袁強(qiáng)陽, 潘盧偉*, 陸浩, 郭悅, 戴方欽, 王帥

(1.武漢科技大學(xué)鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430081; 2.高溫材料與爐襯技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心, 武漢 430081; 3.新疆寶明礦業(yè)有限公司, 新疆 吉木薩爾 831700)

現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展離不開能源,能源需求和能源短缺之間的矛盾已經(jīng)制約了中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展,尋求新型能源迫在眉睫。油頁巖作為一種可替代能源極具潛力,儲(chǔ)量大且分布廣泛[1-3],油頁巖的研究開發(fā)和綜合利用是緩解能源危機(jī)的有效措施之一。

油頁巖是一種固體非常規(guī)化石燃料,屬于細(xì)粒沉積巖,內(nèi)部含有大量天然有機(jī)物。目前,油頁巖主要利用方式有兩種:一是利用干餾熱解提煉頁巖油和頁巖氣,可緩解油氣資源供給不足的現(xiàn)狀[4-7];二是直接燃燒油頁巖,可用于發(fā)電,產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益[8-10],燃燒殘留的固體物即為油頁巖的灰分,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般大于40%[11]。油頁巖灰分可應(yīng)用于制造水泥、生產(chǎn)化學(xué)藥品、合成建筑材料以及研制土壤增肥劑等各個(gè)方面,具有較大的市場(chǎng)價(jià)值和廣闊的開發(fā)前景,同時(shí)也是評(píng)價(jià)油頁巖品質(zhì)的重要指標(biāo)。

了解油頁巖的燃燒特性將有助于油頁巖的開發(fā)利用。近年來,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)油頁巖的燃燒行為進(jìn)行了大量研究,主要可分為三個(gè)方向。

第一類關(guān)注燃燒原料,通過調(diào)整摻混燃料或催化物的含量改變油頁巖的燃燒狀況,進(jìn)而優(yōu)化燃料品質(zhì),提高燃燒效率。胡團(tuán)橋[12]通過數(shù)值模擬方法將廢棄生物質(zhì)糠醛渣與油頁巖在大型鍋爐中進(jìn)行初步的混燒研究,結(jié)果表明兩者混燒能解決生物質(zhì)單獨(dú)燃燒灰團(tuán)聚和熔融結(jié)渣等問題,且混合燃燒能提高糠醛渣反應(yīng)活性;且隨著糠醛渣比例越大,爐內(nèi)燃燒溫度越高。王凱[13]分析了油頁巖和頁巖油泥混合燃燒的燃燒特性,實(shí)驗(yàn)表明頁巖油泥的加入改善了油頁巖燃燒特性,隨著頁巖油泥摻入比例的增加,氣體的釋放總量變大,釋放時(shí)間前移,同時(shí)促進(jìn)了燃燒產(chǎn)物的孔隙發(fā)育。Wang等[14]利用沸石催化油頁巖,發(fā)現(xiàn)熱解過程中產(chǎn)物分布及生焦情況與沸石特性有關(guān),優(yōu)化沸石特性和催化熱解條件可以實(shí)現(xiàn)揮發(fā)產(chǎn)物的定向調(diào)控和頁巖油品質(zhì)的改善。

第二類關(guān)注燃燒產(chǎn)物,通過模擬實(shí)驗(yàn),探討不同條件下廢氣廢固的合理處理方式,符合當(dāng)前綠色環(huán)保的主題。傅騰等[15]研究北票油頁巖燃燒過程中SO2隨溫度升高的釋放規(guī)律,應(yīng)用熱重-質(zhì)譜儀對(duì)樣品進(jìn)行燃燒分析,系統(tǒng)完整地提供了北票油頁巖燃燒過程中硫的釋放過程,便于實(shí)際應(yīng)用中控制SO2的排放和處理。Xu等[16]通過煅燒處理油頁巖燃燒精煉后的殘余固體廢物,并利用Ca2+交聯(lián)策略減少了殘余固廢中有機(jī)物含量,減輕對(duì)自然和人類的潛在危害。

