还原性气氛下含铁矿物的迁移转化规律及析铁机理研究

选取铁含量不同的代表性煤样，采用计算机控制扫描电镜技术（CCSEM）分析煤中含铁矿物的组成、赋存形态和粒径分布，确定煤中内在含铁矿物和外在含铁矿物的类型及含量；借助高温X-射线衍射（HT-XRD）实时分析技术，考查还原性气氛下煤中含铁矿物的转变过程，找出煤中含铁矿物中间产物的初始形成温度，并结合高温熔融装置和微相分析技术，研究初始形成温度和终止温度时淬冷渣样的矿物组成和微观形貌，明确中间产物和最终产物的形态及结合形式，得出还原性气氛下含铁矿物的迁移转化规律；利用Fe-M?ssbauer谱并结合FactSage热力学软件，探究不同还原性气氛下煤样的析铁过程，找出发生析铁现象的必要条件，揭示还原性气氛下含铁矿物的析铁机理。本研究对丰富煤灰化学理论和解决气化炉堵渣问题具有重要的理论和实际意义。

气化炉在运行过程中出现堵渣问题严重影响装置稳定运行，熔渣析铁是导致气化炉结渣、堵渣的主要原因之一。通过还原性气氛下含铁矿物迁移转化规律和析铁机理研究，对丰富煤灰化学理论和解决气化炉堵渣问题具有重要理论和实际意义。. 对铁含量不同的8个代表性煤样采用计算机控制电子扫描技术（CCSEM）分析煤中含铁矿物组成和粒度，确定煤中内外在含铁矿物的类型及含量。利用超声逐级化学提取法定量分析煤中铁元素赋存状态。煤中铁元素以碳酸盐、铁锰氧化物、硫化物、铝硅酸盐和有机结合态存在，其中硫化物结合态是最主要的赋存状态，含量在40%-81.5%。.向ZX、SH和LY煤中添加Fe、FeS2和CaCO3，研究还原性气氛下不同铁钙比对煤灰渣高温矿物转化的影响，FeS2 添加到LY和ZX煤后分别生成中间产物铁碳渗透体Fe3C和铁硅酸盐Fe2.56Si0.44O4，900-1000℃时Fe3C衍射峰强度随着温度升高而增强，1200~1300℃时Fe2.56Si0.44O4衍射峰强度随着温度升高而增强，而添加Fe后，高温煤灰渣中均无这两种矿物生成。.考查还原性气氛下含铁物相（Fe、FeS2、FeS和FeSO4）对煤灰渣含铁矿物转化过程的影响，当V(CO):V(N2)=4:1的气氛中，温度升至1000℃，ZX煤熔渣中产生单质铁和陨硫铁；1200℃时，含铁矿物含量为极小值；加入Fe、FeS和FeSO4的熔渣中单质铁含量增加，而加入FeS2抑制了单质铁析出。含铁物相对熔渣表观形貌也存在着影响。.利用FactSage热力学模拟软件，研究添加含铁助剂和含钙助剂对煤灰熔融性的影响，采用粘度预测模型分析液渣的粘温特性。含铁助剂的加入，使得含硅氧化物和硅酸盐矿物共存且发生低温共熔，降低煤灰熔融温度；铁钙比越大，含铁和含钙结晶矿物析出的温差越大。.探究还原性气氛下熔渣析铁的影响因素、析铁条件和析铁机理，渣样析铁的条件有：还原性气氛CO体积分数≥25%；还原性气氛CO体积分数在25%~60%时，反应温度≥1200℃；钙长石的大量析出；形成中间产物（Fe-O-S）熔体结构，灰渣表面原子组成S/ Fe≤1；灰中Fe2O3含量≥8.82%。