水泥生料分解过程中碱金属释放的实验研究

发布时间：2020-05-28 20:46

【摘要】：中国已连续多年成为世界上最大的水泥生产国,水泥行业早已成为居火力发电之后的工业生产第二大CO_2排放源,其采用氧燃烧富集CO_2对水泥行业的碳减排有重大意义。而水泥生产过程中易挥发有害组分(硫、氯、碱金属)在窑炉内的循环富集是新型干法水泥生产过程中的特有现象,其中碱金属的循环富集会带来一系列不利影响:碱金属的氧化物是水泥炉窑结皮的重要组成成分,碱金属量过高还会使高温液相黏度增大,致使熟料煅烧过程中结块;此外,碱金属会通过与生料中的Al_2O_3,SiO_2,SiC等物质发生反应来损耗耐火材料,从而引起硅铝质耐火材料异常膨胀,热面剥落和严重侵蚀,大大缩减耐火材料的寿命;碱金属还会影响熟料的烧成质量,从而严重影响混凝土结构的耐久性。本文选用某水泥厂的生料为研究对象,通过管式炉结合J200 LIBS一体机和自建激光台架进行了等温和非等温实验研究水泥生料分解时碱金属的释放情况,系统的研究了分解气氛、分解温度对碱金属释放特性的影响,并结合实验结果深入分析了分解气氛及温度对碱金属释放影响的机理。在等温分解条件,20%O_2~80%N_2分解气氛下,水泥生料分解时碱金属的释放量随着分解温度的升高而增大,在850℃时Na、K的挥发率分别为52%和53%,而在1000℃时,则Na、K的挥发率为64%和71%。其原因首先是钾的化合物较钠的化合物易于挥发,其次不同的碱金属化合物的挥发温度不同,其中氯化物最易挥发、其次为碱金属的氢氧化物,最后为碱金属的硫化物。在20%O_2~80%CO_2气氛下,850℃下Na、K的挥发率分别为16.4%和43.7%,1000℃下为54%和60%。其原因为CO_2分压的增大会对生料中石灰石分解时的传热、传质造成较大影响,从而影响其中的碱金属的受热释放,其次高CO_2分压可能会促进生成碱金属的碳酸盐,而碱金属的碳酸盐不易挥发。水泥生料在非等温分解条件下碱金属的释放情况与等温分解条件下不同。在非等温分解条件下,通过能量计测量发现,在相同的加热功率下,在20%O_2~80%N_2气氛下的温度高于20%O_2~80%CO_2气氛下的温度,其原因为CO_2的比热容较大。此外,由于无法准确测量加热处的温度,因此只对相同气氛下,不同加热功率下碱金属的释放特性进行对比。水泥生料分解时,烟气中碱金属的含量随时间的成单峰变化趋势,且在20s附近达到顶峰,之后迅速降低并维持在一个较低的水平趋近于零。在20%O_2~80%N_2气氛下,其碱金属的释放时间随着加热功率的升高而减短,在20%O_2~80%CO_2气氛下碱金属的释放时间随加热功率的升高而不变,其碱金属的主要挥发时间均在50s附近完成。
【图文】：

示意图,跃迁,能量,示意图

图 2-1 能量跃迁示意图[49]图 2-1 可知，能量ε>0 的区域即原子的离化限的上部区域为能量连续区域为准连续区，且连续区的电子均为自由态，而准连续区电子主要这是由高密度的电子、离子电场导致原子与离子能级的展宽，使得能级。以上电子的三种形态会存在能量的相互跃迁，进而形成光谱的连续背体效应，从而对光谱的定量分析产生影响。子状态的不同进而形成不同的辐射。激发辐射（bound-bound emission近，为一系列的分立能级，其电子处于束缚态；复合辐射（free-bound续区域，为连续光谱。韧致辐射（free-free emission）属于能量跃迁的子在这一区域内发生电子-离子库仑碰撞，使电子因碰撞而产生减速度能量以光子形式辐射出去。其韧致辐射也为连续光谱。续背景的形成与激光激发的时间有关，因此为了降低或消除连续背景需个合适的等离子体形成延迟时间，本文通过相关的尝试性实验来得到信

示意图,管式炉,台架,示意图

山灰 2.39 91.42 2.92 2.31 0.97 0.56 - - - .1.2 实验装置及方法实验样品的预处理采用的装置为管式炉，其系统图如 3-1 所示，由高压气瓶、流、混气罐、加热炉、温控仪和非分散式红外烟气分析仪及连接管组成。实验样品在石英管中，由围绕在四周的碳硅加热棒进行辐射加热，反应区域温度由热电偶传输到 PID 温度控制器，再由 PID 控制器进行调节稳定实验所需温度。小瓷舟的为 30mm*100mm，将样品放于耐高温的小瓷舟中均匀铺平成薄薄一层，为保证受分，，每个瓷舟中样品质量为 250mg（±1.5%），实验样品在 20%O2/80%CO20%O2/40%CO2/40%Ar、20%O2/80%N2三种氛围下煅烧 0.5h，煅烧温度分别为 8500℃、950℃、1000℃，具体实验方案如表 3-3 所示。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ172.1

【参考文献】