高二氧化碳浓度下石灰石的热分解反应动力学

用热重分析仪,在升温速率5～20K/min范围内,研究CO2浓度对石灰石热分解反应动力学参数的影响及高CO2浓度气氛下两种化学成分与矿物组成不同的石灰石的热分解反应动力学。采用改进的双外推法计算这两种石灰石的热分解反应动力学参数。结果表明:石灰石热分解反应的活化能与气氛中的CO2浓度呈指数增加关系;在高CO2浓度气氛条件下石灰石的热分解过程机理模型为随机成核和随后生长模型,得到了反应机理函数,CO2浓度不同,反应级数不同,反应级数的变化范围为2/5～2/3;CO2浓度越高,石灰石热分解的活化能越高,反应级数越大;在相同CO2浓度气氛条件下,石灰石中含有一定量白云石有助于其分解反应的进行。     

大粒径石灰石热分解动力学研究

主要研究大粒径石灰石的煅烧特性,采用热重分析仪研究了5种不同粒径石灰石的煅烧过程。石灰石粒径分布在0.5~10 mm,煅烧温度在900~1 050 ℃。研究结果表明,粒径越小温度越高石灰石分解速率越快,而且粒径和煅烧温度对石灰石热分解机理也有明显的影响。粒径小温度高时反应符合随机成核和随后生长机理模型,粒径大温度低时反应符合相界面反应机理。当粒径为0.5~1 mm时反应活化能很小,随着粒径的增大反应活化能有所增加,粒径在1~5 mm时活化能变化不大,粒径继续增大（5~10 mm）活化能增大了1倍。     

石灰石分解过程中的动力学参数测定

采用热重分析仪对池州地区的石灰岩资源进行了分解动力学试验分析。分析结果表明:在氮气气氛下,采用双外推方法对平均粒径为34μm的石灰石活化能进行了计算,并且得到了石灰石分解的活化能随转化率变化的规律。将升温速率外推为零,得到了理论上系统处于热平衡状态下的动力学参数=210 kJ/mol。     

石灰石与SO2反应动力学的研究

石灰石与ＳＯ２的高温短时的硫酸化反在夹带流反应器中被实验研究，硫酸化反应是一个两阶段反应：初始是一个非常快的零级表面反应且活化能的２１．０ｋＪ／ｍｏｌ，接着是活化能为８０．１ｋＪ／ｍｏｌ的产物层扩散控制反应，初始阶段约０．３ｓ．吸收剂的种类、Ｃａ／Ｓ比、停留时间、反应温度和ＳＯ２分压影响着脱硫反应速率，脱硫反应过程能用缩芯模型来模拟。在Ｃａ／Ｓ＝２、１０００℃Ｔ ２Ｓ的实验条件下，喷射Ｆ－石灰石能     

硫酸钙与氢气反应的动力学研究

通过综合热分析仪研究了硫酸钙与氢气的反应过程,用Flynn-Wall-Ozawa公式,求出不同转化率下的活化能,并将其外推为零,得到无副反应时的活化能Eα→0=198.02kJ/mol。然后运用Coast-Redfern积分式,计算出30种机理函数和不同升温速率所对应的活化能E,并将升温速率外推为零,得到热平衡态的Eβ→0。通过比较Eα→0与Eβ→0,确定反应过程的最概然函数。     

粒径和升温速率对煤热分解影响的研究

使用美国 Perkin Elmer公司生产的 Pyris1 TGA热重分析仪 ,对不同粒径煤采用非等温热重法进行了实验研究 ,研究表明 :煤热解过程可分为四个阶段 ,升温速率和粒径对煤热解曲线都有显著影响 ,并用挥发分释放特性指数反映煤热解特性 ,最后用热解动力学方程研究煤的热解过程 ,计算结果表明 ,热解动力学参数能很好地反映煤的热解状况 .     

粒径对微米级氢氧化镁热解动力学的影响

采用热重分析仪研究了氮气气氛下不同尺寸氢氧化镁颗粒(微米级)的非等温热解动力学。结果表明,氢氧化镁热解反应呈现阶段性特征,转化率达0.8以上的反应后期,其产物水蒸气扩散被氧化镁膜所阻碍,导致失重速率明显降低。针对转化率0~0.8的氢氧化镁主分解阶段,采用Starink法和联合动力学分析法拟合解析其过程动力学模型,发现颗粒尺寸对微米级氢氧化镁的热解过程动力学无显著影响,由此可知,所考察范围内的氢氧化镁热解过程为分解反应控制,颗粒热传导和产物水蒸气扩散的阻力作用弱,氢氧化镁热解主反应过程近似于均匀转化。模型拟合求解结果显示,微米级氢氧化镁热解反应活化能为129.4 kJ/mol,指前因子为1.820×1010 min?1,其热解反应过程服从随机成核和随后生长机理(A1.5)。     

