含硫礦石粒度與自燃氧化性關(guān)系的熱重實(shí)驗分析

2009年第6期能源技術(shù)與管理l19d:l0.3969jisn.1672-9943.200906049含硫礦石粒度與自燃氧化性關(guān)糸的熱重實(shí)驗分析王張輝西安科技大學(xué)能源學(xué)院,陜西西安710054)[摘要]在相同氧濃度下,對不同粒度含硫礦石樣本在不同升溫速率下進(jìn)行熱重試驗,分析了隨著(zhù)礦樣粒度和升溫速率的變化特征溫度點(diǎn)的變化規律,得到粒度與含硫礦石氧化性的關(guān)系,并結合含硫礦石自燃杋理對實(shí)驗結果進(jìn)行了解釋。[關(guān)鍵詞]粒度;礦石自燃;熱重實(shí)驗;特征溫度[中圖分類(lèi)號]TD898[文獻標識碼]A[文章編號]16729943(20090601193方面的研究有了比較多的應用,但在含硫礦石的0引言相關(guān)研究還是比較少的6。本文在熱重分析實(shí)驗含硫礦石自燃是一種典型的本身自燃,定義的基礎上,結合含硫礦石自燃機理,分析含硫如下:含硫礦石在低溫環(huán)境下與空氣中的氧不斷礦石不同粒度和升溫速率對含硫礦石自燃氧化性發(fā)生氧化作用包括物理吸附、化學(xué)吸附和氧化反影響規律應),產(chǎn)生微小熱量,當產(chǎn)生熱量的速度超過(guò)向外界散發(fā)的速度時(shí)硫化礦石將不斷積聚熱量使碗1實(shí)驗儀器及原理化礦石的溫度緩慢而持續的上升,最終達到硫化1.1實(shí)驗儀器礦石自燃的最低溫度,引起硫化礦石的燃燒12。本實(shí)驗采用的儀器為德國耐馳公司生產(chǎn)的目前,熱重分析方法在煤自燃及其氧化特性TG209熱重分析儀,其具體的參數如表1所示。表1TG209熱重分析儀參數表溫度范圍最大承重g靈敏度/μg天平精確度載氣流量加熱速率樣品盤(pán)室溫至750℃±Q1%載氣90ml/mim5-30℃/min鉑坩鍋保護氣體10ml/min最小間隔為001℃min熱重實(shí)驗儀主要由記錄天平、爐體、程序控溫態(tài)。吸引線(xiàn)圈中的電流變化與樣品的重量變化成裝置、記錄儀器和支撐器等幾個(gè)部分組成。記錄天正比,由計算機自動(dòng)采集數據得到TG曲線(xiàn)燃燒平是其中最主要的組成部分,它將測量到的重量失重速率曲線(xiàn)DTG可以通過(guò)對曲線(xiàn)的數學(xué)分析變化用適當的轉換器變成與重量變化成比例的電得到。信號,并可以將得到的連續記錄轉換成其他方式12實(shí)驗原理如原數據的微分、積分、對數或者其他函數等,用熱重法(TG)是在程序控制溫度下,測量物質(zhì)來(lái)進(jìn)行對試驗的多方面的熱分析。爐體是熱重分質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。許多物質(zhì)在加熱過(guò)析儀的主要部分,承載樣品的坩鍋置于支撐架上,程中常伴隨質(zhì)量的變化,這種變化過(guò)程有助于研樣品的重量變化用扭轉式微電天平來(lái)測量,當試究晶體性質(zhì)的變化,如熔化、蒸發(fā)、升華和吸附等樣因分解作用或化學(xué)反應發(fā)生重量變化時(shí),天平物質(zhì)的物理現象;也有助于研究物質(zhì)的脫水解梁發(fā)生偏轉梁中心的紐帶同時(shí)被拉緊,光電檢測離氧化、還原等物質(zhì)的化學(xué)現象。熱重分析通常元件的偏轉輸出變大,導致吸引線(xiàn)圈中電流的改可分為兩類(lèi):非等溫(動(dòng)態(tài)熱重法和等溫熱重(靜變。在天平一端懸掛著(zhù)一根位于吸引線(xiàn)圈中的磁態(tài)法中國煤化工,但考慮到等溫棒,通過(guò)自動(dòng)調節線(xiàn)圈電流使天平梁保持平衡狀法的溫法是從礦樣幾乎NMHx,,皿,樣品在各溫度基金項目:國家“十一五”科技支撐計劃項目(2006BAK0下的重量迕續地被記錄下來(lái),而且相對于等溫法更加節省時(shí)間。因此本實(shí)驗采用了非等溫熱重法。