新疆富铁低阶煤在水蒸气气化过程中的矿物转化特性

富铁煤在我国分布广泛,研究富铁煤在高温高压下的矿物转化特性对于其高效利用十分必要。采用加压固定床反应器,研究了新疆准东富铁低阶煤(ZC)在水蒸气气化过程中的矿物转化特性。利用XRD、SEM-EDS和拉曼光谱等手段对原煤、热解半焦和气化过程的残渣进行了矿物组成、形貌特征和有机碳微观结构分析。研究发现,典型新疆富铁低阶煤中的铁主要以菱铁矿和铁闪锌矿的形式存在。在灰化过程中,500℃温度使原煤中的含铁矿物转化为赤铁矿,标准灰化温度815℃部分形成铁尖晶石和铁橄榄石等含铁的低温共熔玻璃体。在氮气气氛下热解,半焦中铁的存在形式主要是单质铁。典型新疆富铁低阶煤在水蒸气气化过程中,首先在炭基体表面形成含钙、钠的硅铝酸盐低熔点矿物相。随着气化压力的增加,这种低熔点矿物相含量增加,说明压力能够促进含钙、钠低熔点硅铝酸盐的生成。压力升高到3 MPa,钙铁斜长石晶相含量增加,升高的压力能够促进富铁矿物参与到硅铝酸盐玻璃相的形成过程中,这将使灰的熔融温度进一步降低。气化时间对矿物转化的影响较为复杂,随着气化时间的增加,气化残渣中含铁矿物相的种类和含量都有所增加,在气化时间3 h条件下,主要生成含铁的硅铝酸盐低温共熔物和含铁硅酸盐,如钙铁辉石和钙铁榴石,这主要是因为随着气化时间的增加,阻碍灰分颗粒相互接触的炭基体消失,使得矿物相得到充分的接触。未反应的含铁矿物在气化剂的存在下被氧化生成赤铁矿。含铁矿物的存在,同时也促进了低温共熔物在炭基体表面的聚集,在一定程度上抑制了碳结构由有序向无定型的转化。