煤气化是煤炭清洁利用重要途径,然而随着煤气化技术的快速发展,大量的煤气化渣也随之产生,仅宁东煤化工基地一年就会产生1200万吨。煤气化细渣含水量与残炭较高,导致无法直接利用。目前主要是填埋与堆放处理,不但造成土地资源的大量浪费,而且细渣中的重金属及其他污染物会污染土壤及水源。因此开展对煤气化渣的资源化利用迫在眉睫。宁东煤气化细渣中主要成分是SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3与一定量残碳,其中适量的CaO等助溶剂可以降低陶粒熔融温度,大量残碳不但起到发泡剂作用,还可以为陶粒的烧结提供能量从而达到自烧结目的,是非常适合制备陶粒的原料。陶粒目前主要是由页岩、粘土等不可再生原料和粉煤灰、煤矸石等固体废弃物合成,不但会消耗大量的土壤破坏环境而且会消耗大量能量且性能较差,目前有关煤气化细渣制备陶粒的报道较少。本文以煤气化细渣为原料利用细渣中高残碳的特点以自烧结的方法制备出了高强度与高孔隙度两种陶粒,其中高孔隙率陶粒进行废水处理,同时细渣重金属经烧结后也得到了固定化利用。这样解决了目前陶粒产品耗能高、性能低、消耗土壤大以及重金属污染难以治理的问题,最终达到煤气化细渣资源化利用。本文主要研究内容及结论如下:1.无化学试剂添加和无其他原料添加的基础上,通过球磨煤气化细渣将其机械活化,释放出大量SiO2、Al2O3增强陶粒的强度,然后进利用细渣中残碳所提供的能量自烧结制备了重金属固定能力强的高强陶粒,其筒压强度14.62MPa、吸水率2.158%、表观密度1703.3kg/m3、堆积密度763.17kg/m3。同时对造粒影响因素与焙烧制度的探讨确定了最佳造粒参数:转速80r/min、倾角45°、加水量55%、原料粒径无筛分;最佳焙烧制度:预热温度600℃,预热时间1Omin,焙烧温度1000℃,焙烧时间50min。最后对高强陶粒进行耗能估算,1kg的高强陶粒烧结消耗热量1179.68kJ,而原料煤气化细渣中残碳可释放热量4566.22kJ,由此陶粒通过利用煤气化细渣残碳可实现自烧结制备。2.煤泥具有高粘性、高含碳及粒径小的特点,将其与煤气化细渣混合,高温烧制陶粒时煤泥中的大量残碳会生成大量气体,使得陶粒产生大量孔道结构;同时为陶粒的烧结提供热量。本实验探究了焙烧制度对陶粒性能的影响,确定了多孔陶粒最佳制备方案:原料配比细渣:煤泥=56:77、预热温度550℃、预热时间15min、焙烧温度1000℃、焙烧时间50min。同时在最佳试验方案下制备出了吸水率44%、表观密度721kg/m3、筒压强度0.97MPa、比表面积81.99m2/g、重金属固定能力强的高孔隙率,轻型环保陶粒。最后采用最佳多孔陶粒对模拟废水氨氮吸附影响因素进行了研究,在陶粒投加量5g、反应温度65℃、反应时间60min条件下氨氮去除率为74.19%,吸附量0.519mg/g。本实验路线不但利用细渣与煤泥中的残碳为陶粒自烧结提供能量与气体,同时也没有添加任何化学试剂,降低烧结陶粒成本的同时还将煤气化细渣、煤泥变废为宝。3.试验利用红土高强度,高粘性特点将其与煤气化细渣、煤泥以一定的比例混合,进一步制备得到了高强度陶粒,制备出筒压强度3.49MPa、吸水率15.34%、表观密度1187.24kg/m3,重金属固定率高的复配陶粒。同时通过对复配陶粒性能影响因素探讨确定了复配陶粒较好的实验制备方案:原料配比细渣:煤泥:红土=63:24:13、预热温度600℃、预热时间10min、焙烧温度1100℃、焙烧时间50min。4.试验针对烧结陶粒工艺复杂、耗能大、成本高的问题,将煤气化细渣与水泥以一定比例混合,制备出了工艺简单、耗能低、筒压强度3.6MPa、表观密度1297.15kg/m3、吸水率18.57%、重金属浸出小于生活饮用水水源水质标准的绿色免烧陶粒。同时通过以筒压强度、吸水率与表观密度为指标的正交分析实验,研究了免烧陶粒的影响因素,确定了免烧陶粒的最佳制备方案:养护温度80℃、养护时间12h、碱激发剂最佳Na2CO3浓度为1mol/L。