高固气比型预热预分解系统高温固硫物相及其形成机理研究

西安建筑科技大学

研究生学位论文选题报告

学号0905240802

研究生

姓名杨康

学院材料学院

学科专业材料学

攻读学位工学硕士

导师姓名徐德龙院士

嵇鹰副教授

2010年12月16日

一、课题名称：

高固气比型预热预分解系统高温固硫物相及其形成机理研究

国家级科研项目省（部）级科研项目横向课题自选课题

二、课题研究的目的意义（包括在我国应用的前景）、国内外研究现状及水平。1．课题研究的目的意义

一直以来，水泥工业都被看作是资源、能源消耗高，污染严重的产业。但由于水泥工业本身独特的原料系统和生产工艺流程，又使其具有明显的废物利用的先天优势和节能减排的巨大潜力。要使得这些潜力得以充分的发挥，从而实现生态水泥、循环经济和“四零一负”[1]的发展战略，采用先进的生产理论和工艺技术就显得尤为重要。

徐德龙院士提出的高固气比悬浮预热预分解技术[2]（以下简称高固气比系统）理论在节能减排方面效果明显。本课题组张红波从固硫效率影响因素方面及系统中硫循环方面对高固气比系统二氧化硫减排特性进行了研究。其研究结果表明：高固气比系统的入窑热物料和熟料含硫量比普通型的高50%以上，特别是有害气体SO2的排放降低了80%[3]。本课题组周蕊进一步对高固气比系统的固硫效果及硫对熟料显微结构的影响机理进行了探讨，并通过分析不同含硫量水泥熟料水化产物和水化热，研究了硫对水泥熟料水化产物及水化性能的影响[4]。

但以上的研究都未对高固气比系统高温固硫物相及其形成的机理进行深入系统的探讨。因此本论文准备在这方面做更深入一步的工作，一来为了完善高固气比系统SO2减排效应理论。二来为高固气比系统利用高硫煤作燃料提供一定的理论依据。

2．国内外研究现状及水平

2.1 对水泥生料自固硫行为及固硫效果的研究

水泥工业的SO2排放主要由燃煤中硫化物和原料中的含硫物在一定温度下分解氧化而产生。但由于水泥生料以石灰石为主要原料，而石灰石（包括其分解的氧化钙）是目前脱硫技术的主要脱硫剂，因此水泥工业的脱硫具有其先天的优

势，在煅烧过程中产生的二氧化硫在同一过程中就被生料粉吸收而以硫酸钙（CaSO4）、硫酸盐（RSO4)的形式固定在水泥熟料中。

谢峻林，邱小波等[5]通过实验研究发现：水泥生料自身有一定的固硫能力，且比单纯的CaCO3的固硫效果要好。水泥生料中有一定量的CaCO3、SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO等，应是很好的复合脱硫剂。在水泥预热预分解技术固硫过程中，一方面因生成硫酸盐使硫固定到热生料中；另一方面，在一定温度下硫酸盐又会发生分解使固硫效率降低，所以固硫过程实际上是硫酸盐的生成速率和分解速率之间相互竞争的过程。因此在水泥工业中，原燃料的硫要稳固留在水泥熟料里，悬浮预热预分解系统中形成一定量的硫酸盐物质也非常关键。

嵇鹰，张红波等[6]采用自配制的模拟烟气和工业现场选用的水泥生料，在悬浮电阻炉内进行固硫试验，研究了固气比、烟气流速、温度等对水泥生料固硫反应的影响，发现：固硫效率随固气比的增加而增加，呈非线性上升的趋势；在固气比一定的条件下，水泥生料的固硫效率随着温度的增加而增加，但在不同的温度段增加的幅度却大不相同；并对水泥生料固硫效率进行了正交试验，在试验条件范围内发现，温度和固气比对水泥生料的固硫效率影响最为显著。

谢峻林，赵改菊等[7]通过设计水泥生料的燃烧固硫试验，对水泥生料的固硫行为进行了研究，试验发现：水泥生料具有很好的固硫效果，1300℃时固硫效率仍在86%以上。可能是由于水泥生料中富含的SiO2、Al2O3与燃煤固硫过程中生成的部分CaO、CaSO4在高温下生成了耐高温的复合矿物Ca5（SiO4）2SO4、

