全球能源互联网杂志投稿格式参考范文：工业固废制备复合助熔剂用于调控高灰熔点煤灰的熔融特性研究

　　0 引言

　　煤气化是现代煤化工技术发展的核心，气流床气化技术具有单炉处理量大、气化效率高等优点，已成为煤气化技术发展的主要方向。水煤浆和干煤粉加压气流床气化技术均采用液态排渣，要求煤灰的流动温度(flow temperature，FT)低于 1400℃且熔渣黏度需在 2.5 Pa・s~25 Pa・s 范围内。因此，煤灰在高温下的流动性质是决定气流床气化炉长周期稳定运行的关键参数。然而，我国煤炭资源中高灰熔点煤(FT 高于 1400℃)约占保有储量的 57%，将高灰熔点煤直接用于气流床气化将导致气化炉排渣时发生结渣和堵渣现象。因此，为了使高灰熔点煤能够用于气流床气化，需要降低高灰熔点煤灰的熔融特征温度(ash fusion temperatures，AFTs)。

　　山西省煤炭资源丰富，全省煤炭资源总量为 6557.57 亿 t，占全国煤炭资源总量的 11.9%，是我国的煤炭大省。但山西煤炭资源中高灰熔点煤约占山西煤炭资源总量的 40%，且属于中变质程度的无烟煤，其煤灰中 SiO₂和 Al₂O₃质量分数之和接近 90%，硅铝质量比在 1.2~2.0 内，属于典型的硅铝含量高、硅铝质量比低煤灰。添加助熔剂是工业中最常用和最成熟的调控煤灰熔融特性的方法，石灰石是目前使用最为广泛的助熔剂，其有效成分为 CaO。

　　然而，仅添加 CaO 降低山西典型无烟煤灰熔融温度存在助熔剂添加量高、无法有效降低煤灰 AFTs 等问题。当无法使用单一组分助熔剂时，使用含两种组分的复合助熔剂为较好选择，不仅可以减少单一组分的过量添加，还可以利用两种组分间的协同作用提高助熔效率。张雷等开发了铁系复合助熔剂，发现添加量为 6% 铁系单助熔剂和添加量为 4% 铁系复合助熔剂均能将煤灰 FT 降至 1350℃以下，铁系复合助熔剂在改善煤灰 AFTs 方面具有较好稳定性。段锦等研究了钙镁复合助熔剂对高熔点长平煤灰 AFTs 的影响，当钙镁复合助熔剂(wCaO：wMgO=1)添加量为 6% 时，可将煤灰 FT 降至 1297℃，且助熔效果优于单一组分助熔剂(CaO 和 MgO)助熔效果。张子利等研究钙镁复合助熔剂对不同高灰熔点煤灰 AFTs 的影响，结果表明与添加单一助熔剂相比，复合助熔剂更能有效降低煤灰 AFTs。

　　王冀等研究了空气气氛下不同添加量及质量比钙铁助熔剂对煤灰熔融性及结晶行为的影响，发现空气气氛下 CaO 与 Fe₂O₃不存在协同助熔效果，CaO 助熔效果优于 Fe₂O₃助熔效果。SHI et al 研究表明，单一钙铁助熔剂对煤灰熔融性和结晶行为的影响较为单一，在弱还原气氛中使用钙铁复合助熔剂不仅可以减少单一组分的过量添加，还可以利用两种组分间的协同作用提高助熔效率。另外，GE et al 分别研究了气流床气化条件下 CaO 与 Fe₂O₃质量比和 CaO 与 Na₂O 质量比对煤灰黏温特性的影响，发现当顺畅排渣时，CaO 与 Na₂O 最适宜的质量比为 6∶4;随着 CaO 与 Fe₂O₃质量比的增加，由于 Fe₂O₃含量和铁价态的变化，煤灰 AFTs 增加，同时 CaO 与 Fe₂O₃质量比较低时促进了莫来石的生成，提高了煤灰 AFTs。

