高温下高岭土吸附K/Na/Pb化合物的机理研究

煤和生物质（包含垃圾）等固体燃料中的碱/重金属物质在燃烧过程中易产生大量亚微米微颗粒物，排入大气对人体健康造成严重危害；同时高温烟气中的碱金属蒸气也极易形成粘污腐蚀，影响电厂的正常运行，因此在这些燃料燃烧时需对烟气中碱/重金属含量进行控制。本文旨在针对高岭土吸附碱金属、重金属化合物的相关机理进行研究，尤其是高岭土同时吸附碱金属、重金属时的反应过程。 本文先在熔点分析仪中观察了高岭土吸附K、Na、Pb化合物过程中随温度升高产物的熔融情况，得到K/kaolin、Na/kaolin、Na/Pb/kaolin系统熔融发生的温度分别在940℃、1000℃、1000℃附近，Na、Pb化合物同时存在时熔融加剧。接着在管式炉中进行了800℃、1000℃、1200℃下高岭土吸附K、Na、Pb化合物的实验，考察了熔融初始阶段和剧烈阶段的微观本质、产物的晶体组成等情况，并对比研究了Na、Pb同时存在时对高岭土吸附反应的影响。结果表明：熔融的样品微观表现为高岭土原样层片状结构的瓦解；熔融初始阶段，Na抑制了高岭土与Pb的反应，而Pb对高岭土吸附Na的影响不明显。 为了探究高岭土吸附K、Na、Pb化合物在亚微米段的反应机理，在沉降炉上进行了熔融初始温度段（<1100℃）的动态吸附实验，通过反应后产物的质量粒径分布分析了K、Na、Pb在各粒径段的富集机理，并通过其浓度随产物粒径的分布规律讨论了其与高岭土的吸附反应控制机理。结果表明，K、Na、Pb以均相成核及凝并方式富集于<1μm的颗粒中，而通过与高岭土颗粒进行气固反应的方式出现在>1μm的颗粒中，另外还有一部分以异相冷凝方式存在于固体颗粒表面。Pb的存在导致Na与高岭土的反应机理在1.48～3.7μm粒径范围内变成外部传质控制机理，而Na的存在使Pb与高岭土的反应机理在1～6μm范围内由传质控制机理变为反应控制机理。 最后为了研究更高温度下高岭土对Na、Pb化合物的再吸附，在沉降炉上又进行了1300℃下的单独和同时吸附的实验。结果表明此时产物熔融激烈，生成了低熔点的非晶体化合物，颗粒外观表现为球形，Na、Pb同时存在时导致熔融进一步强烈，抑制了高岭土与其化合物蒸气的再吸附。并对该温度下吸附反应的控制机理进行了讨论，结果表明Na的存在促进了Pb以均相成核及凝并方式富集于<1μm的颗粒物中，而Pb的存在则使Na通过这种方式富集的量减少。