煤灰熔融特性的实验研究

煤灰熔融特性的实验研究

许多关于煤灰内矿的行为特征的研究已经进行。这些研究是从矿物学的角度来解释和描述煤灰的熔融过程。在粉末煤燃烧炉系统中，煤灰中的碱性金属含量很少，通常只有几%，但其影响应得到充分考虑。碱性金属是导致路桥侧高温污染和腐蚀的主要因素，也是导致路桥侧炉渣不良的。然而，由于碱性金属化学的快速分解，碱性金属化碳难以在高温下蒸发，并且碱性金属化碳灰的含量减少。在本研究中，通过不同的碳灰粉，我们可以在弱仍然原性气氛中测量混合灰样的灰样，并使用x-辐射分析其矿物组成的变化。并比较和分析ko-al2o3-sio2和na2o-al2o3-sio2三个系统的相图。这为预测二次系统相图中碳灰粉的形成特性提供了基础，并促进了对电信装置叶片渣趋势的预测。1混合灰样中矿物组成变化的x-射线衍射分析试样采用平顶山烟煤和江西萍乡煤.根据GB212—91测定灰分方法所规定的步骤和要求制成800℃灰样.灰样化学成分如表1所示,灰样熔融特性温度如表2所示(其中TD为变形温度,TS为软化温度,TF为流动温度).添加剂采用分析纯的K2CO3和Na2CO3,用分析天平称量,按不同的比例分别与两种煤灰掺混,再将其添加量折算成K2O和Na2O.混合灰样用玛瑙研钵研磨混合均匀,并磨细至通过160目筛,测定灰熔点.为研究含一定比例的K2O和Na2O的江西萍乡混合灰样矿物组成变化,在不同温度时对煤灰和添加剂的矿物组成进行X-射线衍射分析.试样制取方法为:分别添加K2O和Na2O的混合灰样,在弱还原性气氛下,800℃至变形温度TD温度范围内每隔100℃分别使试样恒温加热1h,迅速取出试样放入水中急冷,以保持该温度下试样应有的矿物组成,避免在冷却过程中发生晶体析出和晶型转变.加热处理后的灰样用玛瑙研钵研磨至200目后制成试样.用日本RIGAKU公司制造的D/MAX-3B全自动粉末X-射线衍射仪进行分析.仪器的衍射条件为:Cu-Kα射线;Ni滤光片;管电流30mA;管电压30kV.2结果与分析2.1ko质量分数对煤灰熔点的影响弱还原性气氛下测得添加K2O和Na2O的混合灰样熔融特性温度关系曲线图见图1~4.平顶山煤灰还原气氛下添加K2O对煤灰熔点的影响如图1所示,添加Na2O影响如图2所示.煤灰中添加K2O后灰熔点呈下降趋势,当煤灰中K2O质量分数达到9.44%时,煤灰熔点降到低谷;超过这点后灰熔点又重新上升,这是由于形成了新的熔点较高的矿物质所致.煤灰中添加Na2O后灰熔点呈明显下降趋势,并达到低谷,此后随Na2O含量增大,灰熔点上升,在Na2O质量分数为9.08%时达到高峰.此后随Na2O含量进一步增大,灰熔点下降.江西萍乡煤灰还原气氛下添加K2O对煤灰熔点的影响如图3所示,添加Na2O影响如图4所示.煤灰中添加K2O后灰熔点呈缓慢下降趋势.K2O质量分数达到13.96%时,灰熔点到达低谷,之后随K2O含量进一步增加,熔点升高,并超过1500℃.这是因为生成了熔点更高的新矿物质.煤灰中添加Na2O灰熔点下降趋势明显,并在Na2O质量分数为5%左右时曲线有一个拐点.2.2试样主要矿物质x-射线衍射分析分别对江西萍乡原煤和800℃灰样进行X-射线衍射分析,X-射线衍射强度Cps变化见图5和图6.由图5和图6可知,江西原煤的矿物质成分为石英、高岭石、白云石等,其中石英含量较多,白云石含量较少.800℃灰中主要矿物质为石英.同时为了研究添加K2O和Na2O后煤灰样中矿物质的变化,对江西萍乡灰添加添加剂后熔点较低时的混合灰样1#(K2O质量分数为10.49%)和2#(Na2O质量分数为12.01%)进行X-射线衍射分析.各试样主要矿物质X-射线衍射强度变化如图7和图8所示.