洁净煤技术杂志

洁净煤技术杂志2025年第11期

• 新型核壳结构固态胺吸附剂合成及CO2捕集性能

  王凯玥, 班红艳, 贾浅, 安梅, 李国强, 李聪明, 李磊

  近年来，胺功能化固体吸附剂在直接空气捕集（Direct Air Capture，DAC）二氧化碳领域受到广泛关注。然而，传统载体（如SBA-15等）的胺功能化会导致吸附剂的孔体积和比表面积减小，在DAC应用中，由于CO2体积分数较低（400×10−6），会进一步降低CO2吸附动力，进而影响吸附剂CO2吸附容量。为解决这一问题，以酚醛树脂微球为模板，通过调控正硅酸乙酯（TEOS）质量分数、引入扩孔剂等方法，制备出高比表面积、大孔容的中空二氧化硅球（RHMS-4）。然后采用浸渍法将四乙烯五胺（TEPA）负载到中空二氧化硅载体上实现其胺功能化。采用XRD、FT-IR等表征手段，探究了RHMS-4-TEPA系列吸附剂结构与性能的构效关系；同时考察了胺负载量、吸附温度以及含水气氛等条件对吸附剂CO2吸附性能的影响。结果显示：在干燥，50 ℃，CO2体积分数为400×10−6条件下，RHMS-4-TEPA70的CO2吸附量为2.400 mmol/g，而在含水气氛下，RHMS-4-TEPA70的CO2吸附量较干燥气氛下提升约42%。经过10次吸附–解吸循环后，RHMS-4-TEPA70吸附剂仍具有较高的CO2吸附容量和良好的循环稳定性。

• 太阳能与生物质超临界水气化耦合燃煤机组系统探析

  张婉琳, 辛宇, 陈付杰, 洪慧

  随着可再生能源大规模并网，电力系统对燃煤机组灵活调节能力的需求日益提升。太阳能与燃煤机组互补运行被视为提升系统灵活性和降低碳排放的有效途径。与此同时，生物质作为另一类绿色可再生能源，与燃煤机组耦合发电也可部分替代燃煤，实现碳减排。在此基础上，提出一种聚光太阳能驱动生物质超临界水气化耦合燃煤机组的系统。该系统通过抽取部分主蒸汽参与太阳能驱动的超临界水气化过程，实现煤电与太阳能、生物质耦合互补。在气化过程中，生物质在高温高压水环境中反应生成CH4、H2和CO等气体，并进一步通过甲烷合成装置转化为CH4储存于储气罐中。当电网负荷波动时，储存的甲烷可快速送入燃气轮机发电，利用其高爬坡速率弥补燃煤机组响应迟缓的问题，从而构建“电−热−气”多能互补的综合能源调节机制。基于Aspen HYSYS建立太阳能与生物质超临界水气化耦合燃煤机组系统，分析气化反应温度、水碳比（水与生物质中碳元素的物质的量比）等关键参数对超临界水气化反应过程热力学性能的影响，并在典型工况下评估能量转化效率、度电煤耗和爬坡速率等综合性能。结果表明：在50%发电负荷、气化温度700 ℃、水碳比1.3条件下，系统总能量转化效率可达71.27%，其中甲烷能量占比56.03%，成为系统主要的能量利用形式，而净发电量占比为15.23%。在20%~75%负荷区间，系统效率稳定维持在61.29%~73.75%，表明太阳能与燃煤机组协同运行具有良好的稳定性与可调节性。与传统燃煤机组相比，该系统在深度调峰工况下展现出煤耗降低的潜力。传统燃煤机组在30%负荷时升高至311.49 g/kWh；而该耦合系统在20%负荷时为242.85 g/kWh，低于传统机组的度电煤耗。系统选用Mitsubishi 701F型燃气轮机（240 MW），将系统综合爬坡速率提升至15.3 MW/min的潜力。研究提出的太阳能与生物质超临界水气化耦合燃煤机组系统在提升燃煤机组灵活性的同时，具有煤耗降低、高效利用生物质转化、保障电网安全与灵活调度的潜力。

