磁鐵礦無煙煤輔助微波加熱分解脫硫石膏研究.pdf

1、分解脫硫石膏（CaSO4·2H2O）循環(huán)回收利用 SO2及其固體產(chǎn)物是目前降低石膏副產(chǎn)物堆積量的最有效途徑之一?，F(xiàn)階段的研究方向主要有：降低分解溫度；加快反應(yīng)速度；尋找煤的最佳配比,增加收集氣體中SO2的濃度;探究多氣氛下分解石膏的反應(yīng)機(jī)理等。然而，考慮到CaSO4對(duì)微波的透過性，到目前為止，對(duì)微波輻射分解脫硫石膏的研究還很缺乏。對(duì)比傳統(tǒng)加熱過程，微波加熱以其體加熱、選擇性加熱和降低反應(yīng)溫度而著稱。
　　為了尋找一種既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的

2、新方法，本研究采用無煙煤和磁鐵礦輔助微波加熱脫硫石膏的方法進(jìn)行分解脫硫?qū)嶒?yàn)研究。通過微波加熱物料升溫特性和脫硫率對(duì)比，探究配加磁鐵礦和無煙煤的最佳配比。應(yīng)用 X射線衍射、掃描電鏡對(duì)反應(yīng)前后的混合物料的成分和形貌分別進(jìn)行檢測(cè)分析，系統(tǒng)研究微波加熱條件下，石膏脫硫的反應(yīng)機(jī)理。對(duì)比常規(guī)加熱方法，討論微波加熱分解脫硫石膏混合物料的優(yōu)勢(shì)。
　　研究結(jié)果表明，微波加熱下，含水20.03mass％的脫硫石膏升溫緩慢，90min內(nèi)升高到299℃。

3、在空氣氣氛下，微波加熱無煙煤的初始升溫速率保持在25-30℃/min之間，在455℃時(shí)升溫快速，出現(xiàn)尖銳的升溫峰，最大升溫速率為95℃/min，這與無煙煤的燃燒和微波等離子體形成的熱點(diǎn)有關(guān)。微波加熱40min，無煙煤升溫到1200℃。磁鐵礦同時(shí)被電場(chǎng)和磁場(chǎng)加熱，升溫迅速，最大升溫速率為58℃/min，當(dāng)溫度超過其居里點(diǎn)后升溫速率急劇降低，當(dāng)溫度升高到1166℃時(shí)，升溫速率逐漸降為零。通過對(duì)比微波加熱磁鐵礦和無煙煤的升溫速率曲線發(fā)現(xiàn)，兩者

4、的升溫速率曲線峰值部分重疊。將無煙煤和磁鐵礦共同配加到脫硫石膏中，可使溫度持續(xù)上升。
　　微波加熱82min，同時(shí)配加10 mass%磁鐵礦和8 mass%無煙煤的脫硫石膏混合物料升溫到1040℃，混合物料的升溫速率依次被水、磁鐵礦、無煙煤燃燒和熱點(diǎn)加速。由于脫硫石膏的存在，混合物料的最大升溫速率為30℃/min，避免了熱失控的發(fā)生。
　　微波加熱到1000℃，隨著混合物料中無煙煤的配比在6mass%-14mass%變化，混

5、合物料的脫硫率先增加后減少，當(dāng)無煙煤配比為8mass%時(shí)，物料的脫硫率最高，為56.82%。微波輻射下，微波的選擇性加熱使無煙煤和磁鐵礦吸收轉(zhuǎn)化大量的微波能，形成熱點(diǎn)，熱點(diǎn)附近溫度遠(yuǎn)高于實(shí)際觀測(cè)到的溫度。這使得相鄰的脫硫石膏率先與磁鐵礦和無煙煤發(fā)生反應(yīng)生成鐵酸鈣混合物（CaxFeyOz），脫硫石膏分解溫度降低到800℃左右。反應(yīng)后物料的 XRD圖像證實(shí)鐵酸鈣（CaFe4O7，CaFe3O5等）的存在。
　　微波加熱下，隨著保溫時(shí)間

6、的延長(zhǎng)，脫硫率呈規(guī)律性變化。將物料分別加熱到850℃，900℃,950℃,1000℃，保溫0-60min，脫硫率分為三階段：1.0 min≤t≤15 min,脫硫率增長(zhǎng)緩慢；2.15 min≤t≤45 min,脫硫率迅速增加；3.45 min≤t≤60min,脫硫率再次緩慢增加。而常規(guī)加熱下，脫硫石膏分解溫度較高，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，脫硫率規(guī)律性較差。常規(guī)加熱1200℃保溫45min時(shí)，脫硫率才劇烈升高，實(shí)驗(yàn)后殘余物黏結(jié)在坩堝壁上，使坩堝無法

7、二次使用。
　　在1000℃時(shí)，延長(zhǎng)微波保溫時(shí)間，脫硫率呈S型曲線增加。微波加熱保溫60min，混合物料脫硫率為93.86%?？紤]到微波體積加熱和熱由內(nèi)向外傳遞的特點(diǎn)，我們對(duì)反應(yīng)后物料內(nèi)外的脫硫率進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)后物料內(nèi)部脫硫率明顯高于外部脫硫率。由XRD和SEM圖分析可知，微波加熱時(shí)，脫硫石膏的分解產(chǎn)物生成低熔點(diǎn)液相，液相由物料內(nèi)部向外擴(kuò)展。SEM像還顯示，反應(yīng)后外層物料粘結(jié)顆粒較少。這表明，微波加熱可以預(yù)防物料在回轉(zhuǎn)窯