硅铝比对CaO-SiO2-Al2O3熔体微观结构的影响分析

摘要

煤灰的酸碱比和硅铝比是影响煤灰特性的关键因素.在煤中加入添加剂或采用混煤等方法,改变煤灰硅铝比来调节煤灰的熔融特性,是改善煤高温转化过程中带来灰渣问题的重要手段.为了分析硅铝比变化对煤灰体系微观结构产生的影响,得出宏观性质改变的理论机理,基于第一性原理在1 600°C下模拟计算了 CaO-SiO2-Al2O3体系中SiO2/Al2O3从0.5升至3.1时,径向分布函数(RDF)、平均配位数(CN)、聚合度、氧的分布等微观结构的变化规律.结果表明:SiO2/Al2O3从0.5增至3.1时,Si—O有稳定的四配位结构且平均键长为1.61×10-10 m;Al—O的平均键长为1.75×10-10 m,Al—O配位较为稳定,且配位数随着硅铝比的增加而降低,合成煤灰硅酸盐体系中Si、Al为网络形成体.随着SiO2/Al2O3从0.5增至3.1时,Q4、Q5逐渐减少,生成聚合度低的Q2、Q3,其中Q4、Q5分别降低23％、10％左右,Q3、Q2分别升高14％、11％左右.大量[SiO4]4-和[AlO4]5-被破坏,煤灰体系的聚合度降低,无序性升高,网络结构被破坏,导致煤灰熔融性降低.随着体系硅铝比的增加,Ot和Ob含量逐渐降低,Onb含量增加显著,其中,Ob、Ot含量分别降低7％、13％左右,Onb含量升高18％左右.体系网络结构遭到破坏变得松散,疏松的网络结构导致体系硅酸盐网络在高温下更易塌陷和瓦解,宏观表现为煤灰的熔融温度降低,更易产生低温共熔体.