本文在前人研究的基础上，利用FactSage软件分析了煤中主要矿物在高温下的转化过程及相互影响规律，阐述了不同组合的煤中矿物在升温过程中新矿物生成的温度区间，以及煤中典型矿物在高温下的生成、熔融规律，为气化原料煤中矿物与煤灰熔融特性关系的研究提供了参考。
作者
邵 徇1,2，张凝凝1,2，麻 栋1,2，丁 华1,2
作者单位
1. 煤炭科学技术研究院有限公司 煤化工分院
2. 煤炭资源开采与洁净利用国家重点实验室
摘要
煤中典型矿物可以分为6种：黏土矿物、硫化物、磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐和其他矿物。煤中矿物在升温过程中的演变过程对煤灰黏温特性影响较大，因此煤中矿物构成对煤炭的应用范围和利用途径造成一定的影响。通过研究煤中主要矿物的构成和不同矿物组合在升温过程中的变化规律，可为气化原料煤的选择和调节气化用煤煤灰黏温特性提供参考。笔者阐述了煤中主要矿物在高温下的转化过程及其主要产物。将高岭石、伊利石、黄铁矿等8种矿物根据矿物特性分为3组，采用FactSage软件在1 000～1 600 ℃进行了模拟研究。计算过程中选择惰性气氛，每隔100 ℃进行一次计算，每个矿物均以1 mol的量参与计算，出现新的矿物或旧矿物消失的条件下，该温度点的矿物组成也进行模拟计算。研究结果表明，高岭石和伊利石组成的系统在1 600 ℃时仍存在莫来石，透长石在1 145 ℃消失，1 145～1 286 ℃生成了白榴石。黄铁矿、磷灰石、方解石、菱铁矿、石膏、石英组成系统生成的铁尖晶石在1 106 ℃消失，羟基磷灰石在1 455 ℃时消失。当8种矿物共存时，生成的羟基磷灰石在1 285 ℃时消失，莫来石在1 118 ℃时消失。1 448 ℃后固体大部分进入熔渣。莫来石是煤中典型的耐高温矿物，当煤灰中低熔点矿物形成熔渣后，可与莫来石反应生成低温共熔物，降低了煤灰中固体物质的含量，有利于改善煤灰黏温特性。
文中插图
图1 高岭石高温下转化过程
图2 黄铁矿和菱铁矿高温下转化过程
图3 石英不同温度下转化过程
结论
1）高岭石和伊利石等物质的量混合后，在升温过程中生成了莫来石、透长石和白榴石。莫来石在1 000～1 600 ℃内始终存在，透长石在温度超过1 145 ℃时消失，白石榴石存在的温度范围为1 145～1 286 ℃。
2）黄铁矿、磷灰石、方解石、菱铁矿、石膏、石英各1 mol组成的系统在1 000～1 600 ℃的升温过程中生成了羟基磷灰石、硫化亚铁、铁尖晶石、原硅酸钙、硅酸钙磷酸盐、硅酸二钙-磷酸氢钙氧化物等物质。1 600 ℃时，除2.87 mol的硅酸二钙-磷酸氢钙氧化物外，其余物质均分解产生气体并进入熔渣中。
3）由高岭石、伊利石、黄铁矿、磷灰石、方解石、菱铁矿、石膏、石英组成的系统在1 000～1 600 ℃生成了长石、羟基磷灰石、尖晶石、硫化亚铁、白榴石、莫来石、磷酸氢钙氧化物、硅酸二钙-磷酸氢钙氧化物等物质。该系统生成的低温可熔物质，可能与耐高温的莫来石等物质生成了低温共熔物，使该系统在温度超过1 448 ℃后全部转化为熔渣和气体。
引文格式
邵徇，张凝凝，麻栋,等.煤中典型矿物在高温下演变规律[J].洁净煤技术，2019，25(6):111-117.
SHAO Xun,ZHANG Ningning,MA Dong,et al.Evolution law of typical minerals in coal under high temperature[J].Clean Coal Technology，2019，25(6):111-117.
END
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