CaO助熔劑對(duì)朱仙莊煤灰熔融特性的影響

李沙沙，王思學(xué)

1.自旋電子與納米材料安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽宿州，234000；2.宿州學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，安徽宿州，234000

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CaO助熔劑對(duì)朱仙莊煤灰熔融特性的影響

李沙沙1,2，王思學(xué)1

1.自旋電子與納米材料安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽宿州，234000；2.宿州學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，安徽宿州，234000

選用皖北朱仙莊煤樣，利用微機(jī)灰熔點(diǎn)測(cè)定儀，研究加入不同質(zhì)量比的助熔劑CaO對(duì)朱仙莊煤灰熔融性的影響，結(jié)合XRD及FTIR對(duì)樣品的礦物組成進(jìn)行分析。結(jié)果表明，隨著助熔劑CaO添加量的增加，煤的灰熔點(diǎn)出現(xiàn)先降低后又升高的變化趨勢(shì)，當(dāng)CaO添加量在3.5%時(shí)可使煤樣灰熔點(diǎn)降至1256℃；對(duì)煤灰的XRD及FTIR圖譜分析得知，加入CaO助熔劑可生成低溫共熔物，從而降低了煤灰熔融溫度。

助熔劑；灰熔融特性；灰熔點(diǎn)

在煤氣化技術(shù)中，煤灰的熔融特性是氣化用煤的重要質(zhì)量指標(biāo)，也是煤灰性能的重要影響因素[1-4]。氣流床煤氣化技術(shù)要求液態(tài)排渣，即灰渣在熔融態(tài)時(shí)排出氣化爐，這就要求原煤灰在低溫下(<1500℃)即熔融為液態(tài)[5-7]，而皖北朱仙莊煤為高灰熔融性煤，其灰熔融溫度在1500℃以上，不能滿足煤氣化工藝的要求。為了降低朱仙莊煤的灰熔融溫度，可在煤樣中加入一定比例的助熔劑，以改變煤灰中的礦物組成，進(jìn)而降低煤樣的灰熔融溫度[8-9]。本實(shí)驗(yàn)選用鈣基助熔劑CaO，以不同質(zhì)量比向煤樣中添加，探討鈣基助熔劑CaO對(duì)朱仙莊煤樣灰熔融特性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器

WDL-6E微機(jī)快速一體硫機(jī)(鶴壁市華泰儀器儀表有限公司)、HR-4A微機(jī)灰熔點(diǎn)測(cè)定儀、HTGT-3000自動(dòng)工業(yè)分析儀和TQ-3A碳?xì)浞治鰞x、DX-2600 X射線衍射儀(丹東方圓儀器有限公司)，370FT-IR傅里葉紅外線光譜儀(上海山岳科學(xué)儀器有限公司)。

1.2 煤種及助熔劑選擇

選用皖北朱仙莊煤樣為實(shí)驗(yàn)煤樣，助熔劑選用分析純CaO(國(guó)藥集團(tuán))。

1.3 灰樣的制備

將助熔劑CaO按一定比例(質(zhì)量比：1.5%、2.5%、3%、3.5%、4.5%、5.5%、6%、7.5%)加入到朱仙莊煤樣中，充分混合均勻，制得添加助熔劑CaO的煤樣。將原煤樣和添加CaO的煤樣放入馬弗爐中在815℃下進(jìn)行灰化處理，取出后立即放入自來(lái)水中進(jìn)行快速冷卻，最后在105℃條件下于真空干燥箱中干燥36 h。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 煤樣的工業(yè)分析及化學(xué)成分分析

由表1及表2可知煤樣的灰熔點(diǎn)高于1500℃，這與朱仙莊煤樣中含有大量的SiO2有關(guān)，因此朱仙莊煤樣不適應(yīng)于液態(tài)排渣。

表1 煤樣的工業(yè)分析及灰熔點(diǎn)

2.2 助熔劑CaO對(duì)煤樣灰熔點(diǎn)的影響

煤樣在添加不同比例CaO助熔劑后制取煤灰，在弱還原性氣氛下，測(cè)得灰樣的變形溫度(DT)、軟化溫度(ST)、半球溫度(HT)、流動(dòng)溫度(FT)的變化關(guān)系，見(jiàn)圖1。

