煤中含鐵礦物在富氧燃燒氣氛下遷徙轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、富氧燃燒作為一種具有應(yīng)用潛力的CO2捕獲技術(shù)，近年來受到廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的空氣燃燒相比，富氧燃燒氣氛下高濃度CO2和H2O的存在，勢(shì)必導(dǎo)致燃燒爐膛內(nèi)的環(huán)境發(fā)生明顯變化，將對(duì)隨著煤燃燒而遷徙的無機(jī)礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化行為造成顯著的影響，研究富氧燃燒過程中的煤中礦物質(zhì)的遷徙轉(zhuǎn)化行為對(duì)于更深層次的揭示爐內(nèi)積灰、結(jié)渣、沾污等與無機(jī)組分轉(zhuǎn)化相關(guān)問題的復(fù)雜機(jī)理有著極為重要的科學(xué)意義。
　　論文首先采用同步熱分析和高溫固定床研究了煤中主要外在礦物在 O2

2、/CO2氣氛下的遷徙演化行為，分析了不同礦物質(zhì)在燃燒過程中相互作用機(jī)制。研究表明，混合礦物的熱轉(zhuǎn)化行為并不是單個(gè)礦物轉(zhuǎn)化行為的簡單疊加，尤其對(duì)于方解石比例較高的混合礦物，在 O2/CO2氣氛下，高溫時(shí)礦物質(zhì)之間的相互作用更加明顯，易于形成低溫共熔物鈣硅鋁酸鹽類物質(zhì)。O2/CO2氣氛下煤灰的一些礦物元素易碳酸化而形成碳酸鹽，對(duì)于CaO含量近30％的神府煤灰，O2/CO2氣氛會(huì)明顯抑制其高溫灰的熔融行為。
　　隨后論文以黃鐵礦為研究對(duì)

3、象，綜合運(yùn)用熱化學(xué)、礦物學(xué)、熱力學(xué)等多種分析方法，研究了純黃鐵礦在CO2氣氛下的轉(zhuǎn)化機(jī)理，并考慮了H2O對(duì)黃鐵礦在CO2以及O2/CO2中遷徙演化的影響，提出了含H2O富氧條件下黃鐵礦的轉(zhuǎn)化路徑。研究發(fā)現(xiàn)，在CO2氣氛下，黃鐵礦首先分解形成磁黃鐵礦（FeSx,1≤x<2），然后繼續(xù)脫硫形成富鐵FeSx，當(dāng)溫度高于700℃，富鐵FeSx氧化成Fe3O4，同時(shí)若反應(yīng)停留時(shí)間增加，F(xiàn)e3O4進(jìn)一步轉(zhuǎn)化形成Fe2O3，而當(dāng)溫度高于950℃，大量

4、的Fe3O4將與富鐵FeSx反應(yīng)形成低溫共熔鐵硫氧體 FeO-FeS；H2O的添加促進(jìn)了黃鐵礦的熱解產(chǎn)物 FeSx進(jìn)一步轉(zhuǎn)化形成鐵氧化物以及硫的釋放，H2O改善了黃鐵礦的燃燒反應(yīng)，增加 H2O的含量可以明顯的改善黃鐵礦起始轉(zhuǎn)化行為。
　　在此基礎(chǔ)上，論文通過詳細(xì)分析煤中黃鐵礦轉(zhuǎn)化后的氣態(tài)產(chǎn)物和固態(tài)殘灰特性，探討了黃鐵礦在兩種典型煤粉中的熱轉(zhuǎn)化行為，同時(shí)考慮了升溫速率和反應(yīng)時(shí)間對(duì)煤中黃鐵礦轉(zhuǎn)化行為的影響。研究發(fā)現(xiàn)，煤中黃鐵礦在CO2

5、熱解轉(zhuǎn)化過程，是煤與黃鐵礦共同熱解的復(fù)雜過程，隨著煤種的不同而有差異。少量（10%）黃鐵礦的加入有利于低灰低階神府煤的氣化過程，黃鐵礦與煤混合物中的黃鐵礦的熱解溫度比單獨(dú)黃鐵礦的低；升溫速率的增加延遲了混合物在CO2中的共氣化溫度；H2S和SO2是黃鐵礦與煤混合物在CO2中熱解氣化的主要含硫氣體產(chǎn)物。煤中黃鐵礦首先在約600℃大量熱解形成FeSx，同時(shí)部分 FeSx繼續(xù)轉(zhuǎn)化形成鐵氧化物，溫度升高，F(xiàn)eSx向鐵氧化物轉(zhuǎn)化加強(qiáng)，停留時(shí)間增加

6、有利于Fe2O3形成或者煤中（西陽村煤）含鋁礦物與黃鐵礦轉(zhuǎn)化中間產(chǎn)物反應(yīng)形成鐵鋁尖晶石。
　　最后，通過沉降爐實(shí)驗(yàn)，利用XRF、XRD、M?ssbauer以及粒徑分布等方法對(duì)燃燒殘灰特性進(jìn)行分析，研究了幾種典型煤中礦物質(zhì)在富氧燃燒條件下的轉(zhuǎn)化規(guī)律，得到了O2濃度和H2O添加對(duì)煤中含鐵礦物遷徙演化的影響規(guī)律。研究表明，燃燒氣氛的改變不會(huì)影響殘灰中主要結(jié)晶礦物的形成，但卻可以明顯影響殘灰中含鐵相的相對(duì)含量。對(duì)于準(zhǔn)東烏東煤，O2/CO2