图7和图8表明1#混合灰样中石英含量随温度升高而减少,从900℃左右开始与K2O和Al2O3形成白榴石(K2O·Al2O3·4SiO2),石英晶体和白榴石在1300℃时XRD衍射峰均趋于消失;2#混合灰样中石英含量随温度升高而减少,800℃开始与Na2O和Al2O3形成霞石(Na2O·Al2O3·2SiO2),霞石在1100℃衍射峰消失,石英在更高温度下完全熔融.3三元焦相图分析了煤灰的融合特性3.1wsio3+al2o3、al2o3、3.2o33.23.K2O-Al2O3-SiO2三元系统相图如图9所示,L1为斜率w(SiO2)/w(Al2O3)比率保持不变的直线(比率为2.27),也是江西煤灰与不同比率的K2O掺混的混合灰样的近似迹线.直线L2的斜率为w(SiO2)/w(Al2O3)=1.53,是平顶山煤灰与不同比率的K2O掺混的混合灰样的近似迹线.将直线L1按熔融温度和灰样中K2O含量关系绘制成图3的实线部分(液相温度曲线),实验结果绘制成虚线部分(熔融特性温度曲线).将两线比较可知,液相线的趋势和熔融温度特性曲线相似,但是并不接近平行,相互之间存在5%左右的K2O含量位移,这个位差的存在是由于有Fe和Ca存在.另外,虚线与系统相图液相线温度曲线相比,波谷浅,下降上升趋势平缓,这可能是由于K2O在高温下挥发所致.当w(SiO2)/w(Al2O3)=3左右时,这种改变会有效地加宽白榴石(KAlSi2O6)区,降低最大液相温度100℃左右,图中两者将会更加符合.在白榴石最高温度附近发生的偏离可能归因于高温下富钾硅酸盐液体的极低粘度,这种偏离使观察到的灰锥完全熔融时,理论上的灰锥只部分熔融.基于这种考虑,高K2O含量下变形温度和流动温度间间隔很小说明容易熔融.Kahraman等人研究钾长石与石英混合样的熔融,发现混合样在900~1200℃发生熔融,混合样的相图标明共熔点温度在980~1150℃,与煤灰熔融特性相似.图9中,L1线周围主要结晶区的矿物质有石英、莫来石、白榴石、钾霞石等.考虑灰样其他矿物组分影响,混合灰样w(K2O)=10.49%的SiO2,Al2O3和K2O组分点A落在白榴石相区,这与w(K2O)=10.49%的江西煤灰混合灰样在较高温度下检测出的石英、白榴石为主要生成矿物基本一致.根据X-射线衍射分析结果,可以推断在高温下,添加K2O的灰样主要发生以下反应:K2O+Al2O3+4SiO2→K2O⋅Al2O3⋅4SiO2(白榴石).Κ2Ο+Al2Ο3+4SiΟ2→Κ2Ο⋅Al2Ο3⋅4SiΟ2(白榴石).3.2还原气氛中添加na2o的灰样的工程应用Na2O-Al2O3-SiO2三元系统相图如图10所示.图中直线L1为江西煤灰与不同比率Na2O掺混的混合灰样的近似迹线,w(SiO2)/w(Al2O3)=2.27.直线L2为平顶山煤灰与不同比率Na2O掺混的混合灰样近似迹线,w(SiO2)/w(Al2O3)=1.53.L1线的液相线温度曲线在图4中用实线表示,虚线表示混合灰样的灰熔点温度曲线.它们之间除存在10%左右Na2O质量分数的位差外,其余都与液相线温度曲线接近平行.这个位差是由于煤灰中存在除Na2O外的其他碱性成分(Ca,Fe,K等)的缘故.图10中,B点为Na2O质量分数为12.01%混合灰样圆整SiO2,Al2O3和Na2O成分的组分点.考虑到灰样中其他组分所引起的偏差,B落在霞石相区,这与混合灰样在还原气氛X-射线衍射分析到主要生成矿物质为石英和霞石基本符合.L1线周围主要结晶区的矿物质为石英、莫来石、霞石、三斜霞石等,这几种矿物质在一起会有共熔现象发生,其中钠长石与霞石相区形成共熔点温度1062℃,B点接近此共熔点,而混合灰样变形温度为1086℃,两者符合较好.此结果与Reifenstein等人的研究符合.熔融实验表明,直到1050℃之前灰柱才发生明显的变形,与钠长石-二氧化硅二元相图中两者共熔温度为1062℃符合较好.霞石、三斜霞石形成最低共熔点