　　我国化工行业规模巨大，生产过程中产生大量的工业固废。工业固废目前主要以堆放或填埋方式进行处理，但这些处理方法不仅占用土地资源，且有毒有害金属的渗滤液对土壤和水体造成严重污染。工业固废整体面临着产量巨大、利用率低等问题，且存在安全隐患风险高、综合利用成本较高和政府配套政策不完善等问题。其中钢渣、赤泥、磷石膏、脱硫石膏、电石渣、化工渣等工业固废的利用率更低。钢渣的主要成分为硅酸盐、氧化铁、钙质等，赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业废弃物，因其氧化铁含量大，外观与赤色泥土相似，故被称为赤泥，其主要化学成分为氧化钙、氧化铝、氧化铁、氧化硅和碱金属氧化物。由于钢渣和赤泥中碱性组分氧化铁(Fe₂O₃)和氧化钙(CaO)的含量较高，因此可将钢渣与赤泥进行混合用作气流床煤气化中的复合助熔剂。这不仅能够达到降低高灰熔点煤灰 AFTs 的目的，而且能够实现工业固废的资源化利用，解决煤气化中助熔剂成本高的问题。

　　本研究以工业固废用作助熔剂降低高灰熔点煤灰的 AFTs 为研究背景，利用工业固废钢渣和赤泥制备复合助熔剂，研究了不同添加量及混合质量比复合助熔剂对山西高灰熔点潞安煤灰熔融特性的影响及机理。利用 X 射线衍射(XRD)和扫描电镜能谱(SEM-EDS)分析了添加复合助熔剂对高温下潞安煤灰矿物组成、微观形貌和化学组成的影响。研究结果不仅可为工业固废用于气流床煤气化中高灰熔点煤灰熔融性的调控提供直接指导和参考，而且对实现工业固废的资源化利用具有重要意义。

　　1 实验部分

　　1.1 实验原料

　　选取山西高灰熔点潞安煤(LA)和工业固废钢渣(GZ)、赤泥(CN)为原料，按照 GB/T 1574—2007 方法在(815±10)℃下制取潞安煤灰样，并将灰样研磨至粒径小于 0.074 mm。依据 GB/T 31391—2015，对高灰熔点潞安煤做工业分析和元素分析。通过 X 荧光光谱仪(XRF)和煤灰熔融特征温度测定仪测定潞安煤灰、钢渣和赤泥的化学组成和潞安煤灰的 AFTs。

　　1.2 混合煤灰 AFTs 的测定

　　将钢渣和赤泥混合获得复合助熔剂，按照钢渣与赤泥混合质量比，将复合助熔剂分别标记为 0G10C(钢渣质量分数为 0%，赤泥质量分数为 100%)，1G9C(钢渣质量分数为 10%，赤泥质量分数为 90%，其余依此类推)，3G7C，5G5C，7G3C，9G1C 和 10G0C。按煤的质量为添加基准，向潞安煤中加入添加量分别为 2%，4%，6% 和 8% 的复合助熔剂，利用球型研磨仪将潞安煤与复合助熔剂充分混匀，并在 815℃条件下制备混合煤灰。根据 GB/T 219—2008，利用湖南长沙开元公司生产的 5E-AF4115 型智能灰熔融性测试仪，采用灰锥法在弱还原气氛下(CO 与 CO₂体积比为 6∶4)测定潞安煤与不同添加量及混合质量比复合助熔剂混合煤灰的 AFTs，即 DT，ST，HT 和 FT。

　　1.3 高温激冷灰渣的制备

　　为了阐明高温下添加钢渣与赤泥复合助熔剂对高灰熔点潞安煤灰矿物质的影响，利用 1700℃真空气氛管式炉，在弱还原性的气氛下(CO 与 CO₂体积比为 6∶4)，制备 1300℃和 1400℃条件下潞安煤与复合助熔剂所得混合煤灰的高温激冷灰渣。将约 1.0 g 混合煤灰装入刚玉坩埚中，再将其置于瓷舟中，先将瓷舟推入 600℃左右低温区预热 20 s，再将瓷舟推入 900℃左右区域预热 20 s，最后将瓷舟推入管式炉恒温区停留 10 min，取出灰样。预热的目的是为了防止瓷舟和刚玉坩埚直接送入高温区由于温差太大而发生碎裂。

