煤炭直接液化是实现煤炭清洁高效利用的一种重要方式，同时也可为我国能源安全提供重要保障，但大量液化残渣的合理利用是提高直接液化工艺经济性的关键问题之一。残渣的气化不仅能够实现残渣的高效清洁利用，而且能够为加氢液化过程提供氢气，被认为是残渣利用的最理想途径。气化过程中，残渣中的有机质转化为合成气，其中的矿物质发生一系列复杂的物理化学变化，不仅矿物质之间相互反应，而且与有机质之间也可能发生相互作用。矿物质、矿物质与有机质之间的相互作用不但对气化反应性和转化率产生影响，而且影响煤灰的熔融和流动等行为，对气化炉的高效和稳定操作有重要的影响。但残渣中矿物质组成复杂且赋存形式与煤炭中的不同，同时由于液化过程中铁基催化剂的使用导致残渣中的铁含量较高，因此有必要考察气化条件下残渣中矿物质及铁行为的变化规律。本论文在分析高温气化条件下残渣中矿物质的演化行为的基础上，深入研究了残渣中含铁矿物质在气化条件下的行为，考察了硅铝比、铁含量及停留时间对矿物质演化及铁的行为的影响，并探讨了残渣中矿物质与有机质之间的相互作用及机理。主要结论如下:　　(1)煤直接液化残渣中矿物质主要为石英、磁黄铁矿、紫铝铁矾、高岭石、硫酸钙和方解石。高温气化条件下，煤直接液化残渣灰中的主要矿物质为钙长石、钙黄长石、磁赤铁矿和磁铁矿，1300℃后残渣灰中主要的晶体矿物质为磁铁矿。由于钙长石、钙黄长石在高温下的低温共熔作用，导致残渣灰熔融温度较低。高温下残渣中的含铁相主要为磁赤铁矿、磁铁矿铁橄榄石及含铁玻璃体。随着温度的升高，磁赤铁矿被还原、铁橄榄石逐渐熔融，铁逐渐向玻璃体中转移;当温度超过1400℃时铁全部存在于玻璃体中。当温度由1100℃升至1200℃时，残渣灰中的磁赤铁矿及Fe3+玻璃体不断被还原;使得煤灰中Fe2+/Fe3+由1.08升高至2.39，1200℃以上时Fe2+/Fe3+不再发生明显的变化;另外，玻璃体中铁含量的增加是引起残渣灰液相含量随温度升高的主要原因，铁含量高是导致煤灰熔融温较低的重要原因。　　(2)硅铝比、铁含量及高温下的停留时间是影响煤灰矿物质演化及铁价态分布的重要因素。硅铝比的增加有利于钙长石、钙黄长石的生成以及Fe3+向Fe2+转化，而且钙长石与钙铝黄长石的低温共熔作用使得晶体矿物质含量逐渐减少;铁含量的增加使得晶体矿物质减少以及Fe2+含量的增加;停留时间的增加导致晶体矿物质逐渐熔融以及Fe3+向Fe2+转化。当停留时间达到20 min时，矿物质的熔融及Fe3+向Fe2+的转化基本达到平衡。同时，随着硅铝比及铁含量的增加，由于钙长石、钙黄长石的生成以及低温共熔作用以及熔渣中Fe2+含量的增加，煤灰的熔融温度逐渐降低。　　(3)高温氩气气氛下，有机质存在时残渣中主要矿物质为磁赤铁矿、赤铁矿、陨硫钙、钙长石、石英、碳酸钙、碳化铁和碳化硅，并且随着温度的升高陨硫钙石及碳化硅含量逐渐增加而碳化铁含量逐渐减少。FactSage计算表明高温氩气气氛下，与SiO2相比，钙长石更易与有机质反应生成碳化硅，碳化硅是由钙长石、石英与有机质反应生成的;碳化铁是由氧化铁和碳反应生成。