硅酸盐熔体结构对煤灰黏温特性调控研究进展

赵超越，李风海，马名杰

(1.河南理工大学 化学化工学院，河南 焦作 454000；2.菏泽学院 化学化工学院，山东 菏泽 274000)

气流床气化因技术性能优良、煤种适应性广及煤炭转化率高而被广泛应用[1]，但我国大多数煤(高熔点煤占57%，低熔点煤约占1/3)的灰熔融黏温特性不适合液态排渣要求。高熔点煤会造成“结渣和堵渣”，低熔点煤由于不能形成合适的挂渣保护层，易造成炉体损伤[2-3]。调控煤灰熔融黏温特性的主要方法有配煤[4-5]、生物质[6-8]和添加剂[9-10]。煤灰的组成决定了煤灰黏温特性，二氧化硅是煤灰的主要成分，煤灰在高温时会形成硅酸盐熔体[11-12]，煤灰黏温特性是煤灰硅酸盐熔体结构及其晶体析出的外在表现。因此，探索煤灰的硅酸盐熔体结构，并通过硅酸盐熔体结构对煤灰黏温特性调控的研究得到了广泛的关注。煤灰硅酸盐熔体结构及其调控的研究对煤的高效洁净转化意义重大。

1 硅酸盐熔体

1.1 硅酸盐熔体的结构

在硅酸盐中，硅氧四面体是由网络形成子——硅和氧通过共价键连接的阴离子基元，然后阳离子与硅氧四面体通过离子键相连接[13]。硅酸盐熔体的基本结构单元是[SiO4]四面体和[AlO4]四面体[14]。Si4+属于高电荷，半径小，可以形成很强的硅氧四面体。[SiO4]四面体与共同氧连接发生聚合作用形成结构基团，硅酸盐熔体结构多样化的主要原因是聚合作用的差异，温度降低，聚合作用增强，而黏度主要与硅酸盐熔体[SiO4]的聚合程度有关[15]。早期描述硅酸盐熔体结构的方法主要有：离子堆积法、原子密堆积方法、球棍模型、阴离子多面体模型和立体平面作图法，后来研究发现了另一种硅酸盐结构——阳离子-氧多面体模型。……