　　1.4 高温激冷灰渣矿物质组成及形貌分析

　　利用德国布鲁克公司生产的 D2PHASER 型 X 射线衍射仪测定高温激冷灰渣的矿物质，衍射条件为 Cu 靶、波长为 0.15406 nm、扫描电压为 40 kV，通过 Jade 和 Highscore 软件对激冷灰渣进行矿物质组成分析。利用赛默飞世尔科技公司(Thermo fisher Scientific)生产的 Quattro S 型扫描电子显微镜结合能量色散 X 射线光谱仪对高温激冷灰渣的形貌和元素组成进行分析。

　　1.5 热力学计算

　　通过 FactSage 8.2 热力学软件计算高温平衡态下混合煤灰的矿物质组成及固液相对含量，选取 FToxid 和 FactPS 数据库，利用 Equilb 多组分平衡模块计算相平衡状态下混合煤灰的完全液相温度、矿物质种类及含量。选择在气氛为弱还原气氛(CO 与 CO₂体积比为 6∶4)，温度为 800℃~1500℃温度间隔为 50℃，压力为 101325 Pa 条件下，计算 SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，CaO，Na₂O，SO₃六种组分归一化后的含量。

　　2 结果与讨论

　　2.1 复合助熔剂对高灰熔点潞安煤灰熔融性的影响

　　高灰熔点潞安煤添加添加量为 2%~8% 工业固废钢渣和赤泥制备的复合助熔剂后，潞安煤灰 AFTs 的变化。添加钢渣、赤泥制备的复合助熔剂，均可使高灰熔点潞安煤灰的 AFTs 显著降低，且随着钢渣含量的增大，潞安煤灰 FT 均呈现 “V” 型变化趋势。以添加量为 4% 时为例，单独添加赤泥后潞安煤灰 FT 为 1379℃，添加钢渣与赤泥制备的复合助熔剂后潞安煤灰的 FT 分别为 1367℃(1G9C)，1352℃(3G7C)，1338℃(5G5C)，1330℃(7G3C)和 1338℃(9G1C)，单独添加钢渣后潞安煤灰的 FT 为 1347℃。同时，随着添加量的增加，潞安煤灰 AFTs 为最低值时，复合助熔剂中赤泥含量不断升高。添加量为 2% 时，潞安煤灰 FT 最低为 1382℃，此时复合助熔剂中钢渣和赤泥的混合质量比为 9∶1;添加量为 4% 时，潞安煤灰 FT 最低值为 1330℃，钢渣和赤泥的混合质量比为 7∶3;添加量为 6% 和 8% 时，潞安煤灰 FT 最低值分别为 1305℃和 1293℃，钢渣和赤泥的混合质量比分别为 5∶5 和 3∶7。由此说明，随着钢渣和赤泥制备复合助熔剂添加量的增加，复合助熔剂中赤泥的添加量是影响高灰熔点潞安煤灰熔融特性的主要原因。

　　钢渣与赤泥制备的复合助熔剂对降低潞安煤灰 AFTs 存在协同作用，且协同作用与助熔剂的添加量、钢渣与赤泥的混合质量比密切相关，但并不是所有混合质量比及添加量条件下两者都存在协同作用。添加量为 2% 时，仅在复合助熔剂中钢渣与赤泥混合质量比为 9∶1 时，潞安煤灰 AFTs 均低于单独添加钢渣、赤泥潞安煤灰 AFTs，表明钢渣和赤泥复合对降低潞安煤灰 AFTs 存在协同作用。但当复合助熔剂中钢渣和赤泥的混合质量比大于 0 且小于 9 或钢渣和赤泥的混合质量比大于 9 时，添加复合助熔剂的潞安煤灰 AFTs 低于单独添加赤泥潞安煤灰的 AFTs、高于单独添加钢渣潞安煤灰的 AFTs，此时钢渣和赤泥复合对潞安煤灰熔融性的影响不存在协同作用。

　　添加量为 4% 时，仅在钢渣与赤泥混合质量比为 5∶5，7∶3 和 9∶1 时，添加复合助熔剂潞安煤灰 AFTs 均低于单独添加钢渣、赤泥潞安煤灰 AFTs，表明此时钢渣与赤泥复合对潞安煤灰熔融性的影响存在协同作用，其他混合质量比条件下钢渣赤泥复合对潞安煤灰熔融性不存在协同作用。当添加量为 6% 和 8% 时，在所有钢渣与赤泥混合质量比条件下，添加复合助熔剂后潞安煤灰 AFTs 均低于单独添加钢渣、赤泥潞安煤灰 AFTs，表明 6% 和 8% 添加量时钢渣和赤泥复合对潞安煤灰熔融特性的影响均存在协同作用。

