CO_2-水处理准东煤钠脱除效果研究

为解决新疆准东高钠煤在燃烧利用时所引起的锅炉结渣与沾污等问题,采用CO_2-水处理方法进行煤燃前脱钠,在煤液比为1∶20的混合液中,在保持一定的水浴温度和搅拌转速100 r/min的条件下,持续通入CO_2,考察了煤样粒度、CO_2通入时间和温度对脱钠效果的影响。结果表明:在CO_2通入时间为24 h的常温常压CO_2-水处理过程中,煤样粒径的减小有利于提升脱钠率,粒径为0.1~0.2 mm时,脱钠率达到86.1%,在常温常压下CO_2通入6 h后可以脱除大量的水溶钠和部分有机钠,脱钠率达到83.1%,温度升到40℃时加剧了煤中水溶钠、醋酸铵溶钠、稀盐酸溶钠的脱除效果,脱钠率可达到88.3%,达到了燃烧锅炉对煤质的要求。     

水溶钠对准东煤快速热解煤焦燃烧特性的影响

采用不同萃取液对准东五彩湾烟煤进行逐级萃取,分别利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪和离子色谱仪对萃取制得的滤液进行相应的元素分析和阴离子检测。测试结果表明,准东煤中金属钠的赋存形态以水溶钠为主,且主要以NaCl,Na2SO4,NaNO3,NaHCO3等化学形态存在。在酸洗煤样中加载不同化学形态水溶钠,并在沉降炉快速热解条件下制备煤焦。热解煤焦的热重燃烧实验表明,添加水溶钠使煤焦的燃烧初始反应温度、着火温度和燃尽温度都较酸洗煤煤焦有所降低,表明水溶钠盐对高钠煤煤焦的燃烧具有促进作用。不同化学形态水溶钠的催化作用不同,以Na2CO3的作用最为显著。通过积分法计算得到了5种快速热解煤焦燃烧的活化能,加载水溶钠盐使煤焦燃烧的活化能降低,不同化学形态水溶钠的影响不同。     

CaO水化法从钠硅渣中回收氧化钠的研究

采用二次回归正交设计回归出烧结法生产氧化铝中压脱硅钠硅渣常压氧化钙水化法脱钠的数学模型根据数学模型,按照单因子变动的原则,分别讨论了反应温度、石灰添加量、浆液液固比对钠硅渣脱钠率的影响并提出了在试验条件范围内,常压氧化钙水化法钠硅渣脱钠的最佳工艺条件是：温度95℃,CaO/Na2O分子比为5,浆液液固比取4。在此工艺条件下,钠硅渣脱钠率可达到95．2％。     

逐级提取法研究新疆高钠煤中碱金属赋存形态

选择水、醋酸铵溶液、盐酸溶液作为提取剂,研究新疆红沙泉矿、准东矿原煤中碱金属的赋存形态。研究结果表明:准东煤的水溶钠含量为45.05%,高于红沙泉煤的水溶钠含量;新疆煤中钠形态主要以水溶态和不溶态的无机钠主,占比合计约70%,水溶和不溶的钾化合物占90%左右,即新疆高钠煤中碱金属的赋存状态较为复杂,主要以水溶态和不溶态为主,醋酸铵溶态和盐酸溶态含量较低。     

准东高碱煤气化过程中碱金属赋存形态迁移转化

利用循环流化床煤气化试验、三步萃取分析和X射线衍射（XRD）分析,对新疆准东煤田的天池木垒煤（TC）中碱金属钠和钾的赋存形态进行了研究,初步获得了天池木垒煤中不同赋存形态钠和钾的转化规律。研究结果表明：钠在天池木垒煤中主要以水溶形式存在,钾主要以不溶形式存在;在煤气化过程中,以有机形式和水溶形式存在的钠易挥发到煤气中,不溶钠总含量增加,且主要存在底渣中,飞灰中钠和钾主要以水溶形式存在;煤气化温度升高,更多水溶钠和酸溶钠挥发至煤气中,同时有更多不溶钠生成;尾部煤气温度降低,煤气中钠会以水溶钠和酸溶钠的形式凝结;通过XRD可以确定天池木垒煤中主要有,NaCl,Na2SO4和K3Na(SO4)2等水溶钠,不溶钠则以硅铝酸盐矿物形式存在且经过煤气化后,有更多硅铝酸盐生成,而会挥发进入煤气,在固态样品中无法检测到。     

