循环流化床锅炉粉煤灰中硫的赋存状态研究.pdf

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1、第2期矿产综合利用No．22013年4月MultipurposeUtilizationofMineralResourcesApr．2013循环流化床锅炉粉煤灰中硫的赋存状态研究丁爱娟，郑诗礼，马淑花，郭奋，王月娇(1．北京化工大学化工学院，北京100029；2．中国科学院过程工程研究所湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室，北京100190)摘要：高铝粉煤灰是重要的提取氧化铝的原料，而硫是氧化铝生产中主要有害杂质。以山西朔州地区循环流化床锅炉产生的高铝粉煤灰为研究对象，采用XRF、XRD和SEM—EDS并结合炉前煤分析结果研究了其中硫的赋存状态。研究结果表明，炉前煤中硫含量达到3

2、．77％，以黄铁矿形式存在的无机硫约占总量的50．7l％。这种煤经循环流化床锅炉燃烧后，粉煤灰中主要含硫矿物转化为硫酸钙和钙矾石，这与铝土矿中硫的赋存状态显著不同。对比粉煤灰和950~C焙烧后粉煤灰XRD结果表明，钙矾石是在粉煤灰堆存过程中硫酸钙与粉煤灰中的氧化铝、水等进一步水化生成的产物。关键词：粉煤灰；氧化铝；硫；赋存状态doi：10．3969／j．issn．1000—6532．2013．02．016中图分类号：TD985；P616．4文献标识码：A文章编号：1000-6532(2013)02-0058-05粉煤灰是煤炭燃烧发电过程中产生的固体废品质量下降等问题n。本研究

3、通过对粉煤灰中弃物，大量粉煤灰占地堆积，造成环境污染，严重危的硫存在形式研究，为粉煤灰提取氧化铝技术的研害人类健康⋯。因此，粉煤灰的处置越来越受到社发及粉煤灰资源合理利用提供理论指导。会的关注]，我国西北地区，煤炭资源丰富，火力发1试验原料及仪器电是主要的电力供应方式，粉煤灰问题更加突出。该地区的煤炭资源中铝含量较高，粉煤灰中氧化铝原料：煤炭和粉煤灰均取自山西朔州某电厂，煤含量在40％左右J，与我国中等铝土矿中氧化铝的炭样品在85℃下烘干48h备用，粉煤灰样品采自电含量相当，其综合利用受到了前所未有的关注，厂的粉煤灰堆场。从粉煤灰中提取氧化铝既能缓解粉煤灰的环境污染仪器：AX

4、IOS型x荧光光谱仪，D／Max-RC型固问题，又能缓解我国铝资源紧缺的供需矛盾¨。定铜靶x射线衍射仪，5800SV扫描电子显微镜，CS一按燃煤锅炉形式，可分为煤粉炉和循环流化床344型碳硫分析仪。炉产生的粉煤灰¨。后者由于反应温度低、原料适2硫的赋存状态研究应性好、二氧化硫排放量易于控制等优点¨M，正在全国推广使用。目前山西朔州地区广泛采用循环2．1炉前煤流化床锅炉，这种锅炉在燃烧过程中添加大量的石2．1．1XRD分析灰石作为固硫剂，同时，朔州地区炉前煤中富含高岭炉前煤XRD分析见图1。由图1可以看出，炉石、一水软铝石等高铝矿物，因此，燃烧后形成的粉前煤的矿物组成并不复杂，

5、由石英、高岭石、黄铁矿煤灰中氧化铝含量普遍偏高，可作为提取氧化铝的以及方解石组成。其中高岭石和石英为主要成份，原料。但是，硫的存在会对氧化铝生成造成极大的同时含有少量的黄铁矿与方解石。其中黄铁矿危害[】，体现为管道堵塞、设备腐蚀、碱耗增加及产(FeS)是硫在煤中唯一以晶体存在的含硫物相，未收稿日期：2012—06—26基金项目：国家科技支撑计划课题(2012BAFO3B01)；国家863课题(2011AA060704)作者简介：丁爱娟(1986．)，女，硕士，主要研究方向为高铝粉煤灰提铝清洁工艺杂质行为研究。·60·矿产综合利用2013拄相结构。根据XRD分析软件，有两个物相

6、可与之符燃烧温度为850～950~C。在该温度范围内，煤中有合，分别为钙矾石相(ca6Al12(s0)，(OH)，：32H：0)机硫燃烧生成二氧化硫，富氧环境下会进一步反应和钙长石相(CaA1Si：0。)。得到SO。主要无机硫相黄铁矿在高温分解后形成磁铁矿，并放出SO，。当煤炭燃烧加人过量石灰石时，三氧化硫又与石灰石分解得到的氧化钙反应生成硫酸钙。反应过程如下：F。S(黄铁矿)+0F0+SO(1)二兰FeFeO+O，F30(磁铁矿)(2)102O3O4O5O607O8O90Fe3O(磁铁矿)+0：二兰FeO(赤铁矿)22o／(。)(3)图4粉煤灰XRD图谱Fig．4TheXR

7、DpatternofflyashCaCOcaO+CO，(4)SO2+00三s0，(5)钙矾石与钙长石的不同点主要表现在：钙矾石的热稳性较差，一般在高于70~C就开始分解¨引。so+Ca0caso(6)而钙长石是长石族矿物，属斜长石，是一种钙铝硅酸由反应式(1)～(6)可以看出，方解石及加固硫盐矿物，其热稳定性较好，分解温度为1553℃¨。剂石灰石燃烧后的粉煤灰中得到游离氧化钙及硬石为了确定该物相，将粉煤灰置于马弗炉中在950℃膏。但由于粉煤灰在堆存过程中与环境中的水易发高温下焙烧2h，对得到的焙烧产物进