　　酸碱比，即煤灰中酸性氧化物和碱性氧化物的质量比，是较为常用的煤灰熔融特性预测指数。煤灰的 AFTs 与其化学组成之间的关系可以解释为：具有高离子势的酸性组分易于形成聚合物，起到增加 AFTs 的作用;具有低离子势的碱性组合物用于终止聚合物的形成，起到降低 AFTs 的作用。PRONOBIS 认为碱性煤(酸碱比小于 1)中碱性氧化物含量增加，酸碱比的降低导致煤灰熔融特征温度呈先下降后上升趋势。XU et al 在研究 SiO₂对山鑫碱性煤灰熔融温度影响时也得到了类似结论。高灰熔点潞安煤加入不同混合质量比钢渣与赤泥制备的复合助熔剂后酸碱比的改变，随着复合助熔剂中钢渣和赤泥混合质量比的增加，高灰熔点潞安煤灰的酸碱比呈逐渐减小趋势，但减少值非常小，说明酸碱比的改变不能用于解释钢渣与赤泥制备复合助熔剂对潞安煤灰 AFTs 的影响。

　　石文举等研究弱还原气氛下 Ca-Fe 复合助剂对高硅铝煤灰 AFTs 的影响，结果表明弱还原性气氛下，当 Ca-Fe 复合助熔剂添加量为 20%，煤灰的 AFTs 随着 CaO 与 Fe₂O₃质量比的增加呈先降低后增加趋势，CaO 与 Fe₂O₃质量比为 1∶1 时煤灰 AFTs 最低(DT 为 1371℃，FT 为 1395℃)，添加 Ca-Fe 复合助熔剂煤灰的 AFTs 均低于单独添加 CaO 或 Fe₂O₃煤灰的 AFTs，说明 CaO 与 Fe₂O₃之间存在协同助熔作用。钢渣中 CaO 和 Fe₂O₃含量较高，赤泥中 Fe₂O₃和 Na₂O 含量较高，高灰熔点潞安煤在钢渣、赤泥和复合助熔剂不同添加量时，随着 CaO 与 Fe₂O₃质量比的增大，高灰熔点潞安煤灰 FT 呈先降低后升高趋势，且随着复合助熔剂添加量的增加，AFTs 最低时所对应的 CaO 与 Fe₂O₃质量比由 1.2 分别降低至 1.0、0.7 和 0.4。

　　2.2 添加复合助熔剂对高温下潞安煤灰矿物质的影响

　　煤灰的熔融过程伴随着矿物质的反应和熔融，利用 X 射线衍射仪对高灰熔点潞安煤添加 2%~8% 复合助熔剂的混合煤灰高温激冷灰渣进行矿物质组成分析。

　　向高灰熔点潞安煤添加 2% 复合助熔剂的混合煤灰在 1400℃时的 XRD 谱，当复合助熔剂中钢渣含量不断增加时，激冷灰渣的主要矿物质相同，为硅线石(Al₂SiO₅)和莫来石(Al₆Si₂O₁₃)XRD 谱可用于矿物质的半定量分析，该方法假设相同矿物质的衍射峰强度与其含量成正比，同种矿物质的衍射峰强度越高，代表其含量越高。随着钢渣含量的增大，硅线石的衍射峰强度减弱，硅线石含量下降。由于莫来石和硅线石的熔点高，随着复合助熔剂中钢渣含量的不断增加，莫来石和硅线石的衍射峰强度不断减小，两种矿物质的含量不断降低。当复合助熔剂中钢渣和赤泥的混合质量比为 9∶1 时，硅线石和莫来石的衍射峰强度最低，硅线石和莫来石的含量最低，因此混合煤灰 AFTs 最低。然而，当单独添加钢渣(10G0C)时，硅线石的衍射峰强度减弱，莫来石衍射峰强度增强，且莫来石的衍射峰强度大于硅线石的衍射峰强度，使得混合煤灰 AFTs 升高。

