综述：中国煤气化渣的三重属性及其关联概述：资源、材料与环境

该综述聚焦煤气化渣（CGS）的资源、材料与环境三重属性，定量分析其粒度、孔参数等资源属性，总结对应材料开发进展，评估环境风险，揭示属性间关联（如碳含量、粒度与重金属的相关性），提出分级分类利用的绿色发展方向。

　　

煤气化渣的三重属性与关联分析

一、研究背景与现状

煤气化是煤炭清洁高效利用的主要方式，中国自 “十二五” 以来现代煤化工发展迅速，气流床加压气化工艺应用广泛，其中内蒙古气化炉数量最多，GE 和 OMB 气化炉应用占比显著。随着煤气化技术普及，煤气化渣（CGS）年排放量预计超 7000 万吨，目前主要通过地面堆存或填埋处理，造成资源浪费与环境风险。尽管政策鼓励固废循环利用，且学者已在 CGS 物化性质、碳灰分离等领域取得成果，但缺乏对其三重属性（资源、材料、环境）的系统梳理与关联分析。

二、三重属性定义

• 资源属性：CGS 未开发为产品的自然物质、特性或潜力，包括物理化学性质与结构（如粒度、孔参数、化学成分等）。
• 材料属性：基于资源属性可开发为具有特定功能的材料或原料的特性（如作为回填材料、建筑材料等）。
• 环境属性：CGS 在利用过程中对环境的潜在影响，如重金属等污染物的迁移风险。

三、资源属性分析

1. 粒度分布
   CGS 分为煤气化粗渣（CGCS）与细渣（CGFS），其粒度分布与残碳含量、孔结构、矿物含量相关。统计显示，CGCS 与 CGFS 在不同粒径范围（0~0.1 mm、0.1~0.25 mm 等）的质量占比存在显著差异，反映出两者在资源属性上的区别。
   
   
2. 孔参数与残碳、灰分
   CGCS 通常孔径较大，孔隙率较低，残碳含量较高；CGFS 则孔径较小，比表面积更大，灰分含量更高。残碳可作为燃料回收利用，而高灰分特性为材料开发提供了矿物基础。
   
   
3. 化学成分与稀土元素（REE）
   CGS 主要化学成分为 SiO₂、Al₂O₃、CaO 等，其中 CGFS 中 REE 浓度高于 CGCS，尤其是轻稀土元素富集，具备稀土提取的资源潜力。
   
   

四、材料属性开发与应用

基于资源属性，CGS 可协同开发多种功能材料：

• 矿山回填与工程建材：利用 CGCS 的粗颗粒特性与机械强度，作为矿山充填材料或混凝土骨料，实现大宗固废利用。
• 高值复合材料：通过化学处理（如酸碱浸取）提取 CGFS 中的 REE 或制备硅铝基材料，用于催化剂载体、陶瓷等领域。
• 资源循环材料：残碳可通过浮选等技术分离回收，作为燃料用于燃烧系统，提升资源利用率。

五、环境属性评估

CGS 的环境风险主要来自重金属（如 As、Zn、Cd 等）在 CGFS 中的富集。研究表明，部分 CGS 中个别重金属的浸出浓度超过环境安全阈值，存在潜在生态风险。例如，宁夏宁东基地 CGS 被检测出辐射、有机 / 无机污染物等毒性特征，需在利用过程中重点管控。

六、属性间关联分析

1. 资源属性与环境属性
   粒度与重金属含量呈负相关：CGFS 粒径越小，比表面积越大，对重金属的吸附能力越强，导致其浸出风险更高。残碳含量与重金属浸出浓度呈负相关，可能因碳结构对重金属的固定作用。
   主要氧化物（如 Al₂O₃）与重金属相关性较弱，仅 As、Zn 与 Al₂O₃存在一定正相关，可能与矿物晶格结合有关。
   
   
2. 材料开发与环境约束
   高值材料制备过程（如酸碱处理）可能加剧重金属释放，需平衡材料性能与环境风险，开发低能耗、少污染的绿色工艺。
   
   

七、未来展望与结论

当前 CGS 利用技术多处于实验室阶段，受经济成本、技术成熟度限制。未来发展方向需聚焦分级分类利用：根据 CGCS 与 CGFS 的资源属性差异，针对性开发建材、回填等大宗利用路径（CGCS）与高值材料（CGFS），同时强化环境风险管控。通过技术优化（如高效碳灰分离、重金属稳定化）实现 “技术高效、经济可行、环境友好” 的绿色循环模式，推动 CGS 从 “废弃物” 向 “资源 - 材料” 的全链条转化。

结论指出，CGS 的资源属性（粒度、孔隙、残碳、REE 等）为材料开发提供了物质基础，但其环境属性（重金属风险）制约利用路径，三者间的复杂关联需在资源化过程中系统考量。本综述为 CGS 的规模化、绿色化利用提供了理论框架与技术导向。