煤与污泥共气化过程中矿物转化及结渣特性分析实验设计

该文设计了一个煤与生活污泥共气化过程中矿物转化及结渣特性分析研究实验。该实验涉及煤与污泥混合样品结渣特性、灰熔融特性及共气化过程中矿物转化等方面的研究。以典型无烟煤和生活污泥为原料,利用碱酸比、硅铝比等指数对其结渣特性进行了评价,采用X射线衍射仪与傅里叶红外光谱仪对混合样共气化过程中的矿物相进行了表征。实验结果表明,生活污泥掺量超过50%会导致混合样结渣严重;污泥掺量增大使混合样灰熔融温度降低,掺量为20%时降低效果最显著。与氧化气氛相比,弱还原气氛下掺混更少的污泥即可生成较多的钙长石,从而导致熔融温度降低。通过该实验,能够使学生了解研究含碳固体废物共气化特性的基本方法,培养他们在含碳固废资源化高效利用方面的创新能力。

热采条件下砂岩储层矿物转化的实验研究

研究了中国渤海湾北部油藏区砂岩储层中粘土矿物在高温、高压流动条件下矿物组分和体系结构的变化 ,原样包含石英、长石及粘土矿物等。提供了两组岩芯流动实验的结果 ,测试了样品在 150℃、2 0 0℃、2 50℃ ,pH值为 9、11、13下的反应结果 ,并对实验前后的样品做了X射线衍射分析、电子探针分析。实验结果表明 ,粘土矿物的转化和迁移是造成储层伤害的一个重要原因 ,一些离子对矿物反应有重要的影响作用。如何在开采过程中有效防止易膨胀粘土及易迁移粘土的生成是保持储层渗透性的关键。实验结果可用于砂岩储层的注热水 /汽开采过程。

粘土矿物转化与储层孔隙演化的规律性研究——以苏北盆地台兴油田阜三段储层为例

为探讨粘土矿物转化与储层孔隙演化的规律性,预测次生孔隙发育带及油层可能的分布,以苏北盆地台兴油田阜三段储层为例,基于岩心铸体薄片、普通薄片、X-衍射、压汞的测试数据及扫描电镜微观图像观察,分析了全岩中粘土矿物总含量对储层面孔率的定量影响。研究了粘土矿物类型与储层面孔率及孔隙结构的关系。总结了粘土矿物成分与孔隙演化的对应关系。最后详述了粘土矿物转化与孔隙演化及油层分布的规律。研究表明渐变带与原生孔隙发育带一致;粘土矿物第一迅速转化带与次生孔隙发育带一致;粘土矿物第二迅速转化带对应于次生孔隙减少带。粘土矿物第一迅速转化带为次生孔隙和油层的主要分布带。

高硅煤燃烧过程中矿物转化及重金属分布规律研究

选取云南宣威地区高硅煤,对其在燃烧过程中矿物转化特征及重金属分布富集规律进行了研究。高硅煤中的矿物主要由石英、高岭石、黄铁矿和锐钛矿组成。飞灰中莫来石可能来自煤中石英、高岭石的转变,而石英主要来自煤中原始石英组分或由SiO2-Al 2O3系统转化形成。分析高硅煤和高硅飞灰中部分重金属的富集特性,发现高硅煤中富集的元素有Cr、Cu和As,电厂ESP各级电场中富集的重金属有Mo元素,而Se元素在高硅煤和飞灰中分别都低于世界煤和飞灰的平均值。放射性元素Th和U含量在细粒径的高硅飞灰中都高于世界煤灰平均值,在ESP的4电场飞灰中富集系数分别为1.51和1.59。