120王張輝含硫礦石粒度與自燃氧化性關(guān)系的熱重實(shí)驗分析2009年第6期樣粒度不同時(shí)的TG和DTG曲線(xiàn),發(fā)現曲線(xiàn)呈現2實(shí)驗條件出較好的規律性。從圖12可以明顯看出隨著(zhù)粒以大冶金銅礦礦樣作為實(shí)驗樣本,在實(shí)驗室度的減小,TG和DTG曲線(xiàn)均有所前移。礦樣的最空氣氛闈中將礦樣粉碎、篩分。在室溫下進(jìn)行充氮大失重速率增大達到燃燼點(diǎn)時(shí)的溫度降低礦石保護,并置于廣口磨沙瓶中備用。氧化著(zhù)火的反應區間縮短,即礦樣發(fā)生氧化自燃樣本粒度:將礦樣分為100目,120目,140過(guò)程的總時(shí)間縮短。也就是說(shuō)礦樣粒度越大,其氧目,160目四種不同的樣品化過(guò)程進(jìn)行地越慢,自燃傾向性越小,自燃著(zhù)火越實(shí)驗環(huán)境:對于每一種粒度范圍內的礦樣,在難。這是由于礦樣的粒度越小,比表而積越大氧樣本室內分別通入含氧濃度為5%,9%,13%,化條件變得更為有利,同時(shí)暴露于空氣中的表面17%,21%的氮氧混合物?；钚越Y構數量增多,相應耗氧速率增大,礦樣的氧升溫速率:采用5℃/min,10℃/min,20℃/min,化反應速度增加氧化又促進(jìn)礦石顆粒的縮小進(jìn)30℃min四種不同的升溫速度。步加快了氧化速度,使得反應時(shí)間縮短?？販胤椒?所有實(shí)驗樣品均在樣本室內靜放32粒度對含硫礦石自燃過(guò)程中特征溫度影響min后,釆用非等溫(動(dòng)態(tài)熱重法來(lái)控制溫度由從圖3可以看出,在實(shí)驗條件一定時(shí)臨界溫25℃升高到750℃,通氣量30-60mL/min。溫升度點(diǎn)溫度T隨著(zhù)粒度的增大而增大這是因為礦過(guò)程使用sr℃控制功能精確控制樣本溫度。樣樣粒度增大后,礦石的表面積相對減小,可吸附3實(shí)驗結果及分析容量較小,能參與礦石的氧化反應的氧氣量減小,反應速度降低,達到臨界溫度所需時(shí)間增長(cháng),即臨通過(guò)對不同粒度的礦樣,在相同氧濃度和升界溫度增大。溫速率下的熱重分析,得到了對應條件下的熱重曲線(xiàn)。圖1、圖2為升溫速率10℃/min,氧濃度9%,粒度不同時(shí)的TG和DTG曲線(xiàn)圖1000080100120140160180133%「1#16010).s圖3不同升溫速率下粒度對T的影響8501o從圖4中可以看出在實(shí)驗條件一定時(shí),干裂[3#-120010.ss溫度T2隨著(zhù)粒度的增大而增大。這是因為隨著(zhù)粒7500(41#14010y度的增大,礦石的比表面積減小,它的吸氧量相對減小,氧化反應速度減小,達到橋鍵、烷基側鏈裂30000400005000060000700.00800.0090000溫度解產(chǎn)生氣態(tài)產(chǎn)物的脫附、逸出速度與礦樣氧化結圖1TG曲線(xiàn)圖合速度成動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的時(shí)間增長(cháng),干裂溫度相對增高。同時(shí)礦樣分子中吸氧性強的活性結構生成較慢,前階段動(dòng)態(tài)平衡被打破的時(shí)間增長(cháng)活性溫0.50度相對增高。而吸氧量的減小,又導致化學(xué)吸附量和化學(xué)反應氣態(tài)產(chǎn)物量的減小,造成兩溫度點(diǎn)的1501:1#160)s礦樣失重量相對減小3#-12010)s1463.004]】#-#!30004000050000600.00700.0080000900.00H中國煤化工L0CNMHG圖2DTG曲線(xiàn)圖10012014016018031粒度對熱重曲線(xiàn)的影響粒度用目經(jīng)過(guò)分析對比升溫速率一定、氧濃度一定、礦圖4不同升溫速率下粒度對72的影響2009年第6期能源技術(shù)與管理從圖5中可以看出實(shí)驗條件一定時(shí),增速溫前移,礦樣的特征溫度相對降低,整個(gè)自燃過(guò)程縮度T隨著(zhù)粒度的變化而變化比較緩慢,該點(diǎn)處的短。