高温悬浮态下石灰石与菱镁矿热分解特性比较及动力学研究

利用悬浮态高温炉,对比研究了菱镁矿及石灰石的热分解特性,探讨了其热解模型及动力学参数。结果表明:低温段(650~750℃)时,菱镁矿比石灰石易分解,达到一定高温后其分解速率相差不大;菱镁矿、石灰石在悬浮态下的热解机理均符合收缩核模型,其活化能分别为50 kJ/mol、79 kJ/mol;随着菱镁矿粒度的增大,其分解速率趋缓,分解表观活化能增大。     

基于双外推法的污泥锯末共热解动力学分析

利用热重分析仪对污泥、锯末及其混合物进行了热重分析实验。基于双外推法,结合几种常规固体热解机理函数确定了污泥与锯末共热解过程最概然机理函数。结果表明:污泥与锯末按质量比9:1混合共热解热重(DTG)曲线存在两个失重峰,主要热分解温度区间为230~500℃,失重量约47.1%;锯末的加入使混合物的表观活化能(E)降低,波峰出现右移;DTG波峰前后E值随升温速率增大有微小变化,且E与指前因子(A)之间具有动力学补偿效应;污泥与锯末共热解DTG峰前(230~350℃)最概然机理函数为Nucleation-Growth(n=4)模型,峰后(350~500℃)为Chemical reaction(second order)模型。     

城市中水对脱硫石灰石反应活性的影响

通过恒定加酸速率法研究城市中水及Cl-、SO42-对脱硫用石灰石反应活性的影响,试验表明:相比地下水,中水对石灰石反应活性有一定的抑制作用,其中Cl-起抑制作用,SO42-起促进作用。     

石灰石粒度对生料易烧性的影响

控制生料中石灰石的不同比例的80μm筛余量和不同比例的200μm筛余量,在相同的试验条件进行生料易烧性试验,以研究石灰石粒度与易烧性的定量关系。实验研究表明:(1)随着石灰石颗粒80μm和200μm筛余量的增加,生料易烧性变差。(2)w(f-CaO)为1.50%时,石灰石颗粒80μm及200μm的筛余量分别是18.73%及2.07%,即80μm筛余量每增加1.00%,w(f-CaO)值就增加0.04%~0.06%;200μm筛余量每增加0.50%,w(f-CaO)值就增加0.20%~0.60%,因此,在生产中,必须严格控制200μm筛余量。(3)由杨德尔方程计算得到,w(f-CaO)为1.50%时石灰石的临界半径为60μm。     

石灰石粉对不同颗粒分布水泥的外加剂适应性改善作用的研究

研究了石灰石粉作混合材对不同颗粒分布水泥的外加剂适应性改善作用。结果表明:减水剂饱和点掺量与水泥的比表面积联系较大,而Marsh时间则与均匀性系数的联系较紧密。掺入石灰石粉对颗粒分布不同的两种水泥的外加剂适应性均有改善作用,但对窄颗粒分布水泥的改善效果更明显。     

粒度对赤泥直接还原动力学的影响

为了得出粒度对赤泥在煤基条件下等速率加热过程中的直接还原反应的转化过程及反应动力学的影响,采用热分析技术、扫描电镜等手段研究了赤泥在直接还原过程中的热行为和不同条件下焙烧产物中铁矿物的存在形式等。实验结果发现,煤基条件下的直接还原反应主要分为赤泥脱水和铁氧化物还原两个阶段。通过计算得出了这几种粒度的赤泥的还原度,同时运用Coats-Redfern积分法推断出了试样在各个阶段的最概然机理函数和活化能、频率因子等反应动力学参数,并且用Flynn-Wall-Ozawa法对计算结果进行了验证。     

分别粉磨与共同粉磨对石灰石硅酸盐水泥颗粒分布及水化性能的影响

试验采用分别粉磨工艺和共同粉磨工艺配制石灰石硅酸盐水泥,分析了石灰石和熟料的粉磨特性差异,并研究了在单位能耗相同情况下,两种粉磨制度下石灰石硅酸盐水泥各组份颗粒分布及水化情况。结果表明,分别粉磨制度能合理控制石灰石硅酸盐水泥颗粒的分布,使熟料处于更细的颗粒范围内,提高了粉磨效率;细的石灰石粉能促进水泥的早期水化反应,而中后期的水化速率主要取决于熟料颗粒的细度;采用合理的分别磨粉工艺配制的石灰石硅酸盐水泥,在相同龄期下,其水化产物含量较多,水化产物之间的连结更紧密,水泥石整体结构更密实。     