第三類關(guān)注燃燒進(jìn)程,通過借助各類儀器,研究油頁巖的燃燒現(xiàn)象和物質(zhì)變化,對(duì)闡述油頁巖燃燒特性和機(jī)理有重要意義。張少?zèng)_等[17]、劉洪鵬等[18]通過熱重實(shí)驗(yàn)和管式爐燃燒實(shí)驗(yàn),研究油頁巖半焦在燃燒過程中含氧官能團(tuán)和孔隙結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)隨著燃燒的不斷深入,羥基區(qū)的振動(dòng)吸收峰漸漸消失,酚、醇、醚、酯的C—O鍵相對(duì)含量呈遞增趨勢(shì),羰基含量呈波動(dòng)變化,孔隙結(jié)構(gòu)多為縫形孔,且以中孔和微孔居多。岳耀奎等[19]對(duì)油頁巖干餾殘?jiān)秃臀勰噙M(jìn)行混燒實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)燃燒進(jìn)程受燃燒條件影響,不同燃燒條件下兩者會(huì)出現(xiàn)相互促進(jìn)或相互抑制的現(xiàn)象,高斯分峰擬合結(jié)果表明混燒過程可分為5個(gè)燃燒子反應(yīng),含油污泥比例增大僅促進(jìn)第1個(gè)和第2個(gè)燃燒平行子反應(yīng),有利于前期和中期的燃燒,并沒有改善后期的燃燒。

盡管很多學(xué)者對(duì)油頁巖的燃燒特性進(jìn)行了研究,但針對(duì)油頁巖燃燒灰分的研究仍有所欠缺,分析燃燒灰分的物理特性,將有助于更全面地闡明油頁巖燃燒特性和機(jī)理。因此現(xiàn)考察油頁巖在不同溫度下燃燒后灰分的物理特征,以新疆吉木薩爾石長溝礦區(qū)油頁巖為研究對(duì)象,借助多種儀器,主要分析灰分的構(gòu)成成分、結(jié)構(gòu)特征及微觀孔隙的演化過程。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

本次實(shí)驗(yàn)以新疆吉木薩爾石長溝礦區(qū)油頁巖為原料,油頁巖樣品按國標(biāo)GB 474—2008進(jìn)行取樣、破碎和篩分[20]。塊狀油頁巖樣品經(jīng)CP-200錘式破碎機(jī)破碎,再用GJ-4A型高效粉碎機(jī)進(jìn)行破碎,用100目篩網(wǎng)過篩后,置于干燥箱中封存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)所用儀器如表1所示。

表1 本次實(shí)驗(yàn)所用儀器

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

本次實(shí)驗(yàn)用加熱爐為箱式馬弗爐,型號(hào)為MITR-1400X-3.4L,具有升溫快,高精度和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)分為4組,取一份(50±0.5) g干燥油頁巖樣品置于坩堝,室溫條件下放入馬弗爐中,設(shè)置升溫速率20 ℃/min,升溫至200 ℃,保溫時(shí)間30 min,待燃燒灰分冷卻至室溫后取出,稱量并保存于干燥箱中備用,標(biāo)記200 ℃燃燒后的油頁巖灰分為200 ℃組;同理,進(jìn)行400、600、800 ℃的燃燒實(shí)驗(yàn),分別標(biāo)記灰分為400 ℃組、600 ℃組及800 ℃組。取(5±0.5) g各組樣品灰分,分別進(jìn)行有機(jī)元素實(shí)驗(yàn)、傅里葉紅外光譜實(shí)驗(yàn)、X射線衍射實(shí)驗(yàn)、掃描電鏡實(shí)驗(yàn)和比表面積測(cè)定實(shí)驗(yàn),用于分析灰分的構(gòu)成成分、結(jié)構(gòu)特征及微觀孔隙的演化過程。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 有機(jī)元素實(shí)驗(yàn)分析

有機(jī)元素實(shí)驗(yàn)主要是利用高溫燃燒法檢測(cè)得到有機(jī)化合物中的各元素含量,本次實(shí)驗(yàn)用有機(jī)元素分析儀型號(hào)為Vario EL cube,測(cè)試模式為CHNS模式和O模式。各組樣品灰分有機(jī)元素含量變化結(jié)果如表2所示。

