煤矸石碳热还原氮化制备Sialon的研究

采用河北开滦地区的煤矸石为原料,加入一定量的碳和TiO2作为添加剂,通过碳热还原氮化法制备出了β-Sialon材料,并且β-Sialon为主晶相。实验结果经X射线衍射分析测定了反应生成物的物相组成,分析研究了C含量和Al2O3/SiO2的比例对产物组分的影响。研究结果表明,过量加入C,不利于β-Sialon相的生成或导致其有分解的趋势;适当过量加入Al2O3,有助于β-Sialon相的形成。对β-Sialon形成过程的分析表明,在实际生产工艺中可以通过控制CO的含量来控制β-Sialon生成反应进行的速度。     

利用电厂粉煤灰合成的β-Sialon的结构和形貌分析

以粉煤灰和石墨为原料,采用碳热还原氮化法在一定的工艺条件下合成出不同结构形式的β-Sialon材料.以XRD,SEM,EDS等手段,研究了碳含量,合成温度,保温时间等工艺参数对合成产物中β-Sialon中z值的影响,并分析了β-Sialon的形成过程.研究结果表明,当试样中碳过量50％,在1420℃下保温4h以上,β-Sialon相均以Si4Al2O2N6(z=2)和Si3Al3O3N5(z=3)共同存在,保温时间的延长导致了Si4Al2O2N6的相对含量增加,Si3Al3O3N5有所减少;当试样中碳过量10％,并在1420℃保温6h时,合成样品中 β-Sialon相的主要存在形式为Si5AlON7(z=1);当碳过量50％,在1400℃和1450℃下保温6h时,以上三种z值的β-Sialon相可共同形成.β-Sialon的微观形貌以杆状晶须为主,其在反应初期主要为串珠状晶须,随着氮化反应的进行,β-Sialon杆状晶须逐渐形成,其主要相组成为Si4Al2O2N6和Si3 Al3O3N5.     

粘土还原氮化合成O'-Sialon基复合材料

采用高峰土碳热还原氮化合成O’-Sialon基复合材料。结果表明,在一定实验条件下,当烧结温度较低时(1400 ℃),碳热还原的最终产物为O’-Sialon、Si3N4;烧结温度较高时(1500℃),最终产物为O’-Sialon、SiC;温度处于两者之间时(1450℃),O’-Sialon、Si     

用锆英石和粉煤灰原位合成ZrO_2/(β+O')-Sialon复合材料的物相和过程分析

以锆英石和粉煤灰为原料,活性炭为还原剂,采用碳热还原氮化法在1 450℃保温6h条件下合成Zr O2/(β+O)-Sialon复合材料。研究了配炭量对制备试样物相组成的影响,并分析了其合成过程。研究结果表明,按锆英石:粉煤灰:活性炭的质量比为49:100:80进行配料,可以合成主晶相为m-ZrO_2、β-Sialon(z=2)和O-Sialon(x=0.17)的复合材料;增加试样中的配炭量,有利于锆英石和粉煤灰中莫来石的分解及复合材料的生成;ZrO_2/(β+O)-Sialon复合材料的合成过程包括锆英石和莫来石的分解,以及m-Zr O_2、β-Sialon和O-Sialon的生成过程。     

木质素-SiO2凝胶前驱体合成纳米SiC的研究

以造纸黑液和硅酸钠为原料,采用溶胶-凝胶法制成木质素-SiO2凝胶,以此作为SiC的前驱体,再经炭化处理和高温碳热还原反应而制备出SiC纳米粉体.该粉体呈球形,粒径70～200nm,且大小均匀.红外光谱分析表明,1100℃时就有SiC生成,1300℃时反应速度快且比较完全.提高碳热还原反应温度有利于前驱体向SiC的转变.     

β-sialon结合SiC复相材料的分相抗氧化行为

对粘土类原料碳热还原及氮化反应法合成的β-sialon结合SiC复相耐火陶瓷材料进行了不同氧化条件下的抗氧化性实验。研究表明：1300℃时的氧化过程在12h内为化学反应控制阶段，12h后为扩散控制阶段。扩散控制阶段反应符合Ginsterlinger扩散动力学关系。首次分别得到复合状态下的β-sialon基质相、SiC颗粒相及β-sialon结合SiC复合相在1300℃下的分相扩散控制型抗氧化反应动力学方程，从各相的扩散控制型反应级数确认了β-sialon基质相对SiC颗粒相的高温氧化保护作用以及复相材料具有的优异抗高温氧化性能。     