加压气化过程煤中矿物转化对典型有害元素迁移行为的影响

揭示特定工况下有害元素的迁移规律、转化机理及影响因素,对建立气化过程中有害元素污染过程控制方法,实现煤炭的清洁转化具有重要的理论指导意义。煤中矿物质是有害元素赋存的主要载体,在加压气化过程中矿物的转化会直接影响有害元素的迁移。研究针对典型褐煤,在自制固定床加压气化实验考察了特定气化条件下煤中矿物质转变对有害元素F,Hg,As,Se,Cd,Pb,U和Be演化行为的影响。结合FactSage热力学模拟,解析了气化过程灰渣中有害元素的演变规律。结果表明,有害元素在原煤中主要与矿物质结合,并在气化过程呈3种不同形式的迁移行为。有害元素As易于富集在直径略小于10μm的细颗粒矿物质中;F倾向于与碱性元素结合,并可能被吸附于层状矿物质中;Pb与黄铁矿伴存。经加压气化后,F,Hg,Se和Cd,尤其是F和Hg,相对富集系数RE<1,呈耗散趋势。As的RE随气化温度升高显著增大,由耗散转变为富集;而Pb则相反。U和Be在灰渣中富集,RE始终大于1。在矿物转化过程中,黄铁矿分解促进亲硫性有害元素Hg,As,Se,Cd和Pb的析出;高岭石等黏土矿物的转化有利于F的挥发。温度高于800℃后,白云母、钙基矿物质的分解进一步影响As,Pb,U和Be的迁移。热力学模拟表明,As,U,Be倾向于以砷酸盐、砷化镁、氧化铀和铝酸铍形式富集在气化灰渣中,在灰渣的堆放及无害化处理过程中需给予关注。

桂西平果教美矿区堆积型铝土矿形成过程中矿物转化与元素迁移

桂西地区铝土矿为典型喀斯特型,包括二叠系沉积型和第四系堆积型两亚类。堆积型铝土矿是沉积型铝土矿经抬升、破碎、风化,最后堆积于喀斯特洼地中形成。以平果教美铝土矿为研究对象,探索堆积型铝土矿形成过程中矿物的变化与元素迁移。沉积型矿石的矿物组成包括硬水铝石、鲕绿泥石、锐钛矿及少量针铁矿、金红石和高岭石;堆积型矿石的矿物组成主要为硬水铝石、锐钛矿、高岭石及少量三水铝石和鲕绿泥石。转化过程中堆积型矿石中的硬水铝石含量明显增加,鲕绿泥石含量明显减少。沉积型铝土矿的主要化学组成为Al2O3、Si O2、Fe O和Ti O2;堆积型为Al2O3、Si O2、Ti O2和Fe2O3。两类矿石中元素Zr、Ba、Nb、V含量均较高,稀土总量变化大,富集轻稀土。质量平衡计算表明堆积型铝土矿形成过程中Al、Ba、Sr、Y等元素增加,而Si、Fe、Ti、Nb、V、Ce等元素减少,其余元素变化不明显。

鸟粪石添加剂对准东煤燃烧过程中钠、钙矿物转化和释放的影响

准东煤作为优质动力煤,高含量的Na和Ca导致沾污结渣成为制约其大范围工业应用的因素。选取准东五彩湾煤作为研究对象,使用富磷鸟粪石作为添加剂,分别对500℃下处理后的原煤灰和混合煤灰(掺入质量分数为5%的鸟粪石)进行同步热分析;在管式炉中以空气气氛对原煤和混合煤在不同温度下进行燃烧实验;通过X射线荧光光谱分析仪(XRF)、X射线衍射分析仪(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对收集灰分进行分析;并通过热力学软件FactSage对实验结果加以验证。结果表明:鸟粪石添加剂对Na和Ca的释放规律影响较大,大量的Na和Ca在燃烧过程中以磷酸复盐的形式聚集在混合煤灰中,Ca的低温共熔物未能生成;在1000℃之前鸟粪石添加剂对Na和Ca的捕集效果较好,温度上升后有所下降。

结构态亚铁羟基化合物原位矿物转化除砷性能研究

纳米零价铁表面的结构态亚铁具有高反应活性和吸附性能,为了避免纳米零价铁在除砷过程中的钝化作用,合成了结构态亚铁羟基化合物(ferrous hydroxy complex,FHC)用于砷的去除。在中碱性条件下(pH=7.0~11.0),比较了FHC、O_2-FHC及重金属(Ni^(2+)、Zn^(2+))-FHC体系除砷性能。实验结果表明:FHC去除As(Ⅲ)和As(V)的最适pH分别为9.0和7.0左右,吸附过程符合Langmuir模型,最大吸附容量分别为349.54 mg/g和537.85 mg/g。在O_2-FHC和Ni^(2+)、Zn^(2+)-FHC体系中,FHC转化形成了纤铁矿和层状双金属体系,在转化过程中,Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)/M混合体系与砷溶液混合时促进电子转移导致一系列吸附、沉淀反应的进行,表现出更高的除砷效率,除砷机理以专性吸附和共沉淀为主。该研究为含砷工业废水处理提供了新技术,也为FHC矿物转化用于控制砷的迁移提供了理论基础。