表2 有機(jī)元素含量表

由表2知,隨著燃燒溫度升高,各有機(jī)元素含量總體呈減少趨勢(shì),油頁巖中N、S含量均少于1%、含量波動(dòng)變化不大;25～200 ℃區(qū)間時(shí),C含量微微下降;200～400 ℃區(qū)間時(shí),C含量由11.00%迅速下降為3.25%,說明有機(jī)質(zhì)在200～400 ℃區(qū)間燃燒劇烈,大量C以氣態(tài)CO2形式逸出;400～800 ℃區(qū)間內(nèi)C逐漸消耗至0;H含量在600 ℃前一直下降,600 ℃后略有增加,而O含量在200 ℃時(shí)略有增加,200 ℃后逐漸下降,說明25～200 ℃區(qū)間自由水大量析出,而200～600 ℃區(qū)間結(jié)構(gòu)水脫離較多。

2.2 傅里葉紅外光譜實(shí)驗(yàn)分析

傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜 (Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)實(shí)驗(yàn)是根據(jù)組成分子的各個(gè)基團(tuán)在紅外吸收區(qū)域特定的光譜峰,來確定樣品中分子結(jié)構(gòu),本次實(shí)驗(yàn)用紅外分析儀型號(hào)為Nicolet 6700,測(cè)得各組樣品灰分的紅外光譜圖如圖1所示,其中光譜峰的歸屬如表3所示[21-22]。

圖1 各組樣品灰分的紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectrum of shale ash in each group

表3 紅外光譜的吸收峰歸屬[21-22]

2.3 X射線衍射實(shí)驗(yàn)分析

X射線衍射實(shí)驗(yàn)主要根據(jù)X射線照射晶體時(shí)產(chǎn)生不同程度的衍射現(xiàn)象,來分析材料結(jié)構(gòu)和成分組成,本次實(shí)驗(yàn)用X射線能譜儀型號(hào)為X-Ray Powder Diffractometer,測(cè)試結(jié)果如圖2及表4所示,發(fā)現(xiàn)油頁巖原樣礦物組成以石英和黏土礦物為主,含量分別為30.31%和32.50%,其次為斜長石和白云石,含量分別為19.57%和16.84%,另外還有少量的黃鐵礦,含量<1.0%。黏土礦物主要成分為伊利石、高嶺石和蒙脫石。本次實(shí)驗(yàn)主要考察油頁巖在各燃燒溫度下灰分的礦物組分變化,黏土礦物含量變化暫不考慮。

圖2 灰分礦物組分變化圖Fig.2 Variation diagram of shale ash mineral composition

表4 灰分礦物組分變化表

對(duì)不同溫度燃燒后的樣品灰分微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行X射線衍射分析,對(duì)照結(jié)果如圖3所示,各溫度階段灰分微觀結(jié)果如圖4所示。

圖3 各組樣品灰分XRD譜圖對(duì)照?qǐng)DFig.3 Comparison of shale ash XRD patterns in each group

圖4 各組樣品灰分成分圖Fig.4 Shale ash composition diagram in each group

本次實(shí)驗(yàn)黏土礦物內(nèi)部含有水分,分為自由水和結(jié)構(gòu)水,溫度在25～400 ℃區(qū)間時(shí),自由水逐步析出,黏土礦物含量減少,升溫至400 ℃時(shí),自由水析出完全;溫度在400～800 ℃區(qū)間時(shí),結(jié)構(gòu)水由于高溫下黏土礦物的內(nèi)部轉(zhuǎn)化而逐步脫離,含量逐漸減少。

白云石在常溫下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,升溫時(shí)白云石中MgCO3分解溫度為650～750 ℃,CaCO3則為750～1 000 ℃[23]。本次實(shí)驗(yàn)油頁巖燃燒時(shí),白云石含量在400 ℃前變化不明顯,一直到燃燒溫度升高至600 ℃后,白云石才開始逐漸分解,800 ℃時(shí)含量幾乎為0,說明白云石分解相對(duì)完全。

黃鐵礦在加熱過程中,會(huì)逐步按照黃鐵礦-磁黃鐵礦-磁鐵礦-赤鐵礦的順序轉(zhuǎn)變[24]。本次燃燒實(shí)驗(yàn)中,黃鐵礦含量較低,在400 ℃后逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦,800 ℃后硫轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)SO2逸出,磁鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦,最終含硫量為0,較為符合脫硫的轉(zhuǎn)化機(jī)理。