　　向高灰熔点潞安煤添加 4% 复合助熔剂的混合煤灰在 1300℃时的 XRD 谱，当单独添加赤泥(0G10C)时，激冷灰渣中主要矿物质为培长石((Ca, Na) AlSi₂O₈)、刚玉(Al₂O₃)、赤铁矿(Fe₂O₃)和莫来石，培长石是由钠长石(NaAlSi₃O₈)和钙长石(CaAl₂Si₂O₈)组成的类质同象系列。当复合助熔剂中钢渣和赤泥的混合质量比为 1∶9 时，培长石和赤铁矿的衍射峰消失，钠长石和磁铁矿(Fe₃O₄)的衍射峰出现，混合煤灰 AFTs 降低。当钢渣和赤泥混合质量比为 3∶7 时，磁铁矿的衍射峰消失，钠长石的衍射峰强度增强，钠长石的含量增加。由于钠长石为易熔矿物质，熔融温度较低，使混合煤灰 AFTs 继续降低。当复合助熔剂中钢渣和赤泥混合质量比为 5∶5 时，钠长石、莫来石和刚玉的衍射峰消失，钙长石、斜硅石((Mg, Fe)₉(SiO₄)₄(F, OH)₂)、方石英(SiO₂)和方钙石(CaO)的衍射峰出现，低熔点化合物间易形成低温共熔化合物，使得混合煤灰 AFTs 逐渐降低。当复合助熔剂中钢渣和赤泥混合质量比为 7∶3 时，斜硅石的衍射峰消失，铁尖晶石(FeAl₂O₄)的衍射峰出现。

　　由于铁尖晶石的熔融温度较低，使得混合煤灰 AFTs 继续降低。当钢渣和赤泥的混合质量比为 9∶1 时，钙长石和方石英的衍射峰强度增强且出现钙铁铝石(Ca₂AlFeO₅)的衍射峰，混合煤灰 AFTs 升高。当单独添加钢渣(10G0C)时，方钙石的衍射峰强度增强且出现了游离的 CaO，其余矿物质的衍射峰强度基本没有变化，导致混合煤灰 AFTs 升高。

　　向高灰熔点潞安煤添加 6% 复合助熔剂的混合煤灰在 1300℃时的 XRD 谱，当单独添加赤泥(0G10C)时，激冷灰渣中主要矿物质为钠长石、刚玉、方石英和铁尖晶石。混合煤灰 AFTs 显著降低，主要是由于钠长石与铁尖晶石等钠质矿物之间在低温下发生熔融。当钢渣和赤泥的混合质量比为 1∶9 时，激冷灰渣中主要矿物质未发生改变，但钠长石的衍射峰强度略微增加，此时混合煤灰 AFTs 略微降低。当钢渣和赤泥的混合质量比为 3∶7 时，刚玉的衍射峰消失，钙长石的衍射峰出现，钠长石的衍射峰强度减弱。由于刚玉的熔点为 2050℃，激冷渣中长石类低熔点化合物间易形成低温共熔化合物，使混合煤灰 AFTs 大幅度降低。

　　当钢渣和赤泥的混合质量比为 5∶5 时，激冷灰渣中主要矿物质未发生改变，但钠长石的衍射峰强度增强，混合煤灰 AFTs 继续降低。当钢渣和赤泥的混合质量比为 7∶3 时，激冷灰渣中主要矿物质未发生改变，钙长石的衍射峰强度增强，钠长石的衍射峰强度降低。由于钠长石的熔点低于钙长石的熔点，使得混合煤灰 AFTs 升高。当钢渣和赤泥的混合质量比为 9∶1 时，钙长石的衍射峰强度增强，钠长石的衍射峰消失，混合煤灰 AFTs 升高。当单独添加钢渣(10G0C)时，蓝晶石(Al₂SiO₅)和方钙石的衍射峰出现，蓝晶石与硅线石为同质异体，方钙石的熔点较高，因此混合煤灰 AFTs 继续升高。

