煤炭地下气化过程含铁矿物的迁移特性研究

摘要

地下气化灰渣的矿物特性与气化工艺条件密切相关,研究不同气化工艺条件下灰渣的矿物组成及转化对于了解真实的地下气化工况、提高煤的利用效率、识别灰渣环境影响以及控制潜在的污染具有重要的科学意义.含铁矿物在煤炭地下气化过程中具有较典型的演变特征.因此本文通过对煤炭地下气化进行分解,制备了乌兰图噶高铁煤和乌兰察布褐煤在热解、还原和氧化三个过程的逐级转化产物.采用XRD、SEM/EDS以及热力学模拟软件FactSage中的Phase Diagram对灰渣矿物学特性和矿物转化进行了研究,以此来探究煤炭地下气化过程中含铁矿物的逐级演变行为.研究结果表明:乌兰图噶高铁煤与乌兰察布褐煤在热解过程中含铁矿物都是由原煤中的黄铁矿(FeS2)逐渐转化为磁黄铁矿(Fe1-xS).在还原的条件下向磁铁矿(Fe3O4)转化,随着反应的进一步进行,磁铁矿逐渐转变为FeO,由于两种煤中Si、Al含量的不同,在1000°C以上时高铁煤还原灰渣中的FeO与SiO2反应生成辉石(Fe2Si2O6),而低铁煤还原灰渣中的FeO与Al2O3反应生成铁尖晶石(FeAl2O4).在高温氧化过程中,当反应的温度继续升高到1400°C时,铁尖晶石和辉石都向热力学性质更为稳定的铁堇青石转化.