2.4 掃描電鏡實(shí)驗(yàn)分析

掃描電鏡是觀察油頁巖孔隙微觀特征的重要方式,可以較為直觀地發(fā)現(xiàn)孔隙微觀形貌變化。本次實(shí)驗(yàn)掃描電鏡型號(hào)為Nova NanoSEM400,不同燃燒溫度下各組樣品灰分放大5 000倍后的電鏡掃描結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5 不同燃燒溫度下樣品灰分的孔隙掃描電鏡圖Fig.5 Pore SEM (scanning electron microscope) images of ash content of samples at different combustion temperatures

從圖5可以看出,常溫25 ℃時(shí),油頁巖樣品結(jié)構(gòu)致密,只能觀察到部分有機(jī)質(zhì)微孔;200 ℃時(shí),有機(jī)質(zhì)微孔數(shù)量增多,部分微孔變大,這是因?yàn)樯郎剡^程中自由水慢慢蒸發(fā)氣化逸出而形成微孔;400 ℃時(shí),有機(jī)質(zhì)孔繼續(xù)變大,并出現(xiàn)微小的裂縫,說明結(jié)構(gòu)水隨著溫度升高開始脫離并逸出,有機(jī)質(zhì)開始燃燒,部分無機(jī)礦物也開始燃燒,從而形成孔隙;600 ℃時(shí),有機(jī)質(zhì)反應(yīng)較完全,殘留有較規(guī)則的圓柱形坑道,孔隙由于高溫坍塌而縮小,只剩下部分細(xì)微有機(jī)質(zhì)孔隙,無機(jī)礦物燃燒產(chǎn)生了較多中孔和部分大孔;800 ℃時(shí),油頁巖樣品燃燒徹底,表面粗糙破碎,裂隙增多,說明此時(shí)有機(jī)質(zhì)已經(jīng)燃燒殆盡,無機(jī)礦物燃燒較劇烈。

從圖6可以看出,油頁巖從常溫25 ℃燃燒至200 ℃時(shí),灰分中無機(jī)物構(gòu)成成分主要為二氧化硅和碳酸鹽,包含部分斜長石和白云石,此時(shí)C元素重量百分比超過50%;400 ℃時(shí),C含量相對(duì)下降,O含量升高至40.67%,說明此時(shí)大量C燃燒成為CO2逸出;600 ℃時(shí),C基本檢測(cè)不到,說明有機(jī)質(zhì)燃燒較徹底;800 ℃后,元素以Si和O為主,無機(jī)物構(gòu)成成分主要為二氧化硅。

2.5 比表面積測(cè)定實(shí)驗(yàn)分析

油頁巖的比表面積包含內(nèi)表面積和外表面積,其孔體積大小和分布規(guī)律是判斷微觀顆粒結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo),本節(jié)通過對(duì)各樣品灰分中的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量表征,研究燃燒溫度升高過程中油頁巖灰分孔隙結(jié)構(gòu)的演變過程。

2.5.1 BET比表面測(cè)試分析

實(shí)驗(yàn)用比表面積測(cè)定儀型號(hào)為ASAP2020,對(duì)不同溫度燃燒后的樣品灰分微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行BET分析,結(jié)果如表5。從表5知,隨著燃燒溫度升高,油頁

表5 不同燃燒溫度下樣品灰分BET比表面測(cè)試結(jié)果Table 5 BET specific surface test results of shale ash content of samples at different combustion temperatures

巖燃燒灰分比表面積和孔隙特性發(fā)生了明顯變化。25～400 ℃區(qū)間,比表面積從1.497 m2/g升至11.392 m2/g,吸脫附平均孔徑減少,說明升溫過程中自由水析出,結(jié)構(gòu)水脫離,兩者的逸出使孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,比表面積急劇增大;400～800 ℃區(qū)間,比表面積反而逐步降低,由11.392 m2/g降為8.006 m2/g,最終降至5.660 m2/g,吸脫附平均孔徑逐步增大,說明高溫下部分無機(jī)礦物開始分解,部分孔隙坍塌,導(dǎo)致比表面積相對(duì)降低。