石灰石水泥颗粒分布与其强度的灰色关联分析

将石灰石和水泥熟料按不同比例混合共同粉磨,运用灰色关联分析方法,研究了石灰石水泥颗粒分布对强度的影响,并建立了28d抗压强度与0~40μm颗粒含量的GM(1,2)灰色模型。研究结果表明:石灰石水泥粉体中10~20μm的颗粒含量与3d强度的关联度最大,20~30μm对28d强度影响最大。     

不同粒径磷石膏的脱水动力学

为研究粒径对磷石膏脱水反应动力学的影响,测定了流动N₂气氛中,不同粒径磷石膏脱水反应的TG-DSC同步热分析数据。运用Flynn-wall-Ozawa法、Kissinger法和Satava-Sestak法相结合计算动力学参数,得出不同粒径（105～125μm、125～150μm、150～200μm和200～300μm）磷石膏脱水动力学模型,利用动力学方程对不同粒径磷石膏在相同条件下等温热分解进行预测,得出不同粒径、不同温度下磷石膏脱水率与时间的关系。结果表明：当磷石膏粒径由200～300μm减小到105～125μm时,磷石膏第一步脱水活化能从114.62kJ/mol减小到82.55kJ/mol,第二步脱水活化能由96.30kJ/mol减小到78.5kJ/mol。磷石膏脱水活化能随粒径的减小而减小,机理函数均符合Avrami-Erofeev方程。在相同的煅烧温度下,粒径小的磷石膏完全脱水所需时间缩短。     

Effect of particle size distribution of metakaolin on hydration kinetics of tricalcium silicate

The focus of this study is to elucidate the role of particle size distribution (PSD) of metakaolin (MK) on hydration kinetics of tricalcium silicate (C₃S–T₁) pastes. Investigations were carried out utilizing both physical experiments and phase boundary nucleation and growth (pBNG) simulations. [C₃S + MK] pastes, prepared using 8%_mass or 30%_mass MK, were investigated. Three different PSDs of MK were used: fine MK, with particulate sizes <20 µm; intermediate MK, with particulate sizes between 20 and 32 µm; and coarse MK, with particulate sizes >32 µm. Results show that the correlation between specific surface area (SSA) of MK's particulates and the consequent alteration in hydration behavior of C₃S in first 72 hours is nonlinear and nonmonotonic. At low replacement of C₃S (ie, at 8% _mass), fine MK, and, to some extent, coarse MK act as fillers, and facilitate additional nucleation and growth of calcium silicate hydrate (C–S–H). When C₃S replacement increases to 30% _mass, the filler effects of both fine and coarse MK are reversed, leading to suppression of C–S–H nucleation and growth. Such reversal of filler effect is also observed in the case of intermediate MK; but unlike the other PSDs, the intermediate MK shows reversal at both low and high replacement levels. This is due to the ability of intermediate MK to dissolve rapidly—with faster kinetics compared to both coarse and fine MK—which results in faster release of aluminate [Al(OH)₄⁻] ions in the solution. The aluminate ions adsorb onto C₃S and MK particulates and suppress C₃S hydration by blocking C₃S dissolution sites and C–S–H nucleation sites on the substrates’ surfaces and suppressing the post-nucleation growth of C–S–H. Overall, the results suggest that grinding-based enhancement in SSA of MK particulates does not necessarily enhance early-age hydration of C₃S.     

石灰石在二氧化碳与空气混合气氛下的分解动力学

采用热重-差式扫描量热分析（TG-DSC）,分别在空气气氛和81%空气-19%二氧化碳混合气氛下,对 4种不同品质的石灰石进行热分解特性研究。结果表明,在空气气氛中,石灰石分解遵循相边界一维反应模型,即 G（α）=α;在81%空气-19%二氧化碳气氛中,石灰石分解遵循随机成核和随后生长模型,即G（α）=-ln（1-α）。在81%空气-19%二氧化碳气氛中,较高的二氧化碳分压延迟了碳酸钙的分解,使得石灰石分解的开始温度比空气气氛中高200 ℃左右,分解活化能约为空气气氛的3倍,且粒径大到一定程度后活化能变小。碳酸镁的存在可以促进碳酸钙的分解。在81%空气-19%二氧化碳气氛下,适宜的石灰石粒度为小于0.105 mm,适宜的分解控制温度为890 ℃。