礦物學(xué)角度研究添加劑對煤灰熔融性的作用及其機(jī)理.pdf

1、高灰熔點(diǎn)煤(FT>1400℃)在我國煤炭總量中占有很大的比例，在煤氣化應(yīng)用過程中受到了一定的限制。調(diào)整高灰熔點(diǎn)煤的煤灰熔融特性是煤氣化或燃燒過程所關(guān)注的項(xiàng)目。本文的目的在于尋求改善煤灰熔融性的方法，以適應(yīng)不同排渣方式的燃燒和氣化技術(shù)，擴(kuò)大煤種的適用范圍。
　　 本文通過向高熔點(diǎn)煤灰中添加MgO與Na2CO3，研究Mg2+與Na+在高溫下對煤灰熔融性的影響，按照GB/T219-2008煤灰熔融性的標(biāo)準(zhǔn)測定方法對其進(jìn)行灰熔融溫度的測

2、定。借助XRD、SEM和三元相圖研究煤灰高溫熔融機(jī)理。并以此為理論研究基礎(chǔ)，向煤灰中添加白云石、鈉長石、石灰石等助熔礦物質(zhì)，選擇合適的工業(yè)添加劑，利用XRD、紅外光譜、SEM和晶相顯微鏡進(jìn)一步研究礦物質(zhì)對煤灰熔融性的作用機(jī)理。另外，向低熔點(diǎn)的煤灰中加入白云母、硅酸鋁纖維和含鋯硅酸鋁纖維，研究它們對煤灰的阻熔作用，以及礦物形貌和結(jié)構(gòu)對煤灰熔融性的影響。研究表明：
　　 (1)陽泉固莊煤灰熔融溫度隨氧化鎂的添加(5％-25％)單調(diào)下

3、降；而隨氧化鈉添加(5％-25％)出現(xiàn)先降后升現(xiàn)象，在氧化鈉添加量為15％時，灰熔點(diǎn)達(dá)到最低。XRD分析表明，陽泉固莊煤灰熔融溫度高(大于1750℃)的原因是高溫條件下耐熔礦物莫來石，方英石的存在。添加外加劑后，高溫時外加劑與硅鋁酸鹽礦物反應(yīng)，生成了更多的低共熔礦物霞石，堇青石等。通過三元相圖以及SEM分析，高溫條件下煤灰中部分元素的富集以及團(tuán)聚現(xiàn)象是導(dǎo)致Mg2+和Na+對煤灰熔融溫度不同影響的原因。
　　 (2)鈉長石、白云石

4、和石灰石，三種礦物質(zhì)均能夠降低滕州煤灰的熔融溫度，但是影響程度明顯不同。同樣降低100℃的FT，白云石添加比例僅需0.05，石灰石需要0.2，鈉長石則需要0.5。三種礦物質(zhì)對勝利煤灰熔融性也有著相似的作用。根據(jù)XRD分析，鈉長石和白云石分別在高溫時和煤灰中的耐熔礦物質(zhì)反應(yīng)，生成了低熔融礦物霞石、鈣長石和透輝石。白云石的加入增加了原本就是助熔礦物鈣長石的生成量，MgO起到了推波助瀾的作用，使煤灰的熔融溫度更低。鈉長石的加入，同時帶入了大量

5、的Al和Si，他們是煤灰熔點(diǎn)高的原因之一。根據(jù)FT-IR分析，添加白云石與提高溫度對煤灰熔融起到了相同的作用，都能夠使得煤灰中[SiO4]的連接方式改變，聚合程度降低，最終改變煤灰熔融性。
　　 (3)氧化氣氛下滕州煤灰的四個熔融特征溫度均比弱還原氣氛下的高。XRD無法檢測出氣氛對煤灰熔融溫度的影響是否是因?yàn)镕e的不同價態(tài)導(dǎo)致。一是因?yàn)镕e2O3在滕州煤灰中的含量較少；二是因?yàn)楹現(xiàn)e礦物質(zhì)在較低溫度出現(xiàn)，而高溫時已變?yōu)椴Ａw。但

6、可以推斷的是，弱還原性氣氛能夠加速耐熔礦物的熔解。
　　 (4)白云石中的Mg2+不僅可以降低煤灰的熔融溫度，而且相對于Ca2+其腐蝕性要小。因此，白云石與石灰石相比，作為助熔劑具有更好的優(yōu)勢。煤灰顆粒表面出現(xiàn)孔洞的原因是，高溫時煤灰中礦物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并伴隨氣體的釋放。
　　 (5)白云母，硅酸鋁纖維，含鋯硅酸鋁纖維均能夠提高煤灰的熔融溫度。其中含鋯硅酸鋁纖維的作用最顯著，添加比例為0.2時，F(xiàn)T提高了120℃左右。煤灰熔