2.5.2 N2等溫吸脫附等溫線分析

由于孔隙形態(tài)不同,孔隙中氮?dú)獍l(fā)生凝聚和蒸發(fā)所需的相對(duì)壓力不同,導(dǎo)致等溫吸附線的吸、脫附分支分開,形成吸附曲線。根據(jù)吸附曲線可以簡單判斷孔隙結(jié)構(gòu)[25],本次實(shí)驗(yàn)樣品灰分吸附曲線如圖7所示。

圖7 不同溫度下樣品灰分吸附-脫附等溫線Fig.7 Adsorption-desorption isotherms of shale ash at different temperatures

吸附-脫附曲線可簡單分為三個(gè)階段:低壓段(氣體平衡壓p與氣體飽和蒸氣壓p0的比值p/p0為0～0.5,)為單層吸附階段,吸附曲線上升緩慢;中間段(p/p0為0.5～0.8)為單層吸附逐漸過渡到多層吸附的階段,吸附曲線上升逐漸明顯;高壓段(p/p0為0.8～1.0)出現(xiàn)毛細(xì)管凝聚現(xiàn)象,吸附曲線上升迅速,增量明顯,直至接近飽和蒸氣壓,也未出現(xiàn)吸附飽和現(xiàn)象,判斷存在較大的孔隙。參考國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(International Union of Pure and Applied Chemistry,IUPAC)推薦的孔隙吸附回線分類標(biāo)準(zhǔn)[26-27],發(fā)現(xiàn)在升溫過程中,吸附脫附分支線始終保持相對(duì)平行且環(huán)形較窄,無明顯拐點(diǎn),代表樣品中孔隙結(jié)構(gòu)主要為大小均勻、形狀規(guī)則的圓筒形。

2.5.3 孔隙孔徑分布分析

不同燃燒溫度下樣品灰分孔隙孔徑分布如圖8所示。400 ℃時(shí)呈現(xiàn)單峰分布,峰值位于2.23 nm處,孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)單一;600 ℃時(shí)呈現(xiàn)多峰分布,主要集中于2.80、9.59、36.42 nm處,過渡孔峰值向右偏移,出現(xiàn)其他中孔,平均孔徑增大,孔隙連通性提高;800 ℃時(shí)呈現(xiàn)多峰分布,主要集中于2.06 nm和2.80 nm處,超過10 nm的孔隙由于高溫坍塌而減少。

圖8 不同燃燒溫度下樣品灰分孔隙孔徑分布圖Fig.8 Pore size distribution of shale ash at different combustion temperatures

2.5.4 分形維數(shù)分析

分形幾何理論可以有效表征多孔物質(zhì)的孔隙不規(guī)則性和表面粗糙度,近年來被研究者們廣泛應(yīng)用于描述各類孔隙結(jié)構(gòu)的演變及孔隙的表面形態(tài)[28-30]。分形維數(shù)D能夠定量反映孔隙結(jié)構(gòu)的好壞,D1可用于定量描述煤中孔和大孔的表面粗糙度,D2可用于定量描述煤介孔的體積粗糙度。本次實(shí)驗(yàn)分析不同燃燒溫度下油頁巖灰分的孔隙分形特征時(shí),采用FHH分形模型進(jìn)行計(jì)算[31-32],計(jì)算公式為

(1)

式(1)中:V為單層吸附N2的體積,cm3/g;V0為平衡壓力p下吸附N2的體積,cm3/g;p為氣體平衡壓力,kPa;p0為氣體飽和蒸氣壓,kPa;C為氣體吸附常數(shù);D為分形維度;A為與分形維度D有關(guān)的冪指數(shù),A=D-3。

用FHH分形模型擬合的不同燃燒溫度下樣品灰分的N2吸附曲線如圖9所示。

圖9 不同燃燒溫度下樣品灰分的N2吸附曲線的擬合曲線Fig.9 Fitting curves of N2 adsorption curves of sample ash at different combustion temperatures

考慮到不同區(qū)域之間氣體吸附機(jī)理的差異,本次實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)相對(duì)壓力(p/p0為0～0.5)的單層吸附區(qū)和(p/p0為0.5～1)的多層吸附區(qū)進(jìn)行分段擬合,在吸附曲線上做擬合線,兩段擬合直線的擬合度R2均高于0.925,表明擬合度較好,根據(jù)擬合線計(jì)算二段分形維度,并分別定義為D1和D2,D1反映出孔隙表面粗糙度,描述孔結(jié)構(gòu)的表面形態(tài),D2反映出孔隙體積粗糙度,描述孔容的粗糙程度,本次實(shí)驗(yàn)不同燃燒溫度下樣品灰分表面分形維度D1和D2變化曲線如圖10所示。