• 钙基热化学储能技术及其耦合太阳能热利用的研究进展

  蒋琼琼, 赵澎澍, 郑祺, 李爱民, 雷歆雨, 龙云飞, 徐超, 洪慧

  钙基热化学储能技术基于CaO/CaCO3与CaO/Ca(OH)2等体系的可逆反应，实现高效的热量储存与释放。该技术可耦合太阳热能驱动煅烧反应进行储热，并在用电高峰期通过碳酸化放热反应释放高温热能用于发电，从而有效缓解太阳能间歇性问题，提升电站的运行灵活性与发电能力。钙基热化学储能技术具有材料来源广泛、成本低廉以及储能密度高等优势，被认为是一种具有广阔应用前景的大规模储热技术。然而，钙基材料在长期循环使用过程中易发生烧结失活与磨损等问题，在太阳辐照环境下尤为突出；此外，反应器结构设计与系统集成优化等方面也面临诸多挑战。系统综述了钙基热化学储能技术与太阳能发电耦合的最新研究进展，重点从储能材料改性、面向太阳能热利用的直接与间接辐照反应器开发，以及太阳能钙循环耦合系统的热力集成优化3个方面，梳理了关键研究成果，总结了当前存在的主要技术瓶颈，并对未来研究方向进行了展望。

• 烟囱效应对光伏坡屋顶自然冷却的强化作用规律

  陈红兵, 胡慧珍, 王聪聪, 于凤娇, 王传岭, 李青浩, 张一冰, 刘宇航

  在“双碳”目标下，太阳能被广泛利用。光伏板温度升高会显著降低光电转换效率，因此有效冷却光伏板是提高太阳能发电效率的关键。针对农村地区坡屋顶光伏板高温低效的问题，提出了一种在光伏板与屋顶之间的空气流通通道内加入隔板，利用“烟囱效应”来增加坡屋顶光伏系统流道换热的方法。基于此方法搭建了坡屋顶光伏实验台，利用经过验证的CFD模型进行数值模拟。通过对比5种不同隔板间流道宽高比，确定最优宽高比为1∶1。基于此模型，研究了环境风速、屋顶倾角、光伏阵列长度对“烟囱效应”的影响。研究结果表明：光伏板平均温度随着环境风速、屋顶倾角及光伏阵列长度的增加而降低。当环境风速由0.2 m/s升高至5.0 m/s时，光伏板上的平均温度由64.31 ℃降低至49.06 ℃；当屋顶倾角从20°增大为35°时，光伏板各部位温度下降较为缓慢，当屋顶倾角从35°增大为50°时，光伏板各部位温度下降幅度增大，光伏板上的平均温度由61.62 ℃降低至55.66 ℃；当光伏阵列长度由1块长度增至5块时，光伏板上的平均温度由64.68 ℃降低至57.65 ℃。

• 耦合CaO/Ca(OH)2体系跨季热化学储能的太阳能光热发电系统研究

  梅炜, 张超博, 孙杰

  “双碳”背景下我国能源转型的要求日益提高，如何借助新型储能技术克服太阳能时间分布不连续（日有夜无）、不均匀（夏多冬少）的固有问题，从而更为高效地利用太阳能资源，是亟待突破的瓶颈之一。研究提出了一种耦合CaO/Ca(OH)2体系跨季热化学储能的太阳能光热发电系统，其特点为以响应快、技术相对成熟的MgCl2/KCl熔盐储能体系实现昼夜储能，以储能密度高、长时储存损失小的CaO/Ca(OH)2热化学储能体系实现跨季储能，通过二者的有机结合实现“日能夜用”“夏能冬用”，进而显著提高全年太阳能利用率。搭建了一套100 MWe跨季储能太阳能发电集成系统，主要包括塔式聚光集热子系统、熔盐储能子系统、钙基热化学储能子系统、超临界CO2布雷顿循环发电子系统、有机朗肯循环发电子系统等。根据昼夜、季节工况不同，提出了6种系统运行模式，包括夏季日间、夏季夜间、冬季日间、冬季夜间、过渡季日间、过渡季夜间等，以及相应的调控策略。基于我国青海省冷湖镇的典型年逐时气象数据进行了系统全年动态性能仿真研究，结果表明：春、夏、秋、冬四季的系统发电量分别为187.01、183.08、178.42、180.14 GWh，系统能量效率及太阳能发电效率年均值分别为26.24%、21.09%；夏季与冬季太阳能输入之比为1.509（即季节波动为50.9 %）的情况下，发电量之比维持在1.016（即季节波动为1.6 %），显著减少了由于太阳能季性分布不均引起的发电量波动。