高钠煤的赋存状态及沾污抑制行为研究进展

对煤中钠的含量及高钠煤的分布特征、煤中钠的赋存状态以及钠在燃烧过程中的逸出及沾污抑制特性进行详细的综述研究。研究表明:国外高钠煤形成一般受到海水侵入煤层的影响,而我国准东高钠煤形成可能与成煤后期矿化度高的地下水进入煤层有关;高钠煤一般是低阶煤,钠主要以水溶态和离子交换态存在;随变质程度提高,煤中的钠含量有降低的趋势。燃烧初期有机质结合钠以及溶解在孔隙中的钠大量释放而进入气相中,冷凝沉积在受热管表面导致沾污行为,添加合适粒度的高岭土等硅酸盐矿物可以有效缓解钠盐引起的沾污特性。     

氯化钠蒸气对高钠煤煤灰钠捕获性能及其烧结温度的影响

新疆的高钠煤是一种开采成本低、灰分低、含硫量低的优质燃料,但较高的钠含量导致其在燃烧利用的过程中易出现沾污结渣等现象,严重阻碍了高钠煤的开发利用。以2种高钠煤(五彩湾煤(WCW)、哈密煤(HM))和1种低钠煤(平朔煤(PS))作为实验对象,在900℃下燃烧制灰,并将所制煤灰置于38%、51%和76%的NaCl蒸气下进行钠捕获实验,使用ICP-OES测得钠捕获前后煤灰的钠含量,采用XRD分析钠捕获前后煤灰中矿物质的变化,采用压降法测量钠捕获前后煤灰的烧结温度,深入探究不同NaCl蒸气体积分数下煤灰烧结特性的衍变规律。结果表明：在3种NaCl蒸气体积分数下,3种煤灰样品中PS煤灰的钠捕获量最大,HM煤灰次之,WCW煤灰最低。Si、Al能增强煤灰的钠捕获性能,而Ca则会与Si、Al发生反应,从而抑制Si、Al对NaCl蒸气的化学固定,不利于煤灰的钠捕获。随NaCl蒸气体积分数升高,钠捕获量增大,煤灰的烧结温度降低幅度与其钠捕获量呈正相关。HM、WCW煤灰烧结温度降低幅度均大于PS煤灰,一方面是由于HM和WCW煤灰固钠后生成的含钠化合物的熔点低于PS煤灰,另一方面NaCl蒸气体积分数升高促进了...     

两种高钠煤的掺烧结渣特性对比实验

新疆高钠煤储量大,且是良好的动力煤,然而其燃烧过程中结渣沾污严重,对锅炉的安全运行和经济性产生了影响。基于一维炉结渣实验台,对比分析新疆两种高钠煤的结渣特性,经过实验得出:在相同的容积热负荷下,准东高钠煤结渣比大南湖高钠煤要严重;大南湖高钠煤较准东高钠煤更难通过掺烧低钠煤来改善结渣;两种高钠煤均易通过掺烧煤矸石来改善结渣状况且最佳掺烧比例为10%。该实验结果对新疆地区燃用高钠煤提供一定的参考。     

水溶性钠对高碱煤及模型化合物燃烧特性的影响

新疆准东高碱煤中钠、钙等碱金属和碱土金属含量高,其中钠分别以水溶态、醋酸铵态、盐酸态和不溶态4种形态存在。水溶态钠占比高达82%,易于水洗去除,且对燃烧过程挥发分的析出速度及对着火温度和燃尽温度有明显影响。为进一步探究水溶性钠对准东高碱煤燃烧特性的影响机制,利用差示扫描量热值仪与质谱联用仪(DSC-MS)开展燃烧试验,对比研究水溶性钠对准东脱灰煤(DC)及模型化合物(MH)燃烧特性的影响,分析着火温度、燃尽温度、最大燃烧速率、综合燃烧特性指数等燃烧特性参数,并采用Coats-Redfern积分法对燃烧反应进行动力学分析。结果表明:(1)MH与DC的平均失重速度和综合燃烧指数都有较好的一致性,可以利用模型化合物代替高碱煤开展燃烧特性及污染排的放特性研究;(2)钠对DC和MH的挥发分析出阶段无明显影响,主要促进了固定碳的燃烧;(3)动力学分析验证DC和MH的反应级数均为1级;(4)钠对DC及MH的挥发分析出及着火阶段(温度低于490℃和530℃)无明显影响,但对固定碳的燃烧起到进作用。     