复合还原剂合成β-Sialon材料的研究

选用低品位的铝土矿(Al2O3含量为68wt％)利用复合还原剂碳/硅、碳/铝、铝/硅还原氮化合成β-Sialon.计算试样烧成后的质量变化率,利用检测仪器XRD、SEM、EDS,化学分析法,研究了三种复合还原剂还原氮化低品位铝土矿合成β-Sialon的反应过程、显微结构和相对含量.结果表明:利用三种复合还原剂还原氮化合成β-Sialon材料的机理、生成β-Sialon的相对含量、结晶形貌、生产成本均不同;反应基本结束的温度均为1500℃,生成z值为3左右β-Sialon;工业生产中利用碳/硅复合还原氮化低品位铝土矿合成β-Sialon材料较理想.     

硅质煤矸石合成β—SiC微粉的工艺研究

本文研究了硅质煤矸石碳热还原合成β—SiC微粉的可能性,通过对合成工艺制度的探索,在高频感应加热炉中1450℃下反应4小时合成出β—SiC含量为88.07％(SiO_2的转化率为97.44％)、比重为2.94、平均粒径为14.4μm的微粉。     

用煤矸石制备Al2O3-SiC复相粉体的研究

以煤矸石和碳质材料(工业炭黑、活性炭、无烟煤)为主要原料,在流动氩气中碳热还原制备了A l2O3-SiC复相粉体,研究了碳过量数、碳源、反应温度、保温时间、成型压力、添加剂种类及数量等工艺参数对制备的A l2O3-SiC复相粉体的相组成和显微结构的影响。结果表明,反应温度、保温时间及氯化物添加剂对煤矸石碳热还原反应有显著影响。通过优化工艺,以煤矸石为基料,加入适量炭黑,在1 550℃3 h下制备出了w(A l2O3)=58%、w(SiC)=42%的复相粉体,其粒度d50≤5μm;加入适量添加剂,可降低合成温度50℃。     

加热对伊朗粘土碳热还原反应的影响

伊朗粘土的碳热还原反应是在不同的加热温度下，从1000-1500℃分别经过2-16h的试验进行了研究，结果表明用20%的炭黑和15%的石墨混合物在1300℃保温16h有一个范围的莫来石还原反应发生。混合料成型压力对莫来石还原反应的影响被证实是在1300℃。提高温度达到1400℃，莫来石的还原反应才完全，而没有加入石墨的，则要超过1500℃反应才完全。     

铝厂污泥对低灰熔点气化型煤熔融特性的影响规律

研究了铝厂污泥在弱还原气氛下对福建建兴矿煤(JX)、永安矿煤(YA)和创宏矿煤(CH)熔融特性的影响,考察了添加铝厂污泥前后JX煤灰在不同热处理温度下的矿物组成变化. 结果表明,JX煤灰熔点低是1000℃以上形成低温共熔物引起的;加入铝厂污泥作为阻熔剂可提高JX煤灰的熔融温度,添加量达6%(w)时(以煤灰基计),可使JX煤灰软化温度提高到1250℃以上,满足气化炉固态排渣对灰熔点的要求;加入阻熔剂后,在1000℃以上JX煤灰内形成了莫来石,莫来石在灰渣中起骨架作用,并延缓低温共熔物形成,从而提高了灰熔点.     

不同造孔剂对煤矸石合成多孔莫来石性能影响的研究

以煤矸石为主要原料,高铝矾土熟料为调配成分,选取不同种类的造孔剂,通过模压成型的工艺,在1200℃下烧结制备多孔莫来石材料。通过TG-DTA、阿基米德法、XRD和SEM等检测手段,对制品的显气孔率、体积密度、力学性能和微观结构等进行研究。结果表明:在1200℃合成主晶相为莫来石的多孔莫来石材料;造孔剂的种类和粒径不同,造孔效果不同;随着造孔剂含量的增加,显气孔率增大,体积密度和抗折强度呈下降趋势。     