• 基于BP神经网络的太阳能光子增强热电子发电模型

  毕小云, 李尚达, 郝梦媛, 邱浩

  太阳能资源巨大、清洁低碳，大力发展太阳能是实现“双碳”目标的关键路径。光子增强热电子发射（Photon-Enhanced Thermionic Emission，PETE）是一种耦合光伏效应与热电子效应的太阳能发电新技术，具有效率高、结构简单、运行稳定等优势，发展潜力大。太阳能PETE是一个光–热–电强耦合系统，构建其理论模型是开发和研究PETE技术的关键。光–热–电耦合的数学物理模型通常计算成本高、效率低，研究采用反向传播（BP）神经网络模型预测PETE系统发电性能。选取聚光比、电子亲和势和阴极厚度作为输入参数，以阴极温度、能量转换效率等6项关键指标为输出目标，利用990组数值模拟数据建立研究样本。采用拉丁超立方试验（Latin Hypercube Sampling，LHS）设计划分数据集，并对光子增强系数进行对数预处理以优化数据分布。所构建BP神经网络结构为3-10-12-6节点配置，采用Levenberg-Marquardt算法进行训练，并以决定系数（R2）和平均绝对百分比误差（EMAP）2个互补性指标作为评价指标。结果表明：模型对6个参数预测精度极高，R2在0.99以上，且EMAP均接近0。经测试集检验，模型的泛化能力极强。与传统数值模拟相比，预测速度显著提升，为系统实时优化提供了可能。验证了BP神经网络模型在太阳能PETE发电系统性能预测的有效性，为其发展和应用提供了有效途径。

• 基于分布式光伏发电的高寒高海拔地区建筑能源系统优化设计

  刘冬, 赵斌, 万克洋, 陈嘉祥, 朱彪, 王力, 郑月球

  针对高寒高海拔地区建筑的供电、供暖、供氧以及供净水等关键问题，以西藏自治区拉萨市典型单层建筑为研究对象，提出基于分布式光伏发电的高寒高海拔地区建筑能源系统。通过DeST软件模拟计算，确定目标建筑的平均供暖热指标为51.82 W/m2，全年供电量为3040.4 kWh。在此基础上，建立包含光伏发电系统、空气源热泵、电解制氢氧系统、储能系统以及燃料电池等数学模型，以系统年化成本、能源自给率、能源系统效率作为优化目标，优化过程结合CPLEX与IPOTO求解器进行高效求解，采用归一化加权法求得系统容量配置的Pareto前沿解集，并通过熵权法修正的TOPSIS方法对解集进行多维评价，确定三个优化目标间的权重分配为0.23、0.29、0.48，得到最优系统容量配置。优化结果表明：系统年化成本为0.87万元，能源自给率为87.59%，能源系统效率为83.34%。通过典型日功率平衡分析，验证了系统在不同季节运行中的电、热、氢、氧等多能流协调能力，表明计算配置在满足复杂负荷需求的同时具备良好的经济性与稳定性，实现了系统在极端环境下的可靠运行与多能互补。最后对系统进行敏感性分析，得出影响投资回收期以及能源系统效率的主要因素分别为光伏并网电价和热泵机组能工作性能系数，为分布式能源系统在高寒高海拔地区建筑中的集成设计及应用提供了理论支撑。