圖10 不同燃燒溫度下樣品灰分表面分形維度D1和D2變化曲線Fig.10 Variation curve of fractal dimension D1 and D2 of sample ash surface under different combustion temperatures

整個(gè)燃燒過程中,D2始終大于D1,但二者的變化趨勢(shì)基本一致,均隨著燃燒溫度升高而先增后減,峰值在400 ℃,這是因?yàn)?00 ℃之前以微孔為主,由于燃燒作用,大量有機(jī)質(zhì)成為CO2逸出,使孔隙結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,導(dǎo)致孔容體積粗糙度D2增大,而燃燒生成的部分小顆粒會(huì)附著在孔隙表面,使孔隙表面更粗糙,導(dǎo)致孔隙表面粗糙度D1增大;燃燒溫度區(qū)間在400～600 ℃時(shí),由于高溫作用,結(jié)構(gòu)水逐步脫離逸出,無機(jī)物逐步分解,導(dǎo)致部分孔隙坍塌,開始出現(xiàn)中孔和少量大孔,孔隙增大,結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單,表面更光滑,D1和D2均減小;燃燒溫度達(dá)到600 ℃后,結(jié)構(gòu)水脫離逸出較完全,無機(jī)物由于溫度升高反應(yīng)更劇烈,導(dǎo)致大孔坍塌成了中孔,中孔數(shù)目逐漸增多,孔隙表面粗糙度D1和孔容體積粗糙度D2減小的速率相對(duì)變緩。

3 結(jié)論

通過模擬石長溝油頁巖在不同溫度下的燃燒反應(yīng),利用多種實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)其燃燒產(chǎn)物灰分進(jìn)行有機(jī)元素分析、傅里葉紅外光譜分析、X射線衍射分析、掃描電鏡分析和比表面積測(cè)定分析,從微觀角度分析了各個(gè)燃燒階段灰分的構(gòu)成成分、結(jié)構(gòu)特征及微觀孔隙的演化過程,得到了如下結(jié)論。

(1)石長溝油頁巖燃燒灰分中各有機(jī)元素含量會(huì)隨著燃燒溫度升高整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì),其中H元素以氣態(tài)H2O的形式逐步逸出,有機(jī)質(zhì)中C元素以氣態(tài)CO2的形式逐步逸出。

(2)石長溝油頁巖燃燒灰分中有機(jī)質(zhì)主要成分是脂肪族,無機(jī)物主要成分是二氧化硅和碳酸鹽;隨著燃燒溫度升高,脂肪族逐漸燃燒和碳酸鹽開始分解,800 ℃時(shí),有機(jī)質(zhì)已燃燒完全,碳酸鹽反應(yīng)也較徹底。

(3)石長溝油頁巖燃燒過程中,物理狀態(tài)會(huì)逐漸產(chǎn)生變化: 25～200 ℃,自由水由于升溫會(huì)逐漸氣化逸出;200～400 ℃,有機(jī)質(zhì)開始大量燃燒,同時(shí)結(jié)構(gòu)水由于高溫下礦物相互轉(zhuǎn)化作用脫離并逸出;400～600 ℃,無機(jī)礦物碳酸鹽反應(yīng)劇烈,黃鐵礦逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇劈S鐵礦和磁鐵礦;600～800 ℃時(shí),白云石由于高溫迅速分解,碳酸鹽的反應(yīng)進(jìn)入尾聲,黃鐵礦徹底轉(zhuǎn)化為赤鐵礦。

(4)石長溝油頁巖燃燒灰分孔隙以微孔和中孔為主,隨著溫度升高,自由水氣化逸出,有機(jī)質(zhì)燃燒,導(dǎo)致孔隙比表面積增加;溫度繼續(xù)上升,結(jié)構(gòu)水脫離逸出,無機(jī)礦物反應(yīng)劇烈,大孔開始出現(xiàn),部分大孔坍塌,導(dǎo)致孔隙比表面積減小;分形維度D1和D2較同步,均隨著燃燒溫度升高而先增后減,峰值在400 ℃。