有机钠盐对膨润土的钠化研究

以有机钠盐（十二烷基苯磺酸钠）作为改性剂，对江西金溪钙基膨润土进行钠化改性，探讨了有机钠盐用量、钠化时间、浆浓度、钠化温度对钠化效果的影响。结果表明：有机钠盐的钠化效果与无机钠盐钠化的效果有着明显不同。     

Counter-current ion exchange for the removal of organically bound sodium from low-rank coals

South Australian low-rank coals contain high levels of water-soluble and ion-exchangeable ions that can be deleterious to coal combustion and gasification. The presence of sodium causes the formation of low melting point bonded deposits that can produce severe fouling and slagging in many processes using these coals. Approximately 70% of the sodium present in Bowmans coal is water-soluble and can therefore be removed by simple water leaching, however the remaining 30% is organically bound, predominantly to carboxyl groups. Ion exchange using sulphuric acid at pH 2 is necessary to remove this sodium, but this can generate large volumes of acidic wastewater if multiple washing stages are used with fresh water each time. Using a simple laboratory procedure, the continuous counter-current ion exchange leaching of sodium from this coal was simulated which reduced the sodium level from 1.30% on a dry basis (db) to 0.15% (db) after three stages of counter-current washing at a total coal:water ratio of 1:2. The effectiveness of interstage dewatering on the efficiency of sodium removal was highlighted. The agreement between predicted and measured values of moisture and sodium in coal was excellent.     

准东煤中钠赋存状态研究

利用准东煤田 4个矿区的600余组钻孔煤样和100多个商品煤样的煤质数据,分析了准东煤中钠与灰分及其他微量元素含量之间关系;采集了准东煤田部分代表性井田煤层煤样、分层煤样和商品煤样,以及矿区表土样品、矿井水、煤层上覆岩层、煤层夹矸和煤层裂隙中矿物样品,利用煤岩分析、筛分试验、浮沉试验、逐级化学提取等手段,分析了钠在不同煤岩组分、不同矿物、不同粒级和密度级分选产物中的含量分布,以及钠可能的化学形态。综合以上分析结果,认为准东煤中钠最主要的赋存形态为水溶态,并且最可能的形态为水合离子态。今后准东煤中钠分布赋存特性的研究,应该重点从水文地球化学和表生风化作用角度出发,结合准东煤低煤化程度、高惰质组、低矿物含量的成因特性,建立钠从表土层随地下水逐步进入煤层的模式,科学认识准东煤中钠的成因和富集机理。     

准东煤燃烧中不同形态无机元素向颗粒物的转化行为

采用逐级提取的方法对准东煤进行处理,依次制备了水洗煤、乙酸铵洗煤和盐酸洗煤,在沉降炉中开展了各煤样的颗粒物生成特性实验,以研究准东煤中不同形态无机元素向颗粒物的转化行为。燃烧温度为1 300 ℃时,模拟空气燃烧气氛。使用低压撞击器(LPI)收集燃烧生成的颗粒物,采用扫描电子显微镜和能谱(SEM-EDS)分析颗粒物的成分和形貌。研究表明,准东煤生成的颗粒物主要分布在1~10 μm,并且主要来自煤中乙酸铵溶态和盐酸溶态Ca,Mg的转化。它们大部分形成富Ca,Mg的无规则形貌颗粒,小部分形成球形的硅铝酸盐颗粒。Na在准东煤中主要以水溶态形式存在,很大一部分转化成PM1(尤其是PM0.1)。Fe在准东煤中主要以盐酸不溶态和盐酸溶态形式存在,燃烧后主要分布在PM1~10中,其中盐酸溶态Fe有较大贡献。     

煤炭洗选中有害痕量元素的迁移与脱除

对3个大型洗煤厂的原煤和相应的洗选产物进行了现场采样分析,通过测定原煤和各洗选产物中痕量元素的含量,研究了As,Be,Cd,Co,Cr,Hg,Mn,Ni,Pb,Sb和Se等11种有害痕量元素在洗煤过程中的迁移与脱除规律。结果表明,常规物理洗选能有效脱除煤中的无机矿物组分,在降低精煤灰分和硫分含量的同时,精煤中有害痕量元素也得到一定的脱除,除Se的脱除率较低以外(13.3%),其他元素的脱除率都在20%以上,这主要是由于这些痕量元素随着伴生的无机矿物被脱除;洗选后Be,Cd,Co,Cr,Hg,Mn,Ni主要向矸石中富集,Se则主要在中煤里富集,As,Pb和Sb在不同洗选产物中的分布则较为复杂。     