• 基于太阳能的热催化甲烷重整及共电解耦合系统研究

  宋锦涛, 欧宇翔, 张国良, 王富强, 易红亮, 帅永

  在“碳中和”背景下，甲烷与二氧化碳的协同转化被认为是实现温室气体减排与碳资源高值化利用的关键路径之一。然而，当前甲烷干重整过程能耗高、副反应严重、产物调控困难，而电催化CO2还原过程则存在温度匹配差、电能消耗大、反应效率低等问题。如何实现热源、电源与碳源的高效协同，构建一体化能源转化体系，成为该技术的重大挑战。为应对上述问题，提出了一种基于太阳能驱动的“甲烷协同重整−高温共电解”耦合系统。该系统利用光热催化将CH4与CO2、H2O共同转化为合成气，同时输出高温尾气，为下游共电解单元提供稳定热源与反应物，协同实现CO2与H2O的电还原，形成高效的碳转化路径。针对该系统，构建了热催化以及电催化双模块数值模型，系统分析其在不同进气温度、摩尔分数、进料比例等条件下的反应性能与能量利用效率。结果显示：协同重整系统可使甲烷转化率提高2.40%～64.83%，太阳能−燃料效率提升2.70%～53.92%；引入共电解系统后，电解效率显著提升，最高达99.47%，较常温条件下提高近30%；提高CO2进料比例有助于进一步增强系统整体协同效率。构建的热−电协同系统不仅有效打通了“热源−水源−碳源”链路，实现能量梯级利用和碳资源最大化转化，还为太阳能多能集成利用与绿色合成气平台的构建提供了理论基础和技术路径。

• 槽式太阳能热发电站集热场及蒸汽发生系统动态响应特性仿真研究

  王强, 斯楞戈, 陈晨, 星月鹏, 于刚, 徐二树, 廖志荣, 徐超

  槽式太阳能热发电清洁低碳、对电网友好，是一种具有广阔发展前景的新能源发电技术。针对已有研究中缺乏电站集热场和蒸汽发生系统动态响应特性分析的不足，以我国德令哈50 MW槽式太阳能热发电站为研究对象，在国产STAR-90软件平台上搭建了耦合电站集热场和蒸汽发生系统的动态仿真模型，并结合电站实际运行数据开展了模型验证，而后重点研究了直接法向辐照度(DNI)和导热油流量2个关键参数阶跃扰动下的动态响应特性。研究发现，当DNI在其设计值900 W/m2阶跃波动±50 W/m2后，集热场出口导热油温度响应时间和波动幅度分别为4 min和±5.6 ℃；蒸汽发生系统主蒸汽和再热蒸汽的响应时间均为12.5 min，温度分别波动±5.6和±4.0 ℃，而压力分别波动±0.46和±0.07 MPa。当蒸汽发生系统导热油流量在其设计值阶跃波动±10%后，主蒸汽和再热蒸汽的响应时间为8 min（阶跃升高）或9 min（阶跃降低），温度分别波动±0.4和±2.0 ℃，压力则分别波动±0.4和±0.07 MPa。

• 中低温相变填充床储热系统研究进展

  马莉莎, 谢宝珊, 李传常

  中低温相变储热系统可有效存储太阳能、低品位工业余热等中低温热能，缓解能源供需不匹配的问题，助力可再生能源消纳及分布式综合能源全面发展。然而，相变填充床储热系统在利用中低温热能时，存在热能利用效率低的问题，这一瓶颈成为制约其整体性能提升的关键因素。首先介绍了相变填充床储热系统的结构组成、工作原理及其内部的传热机制，分析了系统在储/放热过程中的热传递特性。其次，重点讨论了其性能评估方法及主要影响因素，包括运行参数、材料参数、结构参数，并进一步剖析了这些参数对填充床储热系统热性能的影响规律；重点梳理了罐体结构及尺寸、填料结构及尺寸、分流器设计、填料填充方式等对填充床内流动与传热特性的影响，总结了结合多参数的系统性能提升策略，为填充床储热系统的优化设计和高效运行提供理论与实验依据。最后，概述了相变填充床储热系统在太阳能热利用、工业余热、电力调峰等中低温领域的应用，并展望了其未来发展前景与挑战。

