高温固硫物相硫铝酸钙在不同气氛下的动力学实验研究

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1、高温固硫物相硫铝酸钙在不同气氛下的动力学实验研究王丽*基金项目：国家自然科学基金资助项目（40602008）；矿物材料国家专业实验室开放课题（07008B）作者简介：王丽，女，28岁，硕士研究生，材料学专业，研究方向：型煤固硫.E-mail：liwang5131@163.com通讯作者：李金洪，E-mail：jinhong@cugb.edu.cn。，李金洪，杨静（中国地质大学矿物材料国家专业实验室，北京100083）摘要：在分析3CaO·3Al2O3·CaSO4（C4A3S）生成反应热力学参数的基础上，结合变温XRD实验，研究了C4A3S在静态空气、流动O2和

2、流动Ar条件下生成动力学过程，并探讨了气氛对C4A3S生成的影响。在静态空气下，C4A3S生成反应的表观活化能Ea=228kJ/mol；在流通的O2气氛下，Ea=68kJ/mol；在流通的Ar气氛下，C4A3S生成反应的表观活化能Ea=254kJ/mol。O2气氛能有效地降低C4A3S生成反应的表观活化能，惰性（Ar）的贫氧气氛不利于C4A3S的生成。关键词：硫铝酸钙，动力学，活化能，气氛Studyonkineticsofhightemperaturedesulfurizationphaseofcalciumsulphoaluminateindifferent

3、atmosphereWANGLi,LIJin-hong,YANGJing(NationalLaboratoryofMineralMaterials,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)Abstract：Dynamicsparametersofcalcuimsulfoaluminateformedindifferentatmospherewascaculated.DynamicX-raydiffractionanalyseswasalsousedtostudytheformationofC4A3Sat

4、differentsinteringtemperature.ThedynamicexperimentalresultsshowthattheactivationenergyoftheC4A3Sformationreactionis228kJ/molinthestaticairatmosphere,68kJ/molintheflowingO2atmosphere,254kJ/molintheflowingAratmosphere.O2atmospherecandecreaseactivationenergyofthereactioneffectively,whi

5、leinertatmosphere(Ar)increasesactivationenergyinminordegree.Keywords：C4A3S,kinetics,activationenergy,atmosphere我国是世界上少数几个以煤炭为主要一次性能源的国家之一,每年以燃烧方式消耗的煤炭约占整个煤炭消耗总量的75%[1]。煤中的硫燃烧后绝大部分转化为硫氧化物，如果缺乏有效的控制手段，势必对环境造成严重的危害。钙基固硫技术仍是现阶段工业燃煤固硫的常用方法[2]，通常是在煤中掺加适当比例的钙基固硫剂，使煤燃烧所产生的SO2与固硫剂反应生成硫酸盐而存留于

6、炉渣中，由于传统的固硫产物CaSO4在高温下（>1200℃10）会发生分解，从而使高温固硫率急剧降低[3]，因此，寻找一种在高温燃烧工况下固硫效果仍较好的方法是燃煤固硫领域的主要突破点。研究表明[4]，当煤高温煅烧至1200℃以上时，煤灰中会出现一种耐热复合物相，即高温固硫物相无水硫铝酸钙3CaO·3Al2O3·CaSO4（C4A3S，C代表CaO，A代表Al2O3，S代表SO3）[5]，该物相通常在950℃开始生成[6]，在1350℃生成量较多[7][8]，因此，控制C4A3S生成是高温燃煤固硫技术一个新的发展方向。我国的赤泥资源比较丰富，其主要成分为含钙物

7、相如方解石和霰石等（均为CaCO3），在600℃以上分解为CaO和CO2，其中CaO可参与C4A3S生成反应[9]。目前在我国赤泥作为废弃物仍以直接露天堆放处置为主，如果研究以之作为固硫剂，则可变废为宝。本文以赤泥、铝矾土为主要原料，以差热-热重分析为手段，研究了赤泥-铝矾土-CaSO4·2H2O体系在不同气氛下生成C4A3S的动力学过程。1.实验部分实验用赤泥为山东铝业公司烧结法生产氧化铝冶炼过程中所排出堆放的陈赤泥，呈棕黄色粉状；铝矾土由首钢耐火材料厂提供；CaSO4·2H2O为分析纯级化学试剂，购自北京化学试剂公司。将原料按照C4A3S生成的化学计量比（

8、CaO:Al2O3:CaSO4·2H2