晋北地区燃煤过程中矿物转化规律研究

对晋北地区大同煤田和宁武煤田的4个煤样进行了原煤、815℃煤灰和1100℃煤灰的X射线衍射(XRD)分析。研究结果表明,原煤中主要矿物为高岭石、石英、方解石和软水铝石等;815℃煤灰中主要矿物为石英、硬石膏、赤铁矿、刚玉和生石灰等;1100℃煤灰中主要矿物为莫来石、钙铝黄长石、石英、方石英和硬石膏等。矿物转化过程中,硅铝酸盐类矿物为一大类,硫酸盐和钙铁氧化物矿物为另一大类,两大类矿物在燃烧过程中自成一体,相对独立,仅在815℃~1100℃加热过程中有钙元素交换。

准东煤燃烧中矿物质转化行为的CCSEM研究

在沉降炉中进行了准东煤的燃烧实验,利用计算机控制扫描电镜技术(computer controlled scanning electron microscopy,CCSEM)研究了煤中矿物质的转化行为。研究表明煤中主要矿物为方解石、高岭石、含铁类物质以及未分类矿物,燃烧后灰中石英、铁的氧化物、白云石的含量急剧增加,未分类矿物和方解石的含量下降。同时对3种重要致渣元素Na、Fe、Ca在燃烧前后的矿物转化行为及颗粒粒径分布进行了详细研究。

亚热带地区花岗岩风化壳上发育红土的磁性矿物转化机制——基于非磁学指标和岩石磁学的综合分析

选取亚热带地区发育于花岗岩风化壳上的两个典型红土剖面（福州剖面和泉州剖面）作为研究对象，在前期系统岩石磁学研究的基础上，结合常量地球化学元素、色度、粒度指标，分析磁学特征与环境条件的内在联系，重点探讨亚热带湿热气候条件下红土中磁性矿物转化途径及机制。结果显示：1）两个剖面硅（SiO2）、铝（Al2O3）、铁（Fe2O3）等常量地球化学元素含量及其随剖面深度变化规律基本一致；衡量风化强度的化学蚀变指数（CIA）、风化淋溶指数（ba指数）以及元素比率（如硅铝率和硅铝铁率）在数值上非常相近。常量地球化学参数表明两个剖面土壤均处于脱硅富铝化的成土阶段。2）两个剖面红度和黄度值差异较大，表明福州剖面土壤中赤铁矿和针铁矿含量相对较高；色度参数在两个剖面中随深度变化规律具有较好的一致性。3）两个剖面粒径均随风化程度增强而变细，强风化层位粘粒含量最高；相较于泉州剖面，福州剖面粒度更细。综合分析野外土壤发生特征及上述参数，认为福州红土剖面由于成土时间较长，因此经历了更强的后期风化作用。在此基础上，分析土壤磁性转化影响因素及转化机制，得出如下结论：1）亚热带地区湿热的气候条件是磁性矿物总体特征变化的主导因素；2）土壤母质和成土时间是亚热带地区不同红土剖面磁性矿物特征差异的主控因子；3）亚热带地区土壤磁性矿物转化途径不同于温带地区：湿热气候条件对原生磁性矿物改造作用更为明显，并且影响次生磁性矿物的赋存形式。

鄂尔多斯盆地苏里格气田西南部成岩矿物转化与储层物性

成岩矿物的转化是致密砂岩储层物性变化的主要因素之一。为了探索二者之间的关系以及储层致密化成因,采用薄片观测、扫描电镜分析、阴极发光分析等手段,结合成岩演化过程中的矿物热力学特征和体积变化,探讨了苏里格气田西南部山1段、盒8段砂岩的矿物组成、孔隙特征、矿物转化机制及其对储层孔隙的影响。结果表明:1胶结物以黏土矿物、方解石为主,硅质少量;2绿泥石薄膜可包裹高岭石和石英加大边,偶见放射状绿泥石且孔隙较好;3黏土矿物晶间孔占孔隙比重较高,高岭石伊利石化后的晶间孔隙较发育,其次为溶蚀孔隙;4嵌晶状方解石充填剩余粒间孔隙,并交代石英加大边和伊利石,破坏储层物性。认为中成岩A期的钾长石溶蚀、蒙脱石伊利石化、高岭石伊利石化、黑云母水化都会使得矿物体积变小,属于增孔反应,在一定程度上改善储层孔隙;且胶结作用增加储层的抗压实能力,在一定程度上保护了原生孔隙;故在分析胶结作用对物性的影响时,不能简单地归结为破坏性成岩作用。