• 钙钛矿太阳能电池商业化进展与产业化挑战

  吴海峰, 陈佳叶, 柴小菲, 甘雅瑄, 蒋琼琼, 马涛, 徐超

  钙钛矿太阳能电池作为一种新兴的光伏技术，因其优异的光电转换效率、低廉的原材料成本与温和的溶液加工工艺，在全球范围内受到学术界与产业界的广泛关注。自2009年首次报道以来，实验室认证效率已从最初的3.8%飙升至27%以上，展现出巨大的商业化潜力。然而，在商业化进程中，还存在着稳定性差、规模化生产困难、大面积组件效率下降和成本相对较高等问题。从国际政策与产业布局的双重视角出发，系统梳理了全球主要国家和地区对钙钛矿太阳能电池发展的政策支持与产业引导措施，以及当前商业化进程状态与面临的关键挑战，探讨了国内外领先企业在技术路线、产能布局与市场策略方面的现状与趋势。在产业化挑战方面，重点剖析了四大核心问题，主要包括长期稳定性不足、环境安全性低、规模化制备工艺尚不成熟、成本结构与供应链体系尚未健全等，并总结了当前主流技术与应对策略，如添加剂工程、封装技术、叠层太阳能电池技术、大面积制备工艺升级、人工智能协同、多元化产品拓展应用等。最后，对钙钛矿太阳能技术的未来发展方向进行了展望，并指出钙钛矿太阳能技术将从材料创新、工艺升级到产业革新全链条协同推进，进一步朝着高效率、高稳定与低成本的方向发展，为全球能源结构转型与碳中和目标实现提供关键技术支撑。

• 滑动弧辅助甲烷/氨预混燃烧及NOx排放特性

  孟旭, 方世东, 梁吉轲, 李可可, 储建军, 潮宇, 沈洁, 陈冕, 香开新

  氨燃料燃烧稳定性差及NOx排放问题是制约其作为零碳燃料应用的瓶颈。采用滑动弧（Gliding Arc, GA）等离子体技术改善甲烷/氨预混燃烧性能，在不同当量比(Ф)和掺氨比(x_\mathrmNH_3 )条件下研究了甲烷/氨/空气预混旋流火焰的稳定性及排放特性。结果表明：增加掺氨比能提升火焰高度，并降低火焰稳定性，而施加滑动弧等离子体可以显著提高火焰稳定性。当x_\mathrmNH_3 =0~1.0时，在滑动弧等离子体辅助作用下，贫燃吹熄极限扩展至0.46~0.79(拓展幅度为10.2%~40.3%),富燃吹熄极限扩展至1.92~2.31(拓展幅度为28%~32%)。光谱诊断结果表明：\mathrmH_\alpha^* 、\mathrmOH^* 和\mathrmNH_2^* 活性粒子的强度随着掺氨比的增加逐渐提高，这些活性粒子有效促进了燃烧，其中\mathrmNH_2^* 能够有效降低燃烧过程中NOx的排放。在Ф=1.1且低掺氨比(x_\mathrmNH_3 ＜0.6)时，滑动弧等离子体导致NO排放略有增加，并在x_\mathrmNH_3 =0.4时达到峰值（增幅约为9%），这是由于滑动弧等离子体提升了火焰温度，增强了热力型NOx生成。然而，随着掺氨比进一步增加，滑动弧等离子体增强\mathrmNH_2^* 还原NO化学反应，有效降低了NO排放量，最大降幅达到15.5%。通过氨反应网络发现，氨首先转化为\mathrmNH_2^* ，然后参与后续反应路径，即通过HNO中间体氧化生成NO或直接还原NO生成N2和NNH。NO负敏感性系数表明，\mathrmNH_2^* 在还原NO反应中起着重要作用。滑动弧等离子体在增强甲烷/氨预混燃烧稳定性、扩展贫燃/富燃极限以及降低NOx排放方面具有显著效果，为氨燃料的清洁高效燃烧提供了一种具有潜力的技术路径。