表2 煤灰化學(xué)成分

由圖1分析可知，樣品的灰熔點(diǎn)隨CaO的含量增加，其灰熔點(diǎn)先降低后升高。當(dāng)CaO添加量為3.5%時(shí)，煤樣的DT、ST、HT和FT明顯下降，樣品的流動(dòng)溫度(FT)降至1256℃，下降幅度在244℃以上；當(dāng)CaO添加量繼續(xù)增加時(shí)，樣品的灰熔融溫度反而上升。由此說(shuō)明在煤樣中添加一定量的CaO可明顯降低原煤樣的灰熔融溫度，但是隨CaO添加量的增加，樣品的灰熔融溫度先下降后上升。這是由于添加少量的CaO可形成低溫共熔物，致使灰熔點(diǎn)降低；而當(dāng)CaO添加量過(guò)高時(shí)，易形成硅酸鈣，其熔融溫度達(dá)到2130℃，從而使體系熔融溫度上升。

圖1 灰熔點(diǎn)隨CaO添加量的變化關(guān)系圖

圖2 添加助熔劑CaO的煤灰紅外譜圖

2.3 助熔劑CaO對(duì)煤灰紅外譜圖的影響

添加助熔劑CaO煤灰的紅外譜圖見(jiàn)圖2。由圖2可知，在3450 cm-1和1100 cm-1兩處的峰強(qiáng)度出現(xiàn)先減弱后增強(qiáng)的變化，說(shuō)明在煤灰熔融過(guò)程中助熔劑CaO與其他礦物形成了低溫共熔物；由于1100 cm-1處的特征峰變寬，說(shuō)明中長(zhǎng)石的含量在煤灰中逐漸增加，使煤灰的熔融溫度降低。

2.4 助熔劑CaO對(duì)煤灰XRD譜圖的影響

圖3是原煤灰的XRD分析圖譜，圖4是添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%CaO助熔劑的煤灰XRD分析圖譜。由圖3和圖4可以得出，在煤灰中添加CaO經(jīng)高溫煅燒后，灰樣的方鈣石和硬石膏的特征峰比較明顯。硬石膏經(jīng)高溫會(huì)分解生成CaO與SO3，CaO與煤灰中其他礦物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，CaO和石英的含量隨之逐漸減少，在助熔劑含量為3.5%的高溫環(huán)境中鈣黃長(zhǎng)石生成，隨著溫度升高，鈣黃長(zhǎng)石逐漸分解生成鈣長(zhǎng)石及其特征峰和少量的莫來(lái)石特征峰。而鈣黃長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石等含鈣化合物間易形成低溫共熔化合物，即添加鈣基助熔劑改變了原煤灰樣在高溫下的礦物組成，有效降低了煤灰的熔點(diǎn)。

圖3 朱仙莊煤灰的XRD圖

圖4 添加3.5%CaO煤灰的XRD圖

3 結(jié) 論

由于朱仙莊煤的灰熔融點(diǎn)較高(>1500 ℃)，不能用于液態(tài)排渣，向朱仙莊煤中添加鈣基助熔劑CaO可使朱仙莊煤灰熔點(diǎn)有效降低，且CaO添加量在3.5%時(shí)可使煤樣灰熔點(diǎn)降至1256℃。對(duì)煤灰的FTIR和XRD分析可知，加入CaO助熔劑可生成鈣黃長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石，且在高溫條件下鈣黃長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石等含鈣化合物間容易形成低溫共熔化合物，從而降低了煤灰熔融溫度。

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(責(zé)任編輯：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2016.06.031

2016-01-25

安徽省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目“添加廢膠粉及稻殼對(duì)煤的熱解特性的影響”(201510379134)；宿州學(xué)院科研平臺(tái)開(kāi)放課題項(xiàng)目“復(fù)合氧化鋅納米材料的制備及對(duì)染料廢水的光催化降解研究”(2014YKF47)；宿州學(xué)院產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目“混凝土高效減水劑的研究”(2015hx024)。

李沙沙(1984-)，女，安徽淮北人，碩士，助教，主要研究方向：煤化工及納米材料研究。

TQ536.1

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1673-2006(2016)06-0113-03