表明粒度的減小,加快了含硫礦石的氧化速增重速率卻隨著(zhù)粒度的增大而減小。這是因為礦度在相同的環(huán)境溫度下,礦樣變的更易自燃。樣在達到活性溫度點(diǎn)后,隨著(zhù)溫度的升高及礦樣(2)特征溫度點(diǎn)的溫度隨著(zhù)升溫速率的增大吸附氧氣量的增加,在增速溫度點(diǎn)達到了礦石中而增大,干裂溫度T2、著(zhù)火溫度T4三個(gè)特征溫度大分子斷裂所需的能量和溫度條件,這與礦樣的點(diǎn)處的質(zhì)量比都有所下降臨界溫度T點(diǎn)失重速粒度大小關(guān)系不大。同時(shí)由于粒度的增大減小了率增大、增速溫度點(diǎn)T增重速率增大礦樣中大分子與氧氣接觸的比表面積和相對數(3)在相同實(shí)驗條件下,臨界溫度點(diǎn)溫度T1量,化學(xué)反應速率相對減小,從而造成增重速率隨和干裂溫度T2隨著(zhù)粒度的增大而增大。而增速溫粒度的增大而減小。度T3和著(zhù)火溫度T,雖然也隨粒度的增大而增大,但變化范圍很小,幾乎可以忽略不計。這說(shuō)明在低溫氧化階段,粒度對含硫礦石的氧化特性影20℃響非常明顯,由于粒度的增大,礦樣的整體表面積53630℃減少,不利于礦石的氧化,同時(shí)暴露于空氣中的表面活性結構數量減少,相應耗氧速率減小,礦樣的12040160180粒度用氧化反應速度減慢。到達高溫氧化階段時(shí),前期的圖5不同升溫速率下粒度對T的影響氧化讓礦樣粒度進(jìn)一步減小,氧化速度加快,所以從圖6中可以看出實(shí)驗條件一定時(shí),著(zhù)火溫影響不是很大。度T隨著(zhù)粒度的增大基本保持不變。相對于[參考文獻]500℃以上的著(zhù)火點(diǎn)溫度,它的變化范圍保持在(1李孜軍含硫礦石自燃機理及其預防關(guān)鍵技術(shù)研究5℃以?xún)?。這是因為礦樣前階段參與氧化反應積D]長(cháng)沙中南大學(xué)2007聚的能量和溫度在達到此溫度點(diǎn)時(shí),能使原來(lái)在[2]吳超,孟延讓.高硫礦井內因火災防治理論與技術(shù)低溫下并不參與氧化反應過(guò)程的礦石中大分子結[M.北京:冶金工業(yè)出版社,1995構也開(kāi)始與氧結合進(jìn)行反應,這與能使大分子結[3]李孜軍吳超周勃硫化礦石氧化性的實(shí)驗室綜合評構開(kāi)始反應所需溫度有關(guān),而與粒度大小無(wú)關(guān)故判[J].銅業(yè)工程,2003,①)40-42.而著(zhù)火溫度點(diǎn)基本不變。而隨著(zhù)粒度的增大,礦樣{4鄧國琪東榮三礦媒樣粒度與氧化性關(guān)系的程序升的比表面積相對減小,使得礦體對氧氣的吸附量溫實(shí)驗研究[J.礦業(yè)安全與環(huán)保,20062)[5]王威.利用熱重分析研究煤的氧化反應過(guò)程及特征溫相對減小,礦石的增重也在相對減小度[D].西安:西安科技大學(xué)2005518[6]張燕妮熱重分析在研究煤氧復合過(guò)程中的應用[D]西安:西安科技大學(xué),2005[7]楊娟娟.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的含硫礦石自燃預測技術(shù)研究[D]西安:西安科技大學(xué),2008[8]陸偉,王德明,戴廣龍.煤物理吸附氧的研究[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,20(4)6-10.80100120110160180粒度用[9]吳超,孟廷讓,王坪龍,等.硫化礦石自燃的化學(xué)熱力圖6不同升溫速率下粒度對T的影響學(xué)機理研究(].中南礦冶學(xué)院學(xué)報,1994,25(2:1564結論[作者簡(jiǎn)介]度一定粒度遞減條件下,TGDG曲線(xiàn)均表現出多輝984)男,陜西安人碩上研究生主要從(1)從實(shí)驗結果可以看出,升溫速率和氧濃中國煤化工日期:2009-08-26CNMHG