煤灰矿物组成对煤灰熔融特性的影响

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1、煤灰矿物组成对煤灰熔融特性的影响摘 要 以神木西沟煤为煤样，研究了煤灰化学成分和灰熔融性的关系，考察了灰成分对煤灰熔融温度的影响，得出了提高煤灰熔点的最佳方法．实验结果表明，添加适量的氧化物会提高煤灰的熔融温度．要使灰软化温度超过１ ３５０℃，ＳｉＯ２的添加量至少４．０％，Ａｌ２Ｏ３的添加量至少２．０％，ＣａＯ的添加量至少２．０％．从工业生产实际出发，应考虑添加ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３或ＳｉＯ２，即添加廉价的高岭土、石灰石、蒙脱土之类的添加剂，进而扩大煤的使用范围．关键词 煤灰，熔融温度，灰成分 引 言陕北地区是国内外少有的能源资源富集区，

2、蕴藏着丰富的煤炭资源，但由于其生态环境脆弱，长期的能源开发引起了一系列的生态环境问题，严重影响和制约了陕北能源产业的可持续发展．［１］特别是陕北神木煤种煤质优良，素有“天然精煤”之称，是优良的动力用煤，也是良好的气化和液化用煤，但神木地区煤种灰熔点普遍较低，直接影响了市场销售及适用范围，煤灰熔融性已成为影响矿区经济效益的主要因素之一．因此，改变煤灰熔点，提高煤的适用范围迫在眉睫．根据煤灰化学成分中金属离子的离子势，可将氧化物分成两大类，即碱性氧化物（Ｆｅ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ）和酸性氧化物（ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｔｉ

3、Ｏ２）．［２，３］煤灰所处的气氛一定时，灰熔点与煤灰成分之间有一定的关系，灰中酸性氧化物的含量大于碱性氧化物含量时，煤灰熔融温度较高；相反，煤灰熔融温度较低．［４－７］因此，了解煤灰成分对灰熔点的影响，通过改变煤灰组成可以控制灰熔点．灰熔点没有一个固定值，包含变形温度（ＤＴ）、软化温度（ＳＴ）、半球温度（ＨＴ）和流动温度（ＦＴ）四个特征温度，一般用软化温度（ＳＴ）来表示灰熔点．本实验以神木西沟煤矿的煤为煤样，实验测量煤灰的ＳＴ为１ ２４７℃，煤灰的灰熔点较低，仅适用于液态排渣，限制了其适用范围．为了扩大煤的适用范围，本文主要研究灰成分

4、对灰熔融性的影响，寻求提高神木煤灰熔融温度的方法，以满足当地动力用煤对灰熔点的要求．１ 实验部分１．１ 灰锥的制备将煤样在粉煤机中粉碎，再将其磨成小于０．２ｍｍ的煤粒，在马弗炉中灰化．将灰化后的煤灰用玛瑙研钵研细至０．１ｍｍ以下，用糊精溶液调制成可塑状，然后用小刀铲入灰锥模具中压成灰锥．用小刀将模内灰锥小心地推至玻璃板上，于空气中风干备用．１．２ 煤灰的化学成分及矿物组成的测定本实验采用Ｘ－射线衍射（ＸＲＤ）和电感耦合等离子体原子发射光谱（ＩＣＰ－ＡＥＳ法）相结合的方法分析煤灰的化学成分．将制好的灰锥加热到软化温度迅速取出，放入冷水中

5、骤冷，取出晾干，在玛瑙研钵中研细，通过Ｘ－粉末衍射仪分析灰样的矿物组成，衍射条件为：Ｃｕ靶，管电流４０ｍＡ，管电压３６ｋＶ．在石墨坩埚中将灰化好的煤灰用硼氢化锂包裹好放在电垫板上加热，直至其熔化，在５０ｍＬ ５％硝酸中溶解，取下冷却，转移至１００ｍＬ容量瓶中，用５％硝酸定容．通过ＸＲＤ的分析配制一系列标准溶液，配制好的溶液通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪定量分析煤灰中主要化学成分的含量１．３ 煤灰熔融温度的测定用ＪＦＨＲ－３微机灰熔点测定仪，按照国标法ＧＢ／Ｔ ２１９－１９９６《煤灰熔融性的测定方法》测定煤灰的熔点．２ 结果与讨论２

6、．１ 煤灰组分的含量用ＩＣＰ－ＡＥＳ法定量分析煤灰的化学成分，煤灰中主要化学成分的含量见表１．表１ 煤灰中主要化学成分的含量（％＊）Ｆｅ２Ｏ３ＣａＯ Ｋ２Ｏ Ｎａ２Ｏ ＭｇＯ ＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３ＳＯ３ＴｉＯ２１２．２９ １３．５８ ３．４４ ４．３５ ８．５３ ２９．４７ １７．３９ ０．５２ ０．８１ ＊Ｐｅｒｃｅｎｔ ｏｆ ｗｅｉｇｈｔ．由表１可知，煤灰的主要成分为Ｆｅ２Ｏ３，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｋ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３以及少量的ＳＯ３和ＴｉＯ２．煤灰中碱性氧化物的含量为４２．１９％，酸性氧化物的含量为４８．１９％，而且

7、煤灰中铁矿石的含量较高，因此煤灰的灰熔点较低．２．２ 灰成分对煤灰熔融性温度的影响煤灰由一些碱性氧化物和酸性氧化物组成，氧化物的含量直接影响灰熔融性温度．本实验主要研究了煤灰成分ＣａＯ，Ｆｅ２Ｏ３，ＭｇＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＳｉＯ２和Ａｌ２Ｏ３对煤灰熔融温度的影响．实验中各氧化物的加入量用加入的氧化物与原煤的质量比表示．２．２．１ 加入ＣａＯ对煤灰熔融温度的影响随着煤灰中ＣａＯ加入量的增加，煤灰熔融性温度呈先降后升的趋势．在ＣａＯ加入量较少时，煤灰熔融温度随ＣａＯ加入量的增加而降低ＣａＯ加入量为０．５％时，煤灰的熔融温度最低，ＳＴ为１

8、 ２２４℃，降低２３℃，这是因为ＣａＯ能与ＳｉＯ２等形成低熔点的硅酸盐．随着煤灰中ＣａＯ加入量的增大，煤灰熔融温度呈升高的趋势，ＣａＯ加入量为２．０％时，煤灰的熔融温度超过１３５０℃，ＳＴ为１３５９℃，这是因为出现ＣａＯ