O_2/CO_2气氛下高温煤灰热行为及其矿物相转化规律

对2种典型的煤样分别在空气和O_2/CO_2气氛下制取高温灰,并对此高温灰在不同气氛下的热行为及其在高温下矿物相的转化特性进行了研究。结果显示,煤粉在不同气氛下得到的高温灰,其化学成分随着气氛的变化略有不同。O_2/CO_2气氛下获得的高温灰,煤灰中一些含钙矿物元素易于发生碳酸化,形成较多的碳酸钙等碳酸盐。对于钙铁矿物含量较高的神府煤,在O_2/CO_2气氛下形成的煤灰高温下的蒸发熔融吸热较少;而在空气气氛下,在950℃的较低温度下便形成钙黄长石等易形成含钙低温共熔混合物的矿物相,其熔融行为在较低温度下发生。对于硅铝含量较高的西阳村煤,O_2/CO_2气氛下形成的煤灰高温下的蒸发熔融吸热也较少,但气氛的改变不会影响高温下矿物相的形成。O_2/CO_2气氛可以明显的抑制钙矿物含量极高煤灰的熔融结渣行为。

菱铁矿石煤基直接还原过程中矿物的转化行为

为了给进一步深入开展菱铁矿石煤基直接还原的工艺研究提供理论指导,以嘉峪关某菱铁矿石为试样,通过XRD、SEM和能谱分析以及热力学计算研究了菱铁矿石煤基直接还原过程中各种矿物的转化行为。结果表明:煤用量较小时,固相反应首先生成铁(镁)橄榄石,多余的铁矿物以孚氏体形式存在并在孚氏体内部形成金属铁核;增加煤用量可使金属铁核周围的孚氏体也被还原为金属铁,从而使铁颗粒得以长大。此外,随着煤用量的增加,主要脉石相铁镁橄榄石也会由于经历铁镁橄榄石→铁橄榄石→孚氏体→金属铁的反应历程而形成部分铁颗粒。

莺歌海盆地黏土矿物异常转化及其地质意义

莺歌海盆地因其异常高压和高温热流体强烈活动而孕育了多种特殊地质现象。应用分析化验资料与热力学计算相结合的方法,研究了莺歌海盆地黏土矿物转化的特征,分析了其成因。结果表明,莺歌海盆地发育三种黏土矿物转化类型:正常演化型、快速演化型和缓慢演化型。其中超压抑制黏土矿物转化,形成黏土矿物缓慢演化型;高温热流体活动促进黏土矿物转化,形成黏土矿物快速演化型。超压对黏土矿物转化的抑制作用延缓了H+、阳离子和层间水的排出,减弱了胶结作用和溶蚀作用,有利于在深部形成优质储层。热流体的活动加速了黏土矿物转化,增强了储层的胶结作用,不利于深部优质储层的发育。

用XPS研究高灰熔融温度煤灰的矿物结构转化

高灰熔点X煤通过添加钙镁复配(WCaO/WMgO=1)助熔剂降低灰熔点,在模拟煤气化过程中制备灰渣,用X射线光电子能谱(XPS)分析不同温度点灰渣中O,Si,Al,Ca,Mg的存在形态及演化过程。认为钙镁复配助熔剂降低灰熔点主要是作用在硅、铝、氧结构变化上,表现为铝元素结构中铝氧配位方式的变化,即四配位的铝氧四面体[AlO_4]和六配位的铝氧八面体[AlO_6]随温度的变化而变化;硅元素结构中SiO_2链的破坏,Ca^(2+)和Mg^(2+)加入会破坏SiO_2链,使得桥氧硅变为非桥氧硅;以及氧元素结构中桥氧键断裂和非桥氧键形成。结合Factsage热力学分析软件,分析了添加钙镁复配助熔剂后,煤灰渣的高温相平衡组成,从矿物的结构变化研究助熔剂的助熔机理。结果表明,添加钙镁复配助熔剂后,Ca^(2+)和Mg^(2+)易与硅氧和铝氧四面体以及铝氧八面体中非桥氧键结合,生成低熔点的长石类矿物和镁质矿物,从而降低煤灰熔融温度。