　　向高灰熔点潞安煤添加 8% 复合助熔剂的混合煤灰在 1300℃时的 XRD 谱，当单独添加赤泥(0G10C)时，激冷灰渣中主要矿物质为刚玉和铁尖晶石，灰渣中低熔点化合物间形成低温共熔化合物，使混合煤灰 AFTs 大幅度降低。当钢渣和赤泥的混合质量比为 1∶9 时，培长石的衍射峰出现，培长石是由钠长石和钙长石组成的类质同象系列，使得混合煤灰 AFTs 降低。当钢渣和赤泥的混合质量比为 3∶7 时，培长石和刚玉的衍射峰消失，钠长石和方石英的衍射峰出现。由于钠长石熔点较低，因此混合煤灰的 AFTs 继续降低。当钢渣和赤泥的混合质量比为 5∶5 时，钠长石的衍射峰消失，钙长石和方钙石的衍射峰出现。由于钙长石的衍射峰强度较高，且其熔点高于钠长石熔点，使得混合煤灰 AFTs 升高。当钢渣和赤泥的混合质量比为 7∶3 时，钙铝黄长石的衍射峰出现。与钙长石相比，钙铝黄长石的熔点(1590℃)较高，使得混合煤灰 AFTs 升高。当钢渣和赤泥的混合质量比超过 7∶3 时，高熔点矿物质硅灰石(1540℃)的生成是导致混合煤灰 AFTs 升高的主要原因。

　　2.3 激冷灰渣的微观形貌及微区化学组成分析

　　相同温度条件下表面形貌的差异可以反映煤灰的熔融程度，高灰熔点潞安煤添加添加量为 6% 的不同混合质量比复合助熔剂的激冷灰渣在 1300℃时的 SEM 照片。添加 6% 复合助熔剂及钢渣和赤泥不同混合质量比下灰渣的 EDS(energy dispersive spectroscopy)分析结果，添加复合助熔剂后，灰渣表面出现许多边缘均匀的小坑，高温下灰渣中生成的气体向外逸出形成气泡，气体的释放可能受到富铁渣的限制。当未添加钢渣时，灰渣中出现紧密、片状的颗粒，EDS 分析表明颗粒中主要的元素为 Na、Al、Si、Fe、O，表明该区域主要有铁质和钠质硅酸盐或者铁质和钠质硅铝酸盐。

　　随着钢渣和赤泥混合质量比的增大，灰渣表面逐渐由光滑变得粗糙，表面凹坑形状变小及数量变少，表明混合煤灰的 AFTs 先降低后升高。当钢渣和赤泥混合质量比为 5∶5 时，灰渣表面完整、光滑并出现表面光滑的颗粒，此时混合煤灰的 FT 为 1305℃，灰渣基本完全熔融，颗粒中主要的元素为 Ca、Al、Si、Fe、O，表明该区域主要有铁和钙质硅酸盐或者铁和钙质硅铝酸盐。由于钙长石和铁质矿物发生低温共熔形成非晶态的液相，使得灰渣表面被液相覆盖形成一个表面较为光滑平整的整体。当钢渣和赤泥混合质量比大于 7∶3 时，灰渣的熔融程度较低，渣样的致密比增大，结合 XRD 分析结果可知，1300℃时钙质矿物形成共熔体将灰渣的表面覆盖。通过 EDS 结果分析可知，混合煤灰 AFTs 变化与钠长石、钙长石和尖晶石的形成及含量有关，这与 XRD 分析结果相一致。

　　2.4 煤灰高温下矿物质组成

　　为了解释添加不同混合质量比钢渣和赤泥复合助熔剂对高灰熔点潞安煤灰 AFTs 的影响，通过 FactSage 软件计算添加 6% 复合助熔剂的混合煤灰矿物质组成，两条线之间围成区域的面积表示矿物质的相对含量，虚线为完全液相温度线(tₗᵢq)。当添加钢渣和赤泥助熔剂，高温下煤灰中生成了莫来石、尖晶石、石英、堇青石(Fe₂Al₄Si₅O₁₈)和长石等。1150℃左右，灰渣中尖晶石、单斜辉石、方英石和堇青石消失。1300℃下，煤灰中主要矿物质为大量的长石和少量的莫来石。

