煤炭学报

作者：尹希文, 于秋鸽, 甘志超, 浮耀坤, 樊振丽, 纪龙,

关键词：高钙粉煤灰, 矿化反应, 固碳降碱, 防灭火材料, 两级耦合反应装置,

高钙粉煤灰浆pH较高，直接用于煤矿井下防灭火易污染地下水。为研究CO2矿化利用粉煤灰制井下防灭火材料固碳降碱反应特性，选取陕北某煤电一体化企业粉煤灰为样品，通过XRF、XRD分析了粉煤灰组分及物相结构，利用N2和CO2的混合气模拟电厂烟气，开展了CO2矿化利用粉煤灰实验室小试及扩试试验，研究了粉煤灰固碳降碱反应过程中浆液pH变化规律及模拟烟气CO2体积分数、烟气流量、固液比、温度、搅拌方式等关键参数对矿化反应过程的影响，并从粉煤灰固碳降碱浆液特性、矿化反应装置研制等方面提出了井下规模化应用有待攻克的关键技术，研究结果表明：① 粉煤灰原样中富含Ca2+、Mg2+、K+、Al3+等碱金属元素，其中CaO质量分数高达17.8%；② CO2与粉煤灰中含Ca2+、Mg2+等碱性矿物产生矿化反应，反应后CO2以方解石型碳酸钙附着在粉煤灰球形颗粒表面，表明了高钙粉煤灰固碳降碱具有可行性；③ 矿化反应过程中，浆液pH下降呈“慢—快—慢”3个阶段，当粉煤灰浆液pH降至7.0～7.5后，浆液返碱pH不会超过9，满足煤矿井下粉煤灰防灭火材料要求；④ 确定了最优矿化反应参数为CO2体积分数10%～15%、固液比300 g/L、每升浆液的烟气流量1.0 L/min、温度不高于55 ℃；⑤ 综合考虑固碳量、降碱返碱速度以及反应规模等因素，提出了涡流式反应器与旋桨式反应器串并联两级耦合反应系统。

来源：2023年第7期

《煤炭学报》期刊编辑部

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