CaS-CaSO4是否共熔的DTA和TG实验研究

CaS和CaSO₄熔点均在1400℃以上,研究发现CaS和CaSO₄混合物在827℃可能存在熔融现象。CaS与CaSO₄是否存在共熔对以CaSO₄为载氧体的反应器的操作条件优化具有重要影响。从物理化学变化及其热效应角度,利用综合热分析仪对氮气气氛下不同摩尔比例均匀混合的CaS、CaSO₄样品进行差热分析(DTA)和热重分析(TG)研究,并对实验残留物进行SEM分析。结果表明,在700~1300℃的常压惰性气氛条件下,没有发现CaS和CaSO₄组成的任意二元混合物存在共熔现象。对由不同比例组成的CaO、CaS、CaSO₄三元混合物进行类似的实验,结果表明,在700~1500℃的常压惰性气氛下,没有明显的证据证明存在三相共熔现象。     

不同气氛下Ca-Fe二元助剂改变高硅铝煤灰熔融温度的规律和机制

准格尔高硅铝煤灰熔融温度（AFT）高,易引发液态排渣气化炉排渣口堵塞问题,需添加助熔剂降低AFT。利用灰熔融温度测试仪研究了不同质量比CaO/Fe₂O₃（Ca/Fe）助剂的助熔效果,结合热机械分析仪、热重-示差扫描量热仪、XRD以及热力学计算对比分析了氩气气氛与弱还原气氛下Ca-Fe协同助熔机理。研究发现,弱还原与氩气气氛下,AFT均随Ca/Fe增加先降低后升高,在Ca/Fe=1/1时AFT最低,但弱还原气氛下Ca-Fe的助熔效果优于氩气气氛。不同Ca-Fe助剂煤灰在变形温度（DT）、软化温度（ST）、半球温度（HT）和流动温度（FT）时对应的收缩程度差异较大,并且氩气气氛下熔融温度范围（DT~FT）内灰柱的收缩速率显著高于弱还原气氛下的收缩速率。氩气与弱还原气氛下煤灰的收缩过程均可分为三个阶段,且其收缩程度依次递增,但弱还原气氛下第一、二阶段收缩程度较氩气气氛下高。进一步研究表明第一阶段的收缩主要以化学反应引起的固相烧结为主,第二阶段以初始液相形成的液相烧结为主,而第三阶段的收缩行为最终决定煤灰的AFT。高温矿物演化行为显示莫来石和钙长石单独存在时AFT很高,但两者可以与含铁组分形成低共熔物降低AFT,并且Fe²⁺可以促进低共熔物的形成,促使弱还原气氛下低共熔物的生成温度低于氩气气氛下的。     

不同气氛下Ca-Fe二元助剂改变高硅铝煤灰熔融温度的规律和机制

准格尔高硅铝煤灰熔融温度（AFT）高,易引发液态排渣气化炉排渣口堵塞问题,需添加助熔剂降低AFT。利用灰熔融温度测试仪研究了不同质量比CaO/Fe₂O₃（Ca/Fe）助剂的助熔效果,结合热机械分析仪、热重-示差扫描量热仪、XRD以及热力学计算对比分析了氩气气氛与弱还原气氛下Ca-Fe协同助熔机理。研究发现,弱还原与氩气气氛下,AFT均随Ca/Fe增加先降低后升高,在Ca/Fe=1/1时AFT最低,但弱还原气氛下Ca-Fe的助熔效果优于氩气气氛。不同Ca-Fe助剂煤灰在变形温度（DT）、软化温度（ST）、半球温度（HT）和流动温度（FT）时对应的收缩程度差异较大,并且氩气气氛下熔融温度范围（DT~FT）内灰柱的收缩速率显著高于弱还原气氛下的收缩速率。氩气与弱还原气氛下煤灰的收缩过程均可分为三个阶段,且其收缩程度依次递增,但弱还原气氛下第一、二阶段收缩程度较氩气气氛下高。进一步研究表明第一阶段的收缩主要以化学反应引起的固相烧结为主,第二阶段以初始液相形成的液相烧结为主,而第三阶段的收缩行为最终决定煤灰的AFT。高温矿物演化行为显示莫来石和钙长石单独存在时AFT很高,但两者可以与含铁组分形成低共熔物降低AFT,并且Fe²⁺可以促进低共熔物的形成,促使弱还原气氛下低共熔物的生成温度低于氩气气氛下的。     