　　添加钢渣和赤泥制备的复合助熔剂，随着钢渣与赤泥混合质量比逐渐增大，复合助熔剂中方钙石、赤铁矿和氧化钠等与煤灰中硅铝矿物质发生反应形成低熔点矿物质，降低了莫来石等难熔矿物质的相对含量，但煤灰的完全液相温度基本未发生改变。随着钢渣与赤泥混合质量比继续增大，煤灰中尖晶石和莫来石的相对含量降低，长石的相对含量增加。高温下含 Fe 矿物质主要为 FeS、FeAl₂O₄和堇青石，表明复合助熔剂中 Fe₂O₃与煤灰中铝硅酸盐发生反应。XRD 分析中没有检测到堇青石，是由于其与铁尖晶石快速熔融形成液相。当钢渣与赤泥混合质量比大于 5∶5 时，煤灰中方石英相对含量增大，低熔点矿物质的含量降低，导致游离方钙石的存在，使得潞安煤灰 AFTs 上升。

　　2.5 复合助熔剂添加量与潞安煤灰 AFTs 的定量关系

　　与单一组分助熔剂的化学组成不同，工业固废钢渣和赤泥的化学组成复杂，添加钢渣与赤泥制备复合助熔剂后，高灰熔点潞安煤灰的化学组成变化复杂，无法获得混合煤灰 AFTs 与某一个化学组成之间的定量关系。本研究将潞安煤灰的 FT 与钢渣在复合助熔剂中的质量分数进行关联。

　　随着钢渣质量分数的增大，高灰熔点潞安煤灰的 FT 呈先降低后升高趋势，当添加 2%~6% 复合助熔剂时，R² 均大于 0.93，表明拟合曲线的相关性较强;添加 8% 复合助熔剂时，R² 为 0.7865，低于添加量为 2%，4% 和 6% 时的 R²，这主要是由于潞安煤灰 FT 测定的实验误差所致。不同添加量条件下，高灰熔点潞安煤灰 FT 与复合助熔剂中钢渣质量分数的定量关系可为潞安煤添加钢渣与赤泥复合助熔剂调控煤灰的熔融特性提供参考与依据。

　　3 结论

　　添加钢渣、赤泥以及钢渣与赤泥制备的复合助剂，均能降低潞安煤灰的熔融特征温度。复合助剂添加量为 2%~8% 时，随着钢渣与赤泥混合质量比的增加，高灰熔点潞安煤灰的熔融特征温度呈现 “V” 型变化，且随着添加量增加，煤灰熔融特征温度最低时复合助熔剂中钢渣的含量减小。添加量为 2%、钢渣和赤泥的混合质量比为 9∶1 时，潞安煤灰 FT 最低为 1382℃;添加量为 4%、钢渣和赤泥的混合质量比为 7∶3 时，潞安煤灰 FT 最低为 1330℃;添加量为 6% 和 8%、钢渣和赤泥的混合质量比为 5∶5 和 3∶7 时，潞安煤灰 FT 最低值分别为 1305℃和 1293℃。

　　复合助熔剂添加量为 2%~8% 条件下，钢渣与赤泥对降低潞安煤灰熔融特征温度具有协同作用，而且协同作用与添加量、钢渣与赤泥的混合质量比密切相关。添加量为 2% 与混合质量比为 9∶1、添加量 4% 与混合质量比大于 5∶5、添加量 6% 和 8% 与所有混合比条件下，添加复合助熔剂后潞安煤灰的熔融特征温度均低于单独添加钢渣、赤泥后潞安煤灰的熔融特征温度，此时钢渣与赤泥的复合对降低潞安煤灰熔融特征温度存在协同作用。

　　添加复合助熔剂后高灰熔点潞安煤灰高温下矿物质组成分析表明，添加量为 2%、混合质量比为 9∶1 时，钢渣与赤泥复合降低了煤灰中莫来石和硅线石的含量;添加量为 4%~8%，高温下钠长石与钙长石、方钙石、钙铝黄长石等含钙矿物质发生低温共熔，这是钢渣与赤泥复合对降低潞安煤灰熔融特征温度存在协同作用的根本原因。

　　通过拟合发现钢渣与赤泥复合助熔剂添加量为 2%~8% 时，高灰熔点潞安煤灰的流动温度与复合助熔剂中钢渣的含量呈一元二次的定量关系，可为高灰熔点潞安煤添加不同含量复合助熔剂调控煤灰的熔融特性提供指导与参考。

何 鑫;孔令学;白 进;申 峻;杜安稳;李 文,太原理工大学化学与化工学院;中国科学院山西煤炭化学研究所煤炭;高效低碳利用全国重点实验室;山西浙大新材料与化工研究院;空气产品潞安(长治)有限公司,202501