• 光/氮协同分阶段调控微藻光合生长和固碳能力

  杨蓉, 宋春苗, 黄云, 夏奡, 朱贤青, 朱恂, 廖强

  微藻可以通过光合作用将CO2转化为含能有机质，且具有光合效率高和不与粮争地的优势，因此微藻减排技术是实现我国双碳目标的重要技术之一。光照和氮源是影响微藻光合生长及物质合成的重要影响因素，光照为微藻生长提供动力，而氮源合成微藻的“吸光器”，微藻生长需要光和氮的协同，且不同生长阶段及物质合成对光强和氮源的需求不同，为了达到最经济的微藻固碳及含能有机质产生，促进微藻光合生长和提高光合固碳能力，根据微藻生长阶段对光照强度和营养物质协同需求，提出了光氮协同分阶段（光强分阶段增加与氮源分两阶段加入协同调控）微藻光合过程调控方法，研究了不同光/氮分阶段协同调控方式下小球藻光合生长速率、固碳速率及有机组分的变化规律。结果表明：微藻细胞中色素质量浓度与溶液初始氮源质量浓度成正比；低氮（NaNO3质量浓度0.15~0.55 g/L）条件下有利于脂质的积累，氮充足（NaNO3质量浓度0.75~1.05 g/L）条件下，蛋白质和碳水化合物质量分数较高（提高20%）；氮源的分阶段调控，缓解了小球藻生长过程中氮抑制问题，从而促进小球藻光合生长固碳能力（提高了9.4%）；微藻生长过程中协同调控光照强度和氮源质量浓度，使微藻最大二氧化碳固定速率提高了13%，达每天0.56 g/L；微藻最大生物量质量浓度提高了14.78%的同时油脂质量分数提高了36.2%，实现微藻产量和产能的同步提高。因此，本研究提出的光氮能质协同调控方法是一种能有效提高微藻固碳效率的方法。

• 蛋壳源有机钙复合材料循环储能特性研究

  王梦家, 王保文, 李炜光, 林德顺, 屈鑫鑫, 姚丹毅, 姜涛

  CaCO3/CaO资源丰富、价格低廉、储/释能容量大，是一种具有发展潜力的热化学储能材料，但多次循环后其储能容量快速衰减。基于废弃鸡蛋壳，经过提纯及净化处理，分别采用醋酸、柠檬酸和葡萄糖酸3种有机酸与提纯蛋壳制备相应的醋酸钙(DCA)、柠檬酸钙(DCCi)及葡萄糖酸钙(DCG)，对其储能特性和释热效率及多次循环储能时结构特性和形貌特征的演化加以详细的研究，发现DCG煅烧形成的DCG-CaO有着最高的储能容量和放热效率，但其循环稳定性较差。为了提高DCG-CaO抗烧结性能和循环放热性能，采用溶胶−凝胶燃烧合成法(SGCS)掺杂不同质量比的Al2O3，对其循环释能特性研究显示，DCG-CaO/Al2O3质量比9∶1时循环储能容量和放热效率相对于无Al2O3负载的DCG-CaO有显著提高，但随着循环次数的增加，稍有降低且Al2O3与CaO交互作用也会损失部分CaO的储能容量。因此，基于9∶1质量比的DCG-CaO/Al2O3并进一步引入热容量更高的MgO，分别采用三步SGCS法制得DCG-CaO/MgO/Al2O3复合吸收剂，发现三步法制得的CaO复合吸收剂储能容量和放热效率分别稳定在2.59 kJ/g和90.55%，不仅具有更突出的储能容量和循环稳定性且避免了CaO与A2O3的交互作用，还具有极大的应用潜力和发展前景。

• 粉煤灰湿法脱硫及其脱硫浆液用作充填材料的试验

  李亚娇, 李璟婷, 王铁, 金鹏康, 唐仁龙, 邵小平, 赵兵朝, 鱼郑, 池玉蕾, 任武昂

  为拓展粉煤灰的资源化利用途径，利用烟气脱硫模拟装置，研究了粉煤灰作为脱硫剂用于湿法烟气脱硫的脱硫性能；并将粉煤灰湿法脱硫的浆液用于制备充填膏体（脱硫组），对比普通粉煤灰充填膏体（空白组）的性能；采用内梅罗综合污染指数法和Hakanson潜在生态风险指数法分析了2种充填膏体中Pb、Cr、Cd、Hg、Zn、As、Cu离子的污染风险。结果表明：在湿法脱硫试验工艺条件下，粉煤灰浆液的脱硫效率高，在95%以上的持续时间随浆液浓度的增加而增加；脱硫组膏体在养护龄期3、7、14和28 d的抗压强度分别为0.83、1.59、3.52和4.09 MPa，是同配比空白组的1.5、1.1、1.26和1.3倍，坍落度、泌水率、初凝时间和终凝时间相较于空白组分别降低了5.2%、6.5%、13.6%和11.1%；内梅罗指数法评价结果表明，脱硫组的综合污染指数为0.5174，污染水平为安全，空白组的综合污染指数为0.9467，污染水平为较安全。Hakanson潜在生态风险指数法结果表明，脱硫组的生态危害指数为8.848，空白组的生态危害指数为31.509，风险等级均为轻微。可以看出，脱硫后的粉煤灰浆液制备的充填膏体重金属污染风险有所降低，适用于作充填膏体。

