煤炭学报

作者：何学富, 樊向黎, 由长福, 王海名, 金燕,

关键词：镁质消石灰, 脱硫, 晶体结构, 反应动力学, 密度泛函理论, 增效,

石灰石资源的不可再生性导致优质石灰石逐渐稀缺，开发以低品位镁质石灰石为生产原料的钙基脱硫剂对于高污染行业控制SO2排放具有重要意义。以镁质消石灰为研究对象，利用固定床脱硫试验系统，结合XRD(X-Ray Diffraction)表征技术，探究了镁质消石灰在高温条件下的干法脱硫性能，以及Mg物相对Ca(OH)2晶体结构的影响。采用等效粒子模型，通过反应动力学方法研究了Ca(OH)2晶体结构对脱硫反应表面化学反应阶段和扩散控制阶段的影响作用，明确了制约镁质消石灰脱硫反应的关键步骤。基于密度泛函理论(DFT)，研究了SO2在洁净和Mg掺杂Ca(OH)2表面上的吸附行为和硫化反应，并探究了Ca2+在2种晶格体系中的扩散行为。研究结果表明，Mg2+通过取代Ca2+对消石灰中Ca(OH)2晶体结构产生影响，Ca(OH)2晶体结构是造成镁质消石灰脱硫性能发生改变的主要原因。表面氧原子是Ca(OH)2吸附SO2的活性位点，Mg2+取代Ca2+加强了表面基底对SO2的吸附作用，硫化反应能垒从1.40 eV降至1.11 eV，因此对脱硫反应表面化学反应阶段起促进作用；同时也增强了Ca(OH)2晶体内部Ca2+和OH–的键合作用，Ca2+扩散能垒从0.98 eV增至1.55 eV，不利于晶体内部的离子扩散，因此对扩散控制阶段存在抑制作用。NaOH的掺量为5%时，Ca(OH)2的晶格畸变度达到最大，硫化物容量达到了98.42 mg/g，提高了约42.92%。Na+掺入Ca(OH)2晶格能够削弱Ca—O的键合作用，Ca2+扩散能垒降至1.26 eV，可以促进晶体内部固态离子迁移，显著提高镁质消石灰的脱硫性能。

来源：2025年第10期

《煤炭学报》期刊编辑部

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