高温热解过程中新疆高碱煤中钙的演变

以新疆准东地区高碱煤(五彩湾煤和天池能源煤)为实验煤种,通过萃取法研究煤中钙的存在形式及其在热解过程中的演变规律。研究表明,本实验中两种高碱煤中钙主要为醋酸铵溶钙和盐酸溶钙,其中天池能源煤含有较多的水溶钙。1 500℃热解后天池能源煤焦炭中水溶钙的含量明显较高,主要是因为天池能源煤中本身存在一定量的硫化钙,在高温热解的过程中保存在焦炭中;五彩湾煤焦炭中的醋酸铵溶钙含量高于其它煤种,主要是因为五彩湾煤中硅铝的含量较少导致部分钙仍以氧化钙的形式存在于焦炭中。高温热解过程中,煤焦中钙均以较为稳定的形式存在,随着热解温度的上升,焦炭中钙的含量呈上升趋势。1 200℃时焦炭中的钙主要以硬石膏和氧化钙等醋酸铵溶钙为主;1 200~1 400℃硫酸钙分解,导致水溶钙小幅上升,但整体依然以醋酸铵溶钙为主,此时的醋酸铵溶钙主要以氧化钙形式存在;1 400~1 500℃氧化钙与硅、铝等物质反应使醋酸铵溶钙转化为盐酸溶钙。     

煤的溶剂萃取物成分及对煤吸附甲烷特性影响

煤中有机小分子相是煤的重要组成部分，为分析其对煤吸附甲烷的影响，在常压下（50 ℃），采用正己烷对张集和大柳塔煤样分别进行微波辅助萃取，得到萃取后煤样（残煤）和萃取物。采用GC/MS分析萃取物成分，并依此选取柴油作为正己烷萃取物的模型物，配置含柴油煤样（简称含油煤），开展了原煤、残煤和含油煤的甲烷等温吸附实验。研究结果表明：原煤和残煤吸附瓦斯在低压阶段差异不大，随着压力的增大，原煤吸附甲烷量逐渐高于残煤；含油煤则不同，压力较大时，同一压力段的瓦斯吸附增量高于原煤和残煤，低压时吸附甲烷量虽小于原煤和残煤，但随着压力的增大，最终吸附甲烷量略高于原煤。用Langmuir和Langmuir-Henry二元吸附模型对等温吸附数据进行拟合，得出煤吸附甲烷可分为2个过程，低压阶段主要为符合Langmuir模型的煤基质表面吸附，高压阶段主要为符合Henry模型的渗入煤基质的内部（孔隙、内表面）吸附；且煤中有机小分子有助于提高煤高压阶段的甲烷吸附量。     

灰化温度对准东煤灰组分分析的影响

采用等离子低温灰化法和国标缓慢灰化法,在灰化终温T200,500和815℃下,分别制备了3种准东煤的灰样,使用XRF,TG-DSC和XRD分析比较了灰化温度对灰组分分析的影响。实验发现,准东煤中Al,Si,Ti等在灰化过程中基本无释放,Na/Ca/Mg在500℃时有少量释放,在815℃时大量释放。中温灰与低温灰的矿物组分相似,主要区别是低温灰中的高岭石在中温灰中转变成了偏高岭石。低温灰中仍有部分未充分氧化的有机质。而高温灰与中、低温灰相比有明显差异。准东煤灰成分分析不宜采用现有国标中的缓慢灰化方法,而应使用等离子低温灰化法或者采用灰化终温不超过500℃的缓慢灰化法。     

钼焙砂焙烧过程中杂质的可溶性转化机理分析

钼焙砂中杂质的去除因酸洗的取消而成为企业面临的新挑战,在焙烧过程中杂质矿物能否转化为可溶离子对当前水洗除杂具有重要意义。本文采用激光粒度仪、X射线衍射(XRD)等传统方法对钼精矿的粒度、孔径、元素等进行了分析,结合矿物解离分析仪（MLA）和Factsage热力学软件研究了钼焙砂生产过程中杂质元素的赋存形态变化,探索了杂质矿物转变为可溶性离子的具体路径。结果表明,钼精矿和钼焙砂都存在纳米级孔隙,会阻碍水洗除杂。铝钾矿物作为主要的不可溶性杂质对高纯钼产品生产有较大影响,且多以较大分子量的碱性矿物形式存在。钼精矿在焙烧过程中,白云母、正长石等含K矿物可部分转化为K+、Al3+等可溶性离子,再经水洗去除。加湿提高了正长石在焙烧过程中向可溶性离子的转化程度,有利于洗涤过程中杂质的去除。