丙烯樹脂中的VOCs，其除臭效果是常用沸石除臭劑的近3 倍，吸附了50%VOCs。Miao 等[49]利用KOH 對煤氣化細渣進行活化，制備的活性炭具有高的CO2存儲能力和快速的吸附速率，可在1min內吸收86%CO2。

用煤氣化渣制備的吸附材料可用來去除廢水中的磷酸鹽和氨氮。有文獻指出煤氣化渣對磷酸根具有較好的解吸效率和再吸附能力，在pH 為7、投料量為2.5g/L、時間為480min的條件下，其飽和吸附量達到3.9984mg/g，說明煤氣化渣具有作為磷肥緩釋劑的潛力[50]。煤氣化渣經鹽酸浸-氫氧化鈉堿熔后得到碳/沸石復合材料，采用硫酸鐵對其進行改性，改性后復合材料對和的去除率分別達到88%和99%[51]。將煤氣化粗渣經氫氧化鈉堿熔-水熱處理后可以制備熱穩定性良好、比表面積大的NaP 沸石，當投加量為20g/L、溶液pH 為7、吸附時間為90min 時，NaP 沸石對廢水中的氨氮最佳去除率為92.45%，吸附量為4.56mg/g[52]。馬超等[53]將煤氣化渣經過水介旋流器分選后得到的富碳細渣制備成氨氮吸附劑，當溶液初始pH為6.8、氨氮初始濃度為60.0mg/L、接觸時間為1min 時，吸附劑對氨氮平衡吸附量可達3.5mg/g，氨氮去除率為51.01%。

用煤氣化渣制備的吸附材料還可以用來去除廢水中的重金屬離子。趙鵬德[54]研究了煤氣化細渣制備的單一相A型沸石對廢水中重金屬Pb2+、Cu2+的去除效果（圖5），當沸石材料投加量為1.5g/L、pH為6、吸附時間為250min 時，廢水中重金屬Pb2+、Cu2+的去除率均可達到99%以上。Duan等[55]利用煤氣化渣吸附含低濃度汞的廢水，發現其達到吸附平衡僅需10～40min，對Hg2+表現出良好的選擇性。

圖5 沸石投加量和溶液pH對重金屬離子去除率的影響[54]

綜上，將煤氣化渣通過活化、酸堿改性等方法處理后可獲得性能優良的吸附材料。與煤氣化粗渣相比，細渣因其含碳量較高、比表面積較大、殘炭表面孔隙較發達，更適用于制備吸附材料。但是存在缺乏實際工程經驗、技術復雜、水體二次污染等問題，限制其產業化應用。

4.2 煤氣化渣在建工建材領域的應用

目前煤氣化渣利用主要應用在建工建材領域，包括制備水泥、混凝土、墻體材料和道路材料等。在水泥漿體中摻入煤氣化渣能起到成核作用，有利于水泥發生水化反應，提高水泥漿體中水化產物數量，縮短凝結時間，提高水泥漿體抗壓強度[56]。Luo 等[57]發現脫碳煤氣化粗渣有利于水泥砂漿的流動性，粉煤灰具有良好的火山灰活性，兩者協同作用對水泥基材料的流動性和強度產生良好的影響。盛燕萍等[58]指出煤氣化渣摻量為20%時，水泥砂漿的抗壓強度、劈裂強度、收縮特性等性能最佳，可部分取代水泥中的礦物成分用于道路基層材料。杭美艷等[59]將煤氣化粗渣篩分研磨，配制復合激發劑進行活性激發制備煤氣化渣微粉膠凝材料，發現激發后該材料的結晶度和密實度較高，可應用于水泥混凝土中提高水泥漿體密實程度和抗壓強度。劉開平等[60]通過在混凝土中加入18%研磨后的煤氣化粗渣，提高了抗壓強度，而混凝土中加入煤氣化細渣抗壓強度降低。氣化渣的加入還可以提高堿激發混凝土的坍落度以及早期強度，且氣化渣越細，混凝土坍落度也就越大，強度也越高，越有利于改善堿激發混凝土的抗凍融循環性能[61]。

牛國峰[62]以煤氣化渣為主原料，加入黏結劑和添加劑，在煤氣化渣摻量為45%（質量分數）條件下制得抗壓強度為49.71MPa 的燒結磚，摻量為60%（質量分數）可制備出抗壓強度為4.17MPa、孔隙率為71.16%的發泡產品。工程實踐表明，煤氣化渣作為路面基層材料不僅可滿足各等級公路基層材料強度要求而且抗凍性良好[63]。此外，煤氣化渣能夠大幅度提高環氧樹脂砂漿的抗壓性能、黏結性能、強度和韌性，有助于其在道路修補材料方面的推廣應用[64]。

