煤中典型矿物在高温下演变规律(3)
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【摘要】从表2可以看出,当模拟温度在1 000 ℃时,生成了Hydroxyapatite(羟基磷灰石,Ca5(PO4)3OH),随着温度升高,羟基磷灰石逐渐减少,温度超过1 455 ℃时消失。FeS(硫
从表2可以看出,当模拟温度在1 000 ℃时,生成了Hydroxyapatite(羟基磷灰石,Ca5(PO4)3OH),随着温度升高,羟基磷灰石逐渐减少,温度超过1 455 ℃时消失。FeS(硫化亚铁)的温度范围较小,仅在1 000~1 049 ℃内存在,随后其参与到其他矿物或熔渣的转化过程中。由于系统中存在可提供铁元素的矿物,因此推断该系统中1 000~1 106 ℃时出现的Spinel(尖晶石)为铁尖晶石(FeAl2O4)。1 000 ℃时,生成了0.85 mol的Ca2SiO4(原硅酸钙),其在1 043 ℃时完全分解。1 000~1 209 ℃时,生成了少量的Ca7P2Si2O16(硅酸钙磷酸盐),1 200~1 350 ℃时,生成了另一种硅酸钙磷酸盐(Ca5P2SiO12)。系统温度超过1 350 ℃后,生成了C2S-C3P(硅酸二钙-磷酸氢钙氧化物,2CaO·SiO2-Ca3P2O8),其熔点较高,1 600 ℃时系统中仍有2.87 mol存在。随着温度升高,矿物互相作用生成不定型态的熔渣,同时部分矿物分解产生气体。整个系统表现为在升温过程中,系统中熔渣和气体的量逐渐增加。综上,由黄铁矿、磷灰石、方解石、菱铁矿、石膏、石英所组成的系统,在1 000~1 600 ℃的升温过程中生成了羟基磷灰石、硫化亚铁、铁尖晶石、原硅酸钙、硅酸钙磷酸盐、硅酸二钙-磷酸氢钙氧化物等矿物或物质;1 600 ℃时,除生成了2.87 mol的硅酸二钙-磷酸氢钙氧化物外,其余矿物均分解产生气体并进入熔渣中。
表2 不同温度下第2组样品的主要产物Table 2 Main products of the second group samples at different temperaturesTemperature/℃Main mineral content/molHydroxyapatiteFeSSpinelCa2SiO4Ca7P2Si2O16Ca5P2SiO12C2S-C3PSlagcontent/molGascontent/mol1 —— —— —0.50—— 1001.67—0.02—0.50—— 1061.67—0—0.50—— 2001.40———0.090.82— 2091.34———00.99— 3001.34————0.99— 3500.99———— 4000.61————— 4550————— 500—————— 600——————
3.3第3组
第3组模拟系统由高岭石、伊利石、黄铁矿、磷灰石、方解石、菱铁矿、石膏、石英各1 mol组成。第3组样品参与模拟计算的矿物为第1组与第2组样品之和,模拟计算结果较为复杂,与其他2组样品异同之处较多,结果见表3。
从表3可以看出,1 000~1 282 ℃时出现了Feld-spar(长石)。高岭石的分解产物Al2O3·2SiO2可以与石膏、方解石的分解产物CaO在高温环境下反应生成钙长石(CaO·Al2O3·2SiO2)以及钙铝黄长石(2CaO·Al2O3·SiO2)。长石类矿物熔点较低,温度较高时熔融进入熔渣中。1 266~1 420 ℃时出现了Ca3P2O8(磷酸氢钙氧化物);1 420~1 488 ℃时出现了C2S-C3P,1 420 ℃左右磷酸氢钙氧化物可能与硅酸二钙之间发生反应并由化学键相互连接。第2组中,C2S-C3P在1 600 ℃时仍稳定存在,但在第3组系统中,C2S-C3P在1 448 ℃时消失,系统中存在的低熔点化合物可能与该物质形成低温共熔物进入熔渣中。
表3 不同温度下第3组样品的主要产物Table 3 Main products of the third group samples at different temperaturesTemperature/℃Main mineralcontent/molFeldsparHydroxyapatiteSpinelFeSLeuciteMeliliteCa3P2O8C2S-C3PSlag content/molGas content/mol1 ——06.651 —— —0.730—— —0.40——— —0——— ——— .13———— 285—0———— 300—————— 400—————— 420—————— 448——————— 500———————— 600————————
第3组与第1组均产生的矿物为白榴石、莫来石。与第1组相比,第3组中的白榴石存在温度范围为1 000~1 231 ℃,白榴石出现温度和消失温度均较低。1 000~1 118 ℃时出现了0.07 mol左右的莫来石,与第1组相比,莫来石的量较少,且存在温度区间较窄。这是由于系统中存在较多可与高岭石、伊利石反应的化合物,阻碍了莫来石的生成,同时系统中存在的低熔点化合物可能与莫来石形成低温共熔物进入熔渣,使莫来石在较低温度下消失。
第3组与第2组均产生的矿物为羟基磷灰石、尖晶石、硫化亚铁。出现羟基磷灰石的温度在1 000~1 285 ℃,温度范围小于第2组出现羟基磷灰石的温度范围。黄铁矿和菱铁矿分解过程中均可提供Fe元素,据此推断1 000~1 266 ℃出现的尖晶石与第2组中一致,均为铁尖晶石,但其存在的温度范围略大。硫化亚铁直至1 100 ℃后才分解消失,其存在温度范围也略大于第2组。
综上,由高岭石、伊利石、黄铁矿、磷灰石、方解石、菱铁矿、石膏、石英所组成的系统在1 000~1 600 ℃生成了长石、羟基磷灰石、尖晶石、硫化亚铁、白榴石、莫来石、磷酸氢钙氧化物、硅酸二钙-磷酸氢钙氧化物等。由于升温过程中产生了低熔点化合物,可能与高熔点物质(莫来石等)反应生成低温共熔物,使系统中的固体物质在温度超过1 448 ℃后全部进入熔渣或分解产生为气体。
文章来源:《矿物学报》 网址: http://www.kwxbzz.cn/qikandaodu/2020/1111/376.html