改善高铝煤灰熔融特性及助熔机理研究

摘要

本文选择内蒙准格尔煤田高铝、高灰熔融温度的A、B煤样为研究对象，通过添加化学纯助熔剂，降低A、B的灰熔融温度、改善黏温特性，分析SiO2、CaO、Fe2O3对灰熔融特性的影响规律;借助XRD、SEM-EDX、热力学软件，研究助熔剂对还原性气氛下晶体矿物组成转变、熔渣表观形貌及微区化学组成、熔渣相平衡组成的影响。总结全文，主要得到以下结论:
　　(1)A、B煤灰成分中Al2O3含量分别为53.20％、42.61％，WSiO2/WAl2O3分别为0.7、1.2，属高铝煤;高温熔渣中主要矿物含有莫来石、刚玉、方石英，对煤灰的熔融起到骨架支撑的作用，导致A、B煤灰熔融温度大于1600℃。增加SiO2含量可持续性降低A、B煤灰熔融温度，因WSiO2/WAl2O3的不同，CaO、Fe2O3对高铝煤灰熔融温度的助熔效果存在差异性:随着CaO、Fe2O3添加量的增加，WSiO2/WAl2O3＜1的A煤，FT先降低后升高，呈“V”字形变化趋势，助熔作用大小:CaO＞Fe2O3＞SiO2; WSiO2/WAl2O3＞1时，FT持续性降低，助熔作用大小:Fe2O3＞SiO2＞CaO。A煤灰成分调节为A12＃方案时，FT降低到1306℃，B煤灰成分调节为B12＃方案时，FT降低到1361℃，同时具有良好的黏温特性，黏温区间大于154℃。
　　(2)添加助熔剂后，煤灰硅铝比增大，碱性组分CaO、Fe2O3含量增加;原煤灰中耐熔矿物莫来石、刚玉、石英转变为钙黄长石、钙长石、堇青石等低熔点矿物，煤灰在升温过程中，失去了莫来石、刚玉、石英的骨架支撑作用，同时钙长石等低温共熔，熔渣随着温度升高，表观形貌从棱角分明的块状颗粒逐渐发生熔融、表面变得圆润、光滑，是降低高铝煤灰熔融温度的主要原因。EDX能谱分析结果表明，在1400℃的灰渣中仍有Si、Al、Ca、O元素的聚集，说明有钙长石存在，这和XRD的分析结果一致。
　　(3)热力学计算结果表明，A、B在1400℃的熔渣中含有50％以上的莫来石。A加助熔剂后，将煤灰中的莫来石转变为钙长石、黄长石、堇青石，温度大于1200℃时，钙长石、氧化铝、尖晶石、堇青石等发生低温共熔。B加助熔剂后，钙长石、石英、堇青石、白榴石等在1100℃低温共熔。热力学软件的计算结果和XRD分析结果具有一致性。高熔点的耐熔矿物转变为低温共熔物，是高铝煤灰熔融温度降低的主要原因。
　　(4)利用热力学软件分析CaO、Fe2O3对A、B煤不同助熔效果的原因，结果表明:A+4％CaO的熔渣中钙黄长石、钙长石在1300℃共熔，B+10％CaO的熔渣中钙长石、钙黄长石、硅灰石在1200℃共熔，因此A+4％CaO、B+10％CaO具有较低的熔融温度。A+4％ Fe2O3、 B+10％ Fe2O3的熔渣中含有较多的助熔矿物铁堇青石，对降低FT起到关键作用，因此灰熔融温度更低。

目录

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摘要

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引言

1 文献综述

1．1 煤灰成分对灰熔融特性的影响研究现状

1．2 晶体矿物对煤灰熔融特性的影响研究现状

1．3 降低煤灰熔融温度研究现状

1．4 煤灰助熔机理研究现状

1．5 主要研究内容

2 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验方法及实验仪器

2．2．1 煤灰熔融温度测定

2．2．2 煤灰化学成分分析

2．2．3 晶体矿物组成分析

2．2．4 煤灰黏温特性测定

2．2．5 表观形貌及微区化学组成分析

3 助熔剂对高铝煤灰熔融特性的影响

3．1 SiO2对高铝煤灰熔融温度的影响

3．2 CaO对高铝煤灰熔融温度的影响

3．3 Fe2O3对高铝煤灰熔融温度的影响

3．4复配助熔剂对高铝煤灰熔融温度的影响

3．4．1 煤灰成分对A煤灰熔融温度的影响

3．4．2 煤灰成分对B煤灰熔融温度的影响

3．5 助熔剂对高铝煤黏温特性的影响

3．6 本章小结

4 高铝煤灰熔融助熔机理

4．1 助熔剂对晶体矿物转化过程的影响

4．1．1 助熔剂对A煤灰晶体矿物转变过程的影响

4．1．2 助熔剂对B煤灰晶体矿物转变过程的影响

4．2 熔渣表观形貌及微区化学组成分析

4．2．1 A12#方案SEM-EDX分析

4．2．2 B12#方案SEM-EDX分析

4．3 本章小结

5 助熔剂对熔渣相平衡组成的影响

5．1 热力学软件计算条件

5．2 助熔剂对A煤灰渣相平衡组成的影响

5．3 助熔剂对B煤灰渣相平衡组成的影响

5．4 CaO、Fe2O3对高铝煤不同助熔效果的分析

5．4．1 CaO对高铝煤不同助熔效果的原因分析

5．4．2 Fe2O3对高铝煤不同助熔效果的原因分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录：作者简介及攻读硕士期间主要科研成果