煤氣化渣在建工建材領域應用十分廣泛，主要用于制備建筑材料，見表2。參考GB/T1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中規定，燒失量超過10.0%不能用于建筑材料。煤氣化細渣的燒失量較高，故不適用于制備建筑材料。而煤氣化粗渣中殘炭含量比細渣低，結構密實、穩定性高，摻入混凝土中能大幅度提高其抗壓強度，制備墻體材料和道路材料可以增加其密實度、強度和耐久性，并且對粗渣的處理工藝簡單，更適用于在建工建材領域的應用[65]。因此對于煤氣化細渣在此方面的利用，應采用浮選、焙燒等方法降低殘炭含量，通過分選方法選出碳含量較低的細渣。目前煤氣化渣在在建工建材領域的應用大都處于實驗室研究階段，綜合利用率低，有待對煤氣化渣進行深入的研究。

表2 煤氣化渣作為建筑材料的分析

4.3 煤氣化渣在農業方面的應用

基于煤氣化渣的特點，煤氣化渣在改善土壤理化性質及保存土壤中有機質肥料方面發揮很大的作用。煤氣化渣的加入可以提高農作物的產量，還可以優化生態環境，使土壤酸堿得到改善、有機質分解加快、豐富土壤中的營養元素[66]。煤氣化渣可以加快豬糞好氧堆肥進程，促進有機物的分解，提高堆肥效率，還可以降低堆肥產物中生物有效態Cu和Zn 的含量[67]。另外煤氣化渣和沙土復配有利于沙地苜蓿生長[68]。朱丹丹[69]研究了煤氣化細渣對土壤理化性質、玉米和小麥出苗率及大田玉米產量和質量的影響，煤氣化細渣的摻入降低了土壤容重、pH 和水分蒸發率，提高了飽和吸水量、碳含量、陽離子交換量；煤氣化細渣使盆栽實驗中玉米和小麥的出苗率提高至100%；大田實驗中，改良組玉米生長情況優良、籽粒品質提高且產量增加了18%。煤氣化細渣還可以用作堿性沙地土壤改良劑，研究表明施加20%的煤氣化細渣使得土壤容重降低、含碳量顯著增加、pH 降低、陽離子交換容量增加、持水能力增加，且用作天然土壤改良劑不僅可以提高土壤理化性質，而且為煤氣化細渣的安全和環境友好利用提供了新途徑[70]。此外將煤氣化細渣與粉煤灰、硅藻土、水淬鋼渣等硅源材料相比，在相同的加工條件下，煤氣化細渣可提取硅含量較高；并且在溫室中利用不同質量的煤氣化渣進行了120 天的水稻生長實驗，在1%～5%范圍內，煤氣化細渣摻量越多，水稻生長效果越顯著[71]。

煤氣化渣在農業方面的應用取得了良好的效果，其疏松透氣的結構有利于保持水分和養分，促進了農作物的生長、提高了土壤的透氣性。相比于煤氣化粗渣，細渣具有較小的粒徑和多孔結構，更適用于土壤改良方面的應用[72]。此外煤氣化渣中含有的鈣、鎂能夠促進有機質的分解，可以用作有機肥添加劑，但煤氣化渣中含有重金屬，可能會造成一定的環境危害，需要對其環境風險進行深入研究。

5 結語

隨著煤氣化技術快速發展，煤氣化渣的產生量也越來越大，對煤氣化渣進行高值化、規模化、無害化利用是目前需要解決的問題。建議在分級利用的基礎上實現鋁、硅、碳資源的協同利用；對相互夾雜的鋁、硅、碳全利用的基礎上實現其規模化利用。基于煤氣化渣產量大、鋁硅碳資源豐富、比表面積較大、孔隙結構比較發達的特性，現有煤氣化渣的資源化利用前景如下。

（1）對煤氣化渣進行分級利用，高效提取其中的鋁硅和碳，并用于制備介孔材料及活性炭，實現煤氣化渣的資源化利用。但煤氣化渣制備高值化產品過程中廢液的處理也是需要解決的問題，如酸浸提取鋁硅后的含鐵鈣及重金屬的強酸性廢液，浮選提取碳元素后產生的有機廢液。另外，還需考慮制備材料過程中剩余含鋁、硅及碳殘渣的回收利用。因此應開發新的制備技術將鋁、硅、碳資源化協同利用，盡可能發揮其最大利用價值。

（2）煤氣化渣在建工建材、農業等領域的應用雖然在一定程度上取得了良好的效果，但存在技術復雜、利用率低等問題，大都處在實驗室研究階段或試驗推廣階段，無法實現規模化利用。應開發工藝簡單、可行性強、易工業化且具有一定經濟效益的資源化利用綜合技術。

（3）相比于煤氣化粗渣，煤氣化細渣由于含碳量和硅鋁含量較高，Fe、Ca 等雜元素含量較低，比表面積較大，更適用于制備高附加值材料。且細渣的粒徑較小、孔隙較發達，在吸附、土壤改良方面的應用較多。而粗渣殘炭含量比細渣低，結構密實、穩定性高，在建工建材領域的應用廣泛。因此應根據煤氣化粗渣和細渣的組成、結合和性質特點開展針對性的研究，提高煤氣化渣的綜合利用率，加快資源化利用進程。