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        CaO助熔劑對(duì)朱仙莊煤灰熔融特性的影響

        2016-05-11 01:06:50李沙沙王思學(xué)
        宿州學(xué)院學(xué)報(bào) 2016年6期
        關(guān)鍵詞:熔劑煤灰宿州

        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。

        [1]高娜,劉勝華,劉勇晶,等.堿性氧化物對(duì)煤灰熔融特性的影響及機(jī)理研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2014,37(3):42-45

        [2]黃鎮(zhèn)宇,李燕,趙京,等.不同灰成分的低熔點(diǎn)煤灰熔融性調(diào)控機(jī)理研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2012,40(9):1038-1043

        [3]李繼炳,沈本賢,趙基鋼,等.助熔劑對(duì)皖北劉橋二礦煤灰熔融特性的影響[J].煤炭學(xué)報(bào),2010,35(1):140-144

        [4]孫文娟,梁國(guó)治.助熔劑對(duì)煤灰熔融過(guò)程中礦物行為的影響[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2012,35(2):31-35

        [5]姚星一.煤灰熔點(diǎn)與化學(xué)成分的關(guān)系[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),1965,6(2):151-161

        [6]烏曉江,張忠孝,樸桂林,等.配煤對(duì)降低高灰熔融性煤的三元相圖分析[J].潔凈煤技術(shù),2007,13(3):64-67

        [7]吳杰,徐江華,王群英.配煤降低淮南煤灰熔點(diǎn)的研究及機(jī)理初探[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào),2003,23(4):51-55

        [8]張子利,李寒旭,曹祥,等.高效助熔劑對(duì)煤灰熔融特性的影響研究[J].應(yīng)用化工,2013,42(4):679-682

        [9]李繼炳,沈本賢,趙基鋼,等.鎂基助熔劑對(duì)劉橋二礦混煤灰熔融特性的影響[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2009,32(2):37-40

        (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

        A

        1673-2006(2016)06-0113-03

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