土壤铁矿物的生物-非生物转化过程及其界面重金属反应机制的研究进展

铁矿物作为土壤的重要组成成分,一般可通过吸附、络合和共沉淀等方式影响重金属的生物有效性和毒性。此外,土壤中有机物的存在会影响铁矿物的转化,导致转化产物的结构和表面特性发生改变,进一步影响重金属的环境行为。本文从铁矿物、有机质和重金属等要素入手,综述了反应pH、温度、亚铁和微生物等因素影响下土壤铁矿物非生物和生物转化过程、土壤有机物对铁矿物转化过程的影响机制、土壤铁矿物界面重金属反应机制以及土壤铁矿物-有机质相互作用下的重金属反应机制。最后,对今后在复杂的自然环境中深入揭示铁矿物转化机制、原位观测重金属在矿物-水界面的微观反应机制以及预测和评估重金属的归趋等有关方向进行了展望。

还原态蒙脱石结构Fe(Ⅱ)催化水铁矿转化特性及影响因素

还原条件下土壤中Fe(Ⅱ)催化水铁矿转化在调控营养元素和污染物的生物地球化学过程中具有重要作用。然而,作为土壤中Fe(Ⅱ)存在的主要形态之一,蒙脱石结构中Fe(Ⅱ)催化水铁矿转化的特性及其影响因素目前尚不清楚。以化学还原的蒙脱石为研究对象,探究还原态蒙脱石(rSWy-2)结构中Fe(Ⅱ)催化水铁矿转化的特性及其影响因素。结果表明,贫铁的蒙脱石结构中Fe(Ⅱ)可催化水铁矿向纤铁矿转化,反应96 h后水铁矿转化量达到83.3%。X射线衍射(XRD)、高分辨透射(HRTEM)、球差电镜(STEM)和表面吸附态Fe(Ⅱ)含量分析表明,rSWy-2结构Fe(Ⅱ)催化水铁矿转化主要经历矿物间固相吸附、电子传递和水铁矿转化三个阶段,形成的纤铁矿呈板状纳米片,尺寸大小为100~200 nm。溶液中Na^(+)和Cl^(-)离子对rSWy-2催化水铁矿转化影响较弱,而Ca^(2+)、SO_(4)^(2-)、有机质和As(Ⅲ)均对水铁矿转化具有明显的抑制作用。

细菌介导水铁矿合成铁硫矿物去除水体铬污染

为了去除水体中六价铬(Cr(Ⅵ)),利用Shewanella oneidensis MR-1在硫代硫酸盐存在情况下驱动水铁矿转化为铁硫次生矿物制备微生物/矿物杂化体,探究了杂化体对水体中Cr(Ⅵ)去除效果,影响因素及去除机理.物相组成分析和显微形貌观察发现,细菌转化合成的黑色方硫铁矿(FeS)次生矿物纳米颗粒包裹S. oneidensis MR-1细胞从而组装形成了Bio-FeS@MR-1杂化体.所制备的杂化体4h内完全去除了初始浓度26mg/L的Cr(Ⅵ),其效率显著高于单独的等量菌体和FeS次生矿物总和,表明菌体与FeS次生矿物之间存在协同增强效应.Bio-Fe S@MR-1杂化体具有较宽的pH值适用范围(3.0~9.0)和较好的再生能力,其去除Cr(Ⅵ)的效率和重复使用次数均与FeS次生矿物含量和菌体密度成正相关.去除产物中铬主要以Cr(Ⅲ)沉淀物(如Cr2O3和Cr(OH)3)形式存在,表明水体中Cr(Ⅵ)的去除方式包括吸附和还原作用.

煤中矿物质在富氧燃烧气氛中的迁移转化特性及其对锅炉结渣的影响

富氧燃烧是控制电站锅炉CO2排放最有效的技术之一。与常规空气燃烧相比,富氧燃烧炉内反应条件发生显著变化,进而影响煤中矿物质的转化行为及熔融特性。一方面富氧气氛更有利于煤中含铁矿质生成低熔点玻璃体而不是氧化成铁氧化物。另一方面高浓度CO2会抑制含钙矿物质的分解,减少含Ca O的低熔点共晶体的生成。矿物质在富氧气氛下迁移转化行为的变化使得飞灰的成分及结构不同并造成结渣特性不同。总体来看,富氧燃烧气氛下炉内结渣倾向更明显。