煤矸石钠化焙烧反应机理与过程调控研究

摘要

【目的】为提升煤矸石中有价金属的回收效率，以山西朔州煤矸石为对象，采用Na₂CO₃为焙烧剂，在200～900℃范围内系统研究其钠化焙烧反应机理及过程调控。【方法】利用SEM、FTIR、XRD、XPS和TG-DSC等手段分析了焙烧过程中煤矸石的微观结构演化和物相转化特征。【结果】结果表明，800℃为最优焙烧温度，此时煤矸石由致密层状结构转变为多孔无定形态，生成结晶良好的霞石（NaAlSiO₄），铝配位由[AlO₆]向[AlO₄]转变，显著增强反应活性。动力学结果显示，热分解符合Kissinger模型，主反应阶段的表观活化能为52.91 kJ·mol^-1。热力学计算表明，反应SiO₂+NaAlO₂→NaAlSiO₄在全温区均具有自发性，800℃时体系吉布斯自由能趋于一致，实验与模拟结果一致。本研究揭示了煤矸石钠化焙烧的结构演化与热力学机制，为高铝固废的高值化利用提供理论依据。

关键词

煤矸石 / 钠化焙烧 / 动力学 / 热力学模拟 / FactSage