• 煤矸石固废高值化利用研究现状与进展

  张博超, 童辉, 龙雪颖, 苏培莉, 贺新福, 张亚婷

  煤矸石是煤矿开采和选煤过程中产生的固体废弃物，长期自然堆积不仅压占土地，造成水土流失，而且会引发自燃、爆炸等危险事故。此外，煤矸石中含有多种重金属元素，会造成土壤和地下水污染。据统计，我国煤矸石年产量已超7亿t，累计堆存量超60亿t。因此，煤矸石的处理和利用已经成为煤炭工业需要解决的主要问题。目前我国煤矸石主要利用途径为填坑筑路、矿区回填、低性能矸石砖瓦建材等，这些粗犷型应用未能充分利用到煤矸石中丰富的化学成分（SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、CaO和Na2O等）和稀有元素（Ni、B、Be、Ti、Ga等）。随着我国可持续发展战略的实施，煤矸石逐渐向绿色高值化利用方向发展，通过酸浸法提取氧化铝、硅胶等化工原料；以碱激发工艺制备地质聚合物材料，其强度可达传统水泥的1.5倍；利用热活化技术合成沸石分子筛，应用于废水处理与气体吸附；通过配方优化烧制高性能陶瓷，或经微生物改性制成土壤改良剂，有效调节土壤酸碱度并补充微量元素。从煤矸矿物成分角度出发，系统论述了以煤矸石为原料提取化工产品，合成地质聚合物，制备陶瓷、沸石分子筛和土壤改良剂等高值化利用现状，分析了煤矸石应用过程中存在的主要问题和多组分梯级利用模式的发展趋势，以期为煤矸石相关研究和固体废弃物高值化利用提供思路和借鉴。

• 基于三级湿法浸出的退役晶硅太阳能电池片资源高值化回收研究

  白冰, 陈佩, 邢楠, 张敏, 蒲京, 张乾生, 胡中发, 王学斌

  随着光伏组件大规模退役期的到来，其资源化处理成为推动光伏产业全生命周期绿色发展的关键。为实现铝、银、硅等高价值材料的高效回收，提出“热处理 + 三级湿法分步浸出”联合工艺。退役晶硅电池片经机械破碎与800 ℃热处理后，依次进行三级浸出：一级盐酸/硫酸溶出铝、二级硝酸提取银、三级氢氟酸去除Si3N4减反射层并提纯硅。研究系统考察了酸种类、质量分数、反应时间、液固比和温度等参数对各阶段浸出行为的影响。结果表明，一级浸出在质量分数10% HCl、液固比5∶1 mL/g、50  ℃、30  min条件下，铝浸出率超过80%，银浸出率低于3%，展现出良好的铝选择性。提高HCl浓度或采用质量分数60% H2SO4虽可提升铝浸出率至94%以上，但银溶解显著增加，且高浓度硫酸易引发操作问题。二级浸出中，低浓度硝酸（质量分数15%）因减轻铝表面钝化银，浸出性能相对较高；提高液固比至8∶1 mL/g可促进银溶解，而温度升高至70  ℃则因硝酸挥发导致浸出率下降。三级浸出在质量分数5% HF、25  ℃、50  min、液固比5∶1 mL/g条件下，可有效去除减反射层，获得纯度超过60%的硅粉；HF体系对反应时间和温度敏感，低温有利于减少挥发，延长反应时间显著提升硅含量。该分级浸出工艺充分利用铝、银、Si3N4在不同酸介质中的反应活性差异，实现了多组分的顺序分离与富集，显著提高了试剂利用效率，减少了强酸消耗与废液排放。与直接单步湿法处理相比，本工艺在铝/银选择性、硅回收纯度及环境友好性方面优势明显，为退役晶硅光伏组件的高值化回收与工业化应用提供了可靠的技术路径。