煤的氣化是潔凈煤利用技術(shù)的主要手段之一，而煤的催化氣化可明顯降低反應(yīng)溫度，提高反應(yīng)速率，改變煤氣組成與增加煤氣產(chǎn)率，特別是堿性氧化物的高催化活性已得到廣泛的應(yīng)用；但是在催化氣化過(guò)程中，這些堿性物質(zhì)會(huì)附著灰渣一起排出爐外，形成新的二次污染源，嚴(yán)重制約煤炭催化氣化的實(shí)際工業(yè)化進(jìn)程。顯然，這些含堿灰渣的排放，以及改性、加工和合理利用就成為急切關(guān)注的新焦點(diǎn)。要對(duì)含堿灰渣給予科學(xué)的利用，必須先要了解灰渣的成分、特性、高溫下的形態(tài)變化，以及與堿的相互作用行為等基本要素，為此，筆者以環(huán)境友好的綠色化工觀(guān)點(diǎn)，從煤灰化學(xué)組成、煤灰熔融特性、煤灰熔融相圖、堿性助劑的作用等方面進(jìn)行了綜合分析，進(jìn)而指出了實(shí)現(xiàn)含堿灰渣無(wú)害化的原理、條件、工藝以及煅燒脫堿的適宜方式。
1 煤灰成分與煤灰熔融特性的關(guān)系
煤灰是一種極為復(fù)雜的無(wú)機(jī)混合物，通常都是以氧化物的形式來(lái)表示煤灰的組成�；瘜W(xué)分析結(jié)果表明，煤球由SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、TiO2和SO2等氧化物構(gòu)成。其中，SiO2、A12O3和TiO2為酸性氧化物，而Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O為堿性氧化物。酸性氧化物具有提高煤灰熔融溫度的作用，其含量越多，熔融溫度就越高；相反，堿性氧化物卻有降低煤灰熔融溫度的作用，其含量越多，熔融溫度就越低。酸性與堿性氧化物的相互匹配與比例增減，煤灰熔融的還原或氧化氣氛等因素，常引起熔融溫度的復(fù)雜變化與不同的規(guī)律性。
采用Vorres的“離子勢(shì)”觀(guān)點(diǎn)可以很好地解釋堿性氧化物的助熔機(jī)理。由于酸性氧化物中酸性離子具有高的離子勢(shì)(離子化合價(jià)／離子半徑)，堿性離子的離子勢(shì)較低，離子勢(shì)高的酸性陽(yáng)離子易與氧結(jié)合形成復(fù)雜離子或多聚物，而堿性陽(yáng)離子則為氧的給予體，能夠終止多聚物集聚，降低其黏度，表現(xiàn)出助熔效果。
Vassilev和Kunihiro對(duì)世界各地的43種高溫灰樣(815℃±10℃，灰化1 h)進(jìn)行了研究，指出在氧化氣氛中，使灰熔點(diǎn)提高的氧化物排序?yàn)椋篢iO2＞Al2O3＞SiO2＞K2O；使灰熔點(diǎn)降低的氧化物排序?yàn)椋篠O3＞CaO＞MgO＞Fe2O3≥Na2O。
劉新兵和陳茺對(duì)我國(guó)主要煤灰進(jìn)行了研究，指出堿金屬氧化物以游離形式存在時(shí)能顯著降低煤灰熔點(diǎn)，但多數(shù)煤灰中的K2O是以伊利石的組成部分而存在，伊利石在受熱熔化時(shí)無(wú)K2O析出，故對(duì)煤灰的助熔作用大大減��；當(dāng)煤灰中堿性氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％～50％時(shí)，煤灰中酸性與堿性氧化物間發(fā)生固相反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)共熔體，可使灰熔點(diǎn)最低；質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于40％時(shí)，灰熔點(diǎn)隨酸性氧化物含量的增加而提高；質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50％時(shí)，灰熔點(diǎn)隨堿性氧化物含量的增加而提高，但對(duì)應(yīng)關(guān)系較差。
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