未经妥善处理的污泥排放后会对自然生态环境造成严重危害,需采用环境友好的手段对其处理。本文用污泥与菱镁尾矿为原料协同煤矸石制备高强度轻质陶粒骨料。基于对三种工业固废的基本特性的研究以及热力学特性分析的结果,通过改变原料配比、预热温度、预热时间、烧结温度与烧结时间来研究不同烧制工况对陶粒材料性能产生的影响,通过正交实验探究最佳陶粒制备工况,最后对陶粒成品进行重金属固化特性以及环境安全特性的分析评价。对污泥、菱镁尾矿及煤矸石进行工业、元素分析、X射线荧光光谱、X射线衍射、SEM扫描电镜及TG-DSC分析得知,污泥与煤矸石中含有充足的成陶基体,污泥中的有机质及菱镁尾矿中的碳酸盐能够为陶粒烧胀提供产气,满足制备陶粒必要条件。通过单因素实验及正交实验得出,最佳烧结工艺为污泥:煤矸石:菱镁尾矿=4.5:4:1.5,预热温度375℃,预热时间18 min,烧结温度1250℃,烧结时间10 min。陶粒抗压强度在该工艺下可达到12.37 MPa,高于国标GB/T 17431.2-2010中900密度等级陶粒两倍以上,表观密度0.81 g/cm~3,堆积密度0.78 g/cm~3,吸水率2.81%,各项性能也达到要求。采用ICP-OES对陶粒中重金属浓度及浸出浓度进行分析,BCR分级提取法对陶粒中的重金属赋存状态进行分析,并建立重金属综合毒性指标（OPTI）对陶粒环境安全特性评价得知,高温烧结有效降低了重金属浓度并促进陶粒中的重金属固化,最佳工况下,陶粒中的重金属以残渣态FD形式存在的比例≥94%,且陶粒中Zn、Cu浓度≤336 mg/kg和125 mg/kg,浸出浓度≤0.722 mg/L和0.887 mg/L,OPTI值≤236.92,满足国家环境保护标准。