耐熔剂对小龙潭褐煤灰熔融特性的影响

为探索提高小龙潭褐煤灰熔聚流化床气化过程中操作温度的途径,研究了氧化铝、二氧化硅、高岭土3种耐熔剂对小龙潭褐煤灰熔融特性的影响,在添加耐熔剂前后在氢气和二氧化碳的混合气氛下对小龙潭煤灰进行不同温度的热处理,对矿物组成进行了X-射线衍射(XRD)分析,从矿物质演变的角度分析了灰熔点变化的原因。结果表明:氧化铝、二氧化硅和高岭土3种耐熔剂均可使小龙潭煤的灰熔融温度明显上升。当氧化铝或二氧化硅的添加量(质量分数)为2.2%,或高岭土的添加量为3.0%时,均可使小龙潭煤的灰软化温度上升到1 250℃以上。导致小龙潭煤的灰熔融温度高的主要原因是由于在高温下低熔点的钙长石和钙黄长石的生成。添加不同耐熔剂后灰熔点变化程度的差异由于生成的高熔点的莫来石含量的不同引起的。     

刚玉-氮化硅-碳化硅复合材料的性能研究

以棕刚玉、氮化硅和碳化硅为原料在氧化气氛下制成试样.将试样分别在1500 ℃、1550 ℃和1600 ℃保温5 h进行埋炭处理.利用XRD、SEM和EDS等检测方法,结合热力学分析,研究了氧化气氛烧成后试样的物相变化以及高温埋炭条件下Si_3N_4的稳定性.结果表明:氧化气氛烧成后生成一种莫来石固溶体Si_6Al_(10)O_(21)N_4;高温埋炭处理后Si_3N_4和Si_6Al_(10)O_(21)N_4会部分转化为SiC,Si_3N_4向SiC明显转化的温度大于1500 ℃,Si_6Al_(10)O_(21)N_4向SiC明显转化的温度大于1550 ℃.     

TG-FTIR在煤灰研究中的应用 ——真实煤灰和模拟灰受热气体释放规律比较

我国的煤炭种类多, 煤灰组成千变万化, 从中找到明确的矿物转变规律并非易事。为探索用模拟灰替代真实煤灰开展高温转变规律研究的可行性, 依据镇雄煤(ZX)煤灰化学成分, 利用FeS₂矿物和Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃等分析纯化学试剂配制模拟灰, 测试灰熔融温度, 并借助热重红外联用(TG-FTIR)技术比较ZX真实煤灰和模拟灰在氮气气氛下升温过程中的质量变化及气态产物组成。结果表明, 模拟灰的流动温度接近ZX煤灰的流动温度, 最大相差49℃。当温度大于770℃时, 含有FeS₂的模拟灰与真实煤灰的TG-DTG曲线变化趋势一致。FTIR谱图显示两者释放的气体种类相同, 1080℃左右都产生SO₂气体, 此时的硫来源于黄铁矿的部分氧化产物FeS_x。含有FeS₂的模拟灰在高温下的变化更接近真实煤灰。     

Characterization of low-temperature coal ash behaviors at high temperatures under reducing atmosphere

The coal ash obtained at 815 °C under oxidizing atmosphere was further treated at 1300 °C and 1400 °C under reducing atmosphere. The resultant ashes were examined by XRD, SEM/EDX and FTIR. The results show that the residence time of coal ash at high temperatures has considerable influences on the compositions of coal ash and little effect on the amounts of unburned carbon. The amorphous phase of mineral matters increases with the increasing temperature. The FTIR peaks due to presence of different functional groups of minerals support the findings of XRD, and supply additional information of amorphous phase which cannot be detected in XRD. The ash samples generated from a fixed bed reactor during char gasification were also studied with FTIR. The temperatures of char preparation are responsible for the different transformation of minerals during high temperature gasification.     

粉煤灰制备耐火材料最佳烧结温度的探究

以云南省安宁市燃煤发电厂的粉煤灰为主要原材料,辅以生活污水处理厂的活性污泥和工业氧化铝,对粉煤灰应用于耐火行业的可行性进行了理论分析,并通过XRD、SEM等手段进行验证,在使其各项性能基本达标的基础上,探索了粉煤灰耐火砖烧结的最佳温度范围,得到的结果主要有:粉煤灰的掺入量在68%左右,烧结温度为1300 ℃时试样气孔率、吸水率,耐压强度、抗折强度等性能参数达标.XRD结果显示,1100~1300 ℃范围内,随着温度的升高,莫来石波峰逐渐增多,峰值强度逐渐增强.SEM观察发现,在1100~1300 ℃范围内,随着温度的变化莫来石结构逐渐由针状变柱状,1300 ℃时莫来石结构更加紧密,1400 ℃时,莫来石结构松散,柱状莫来石结构变少.