3CaO·3Al2O3·CaSO4，使固硫矿物不再以高温稳定性差的活性CaSO4形式存在；另一方面，硅酸盐化合物中固溶的SO3使其在高温下很容易产生强烈的熔融，与以玻璃态铁氧化物为主的耐热物相一起将固硫产物的表面包裹，抑制其高温分解，使得SO x的析出量减少，但也没有得到确切的证明。

有关资料研究表明，钙基固硫后的产物（主要是CaSO4）在高温下可以再与Si、Al的氧化物反应生成耐高温的复合矿物。谢峻林，赵改菊等[8]的研究表明，水泥生料在850℃～1350℃时有较高的固硫率，对不同煤种均存在一个最佳的固硫范围；复合矿物Ca5（SiO4）2SO4、3CaO·3Al2O3·CaSO4的形成及高温下硅酸盐矿物与铁相物质对CaSO4物相的包裹，决定了水泥生料在较宽温度范围内具有较好的固硫效果，但Ca5（SiO4）2SO4和3CaO·3Al2O3·CaSO4等复合矿物

在1300℃以上温度又会分解，使水泥生料的固硫效率下降。所以，高温段固硫物相的热稳定性是影响水泥生料固硫效率的决定因素。为进一步探索高温稳定的固硫产物的存在形式，国内外已经有部分学者开展了相关研究。

2.2 有关高温稳定物硫铝酸盐的研究

大量研究资料表明，高温固硫产物主要是硫铝酸钙。硫铝酸盐是以

3CaO·3Al2O3·CaSO4为主的三元化合物，在水泥窑中该物质950～1200℃左右开始生成，在1250～1350℃温度范围内可烧成，1350℃生成数量较多，预计熔点大约为1590℃或1600℃。

1986 年Teoreau I 等[9]首次对CaO-CaO·Al 2O3-Mx ( SO4) y 系统中3CaO·3Al2O3·Mx ( SO4) y y 型系列矿物( M = Mg2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、Fe2+ 、Fe3+、Al 3+ ) 及其相容性进行了详细研究, 并合成了3CaO·3Al2O3·BaSO4和3CaO·3Al2O3·SrSO4 ,抗压强度结果表明, 两者的胶凝性明显优于3CaO·3Al

O3·CaSO4。其后冯修吉等人[10-11]又在这方面做了大量的工作, 结果表明2

3CaO·3Al 2O3·BaSO4和3CaO·3Al2O3·SrSO4是性能优异的胶凝矿物。对这2 种水泥矿物的理论研究, 许多学者开展了单矿物3CaO ·3Al2O3·BaSO4和3CaO ·3Al2O3·SrSO4的性质、煅烧条件、高温稳定性等方面的研究工作。

傅勇等[12]对型煤燃烧固硫时的耐热物相进行了研究，将CaO、Al2O3、CaSO4样品按3:3:1的比例均匀混合，在逐渐升温至1350℃以及在1350℃恒温加热实验中，发现浓度排放均下降明显，同时对1350℃恒温下不同加热时间对产物的含硫率的影响进行了研究，发现在1～7h之内产物的含硫率从5%降至1.95%，说明随着加热时间的延长，固硫率逐渐下降，经XRD分析，物相中主要矿物组成是3CaO·3Al2O3·CaSO4。

Fukuda[13]实验研究将铝氧石、方解石和石膏混合在水泥窑内煅烧时，其中Al2O3/SO3摩尔比分别为8.2、6.0、3.5、2.0，在1350℃恒温加热30min，结果发现3CaO·3Al2O3·CaSO4量最高可达56.49%，并发现Al2O3/SO3＜3时，复合物的量等于Al2O3的量，Al2O3/SO3＞3时，复合物的量则等于CaSO4的量。

P.Arjunan等[14]研究了用低钙飞灰、结渣和其他工业副产品生成贝利特硫铝酸盐水泥的规律，将粉尘、飞灰、和结渣按比例配成5种混合物在1250℃下煅烧30min后，经XRD分析，发现只有一种混合物含有大量3CaO·3Al2O3·CaSO4，

将该种物质置于1175℃下煅烧30～60min，发现恒温时间越长，

3CaO·3Al2O3·CaSO4形成越多。

李德栋等[15]对在不同烧成温度下的硫铝酸盐的形成进行了研究，实验将按一定比例配制好的生料放入硅碳管炉中煅烧，烧成温度分别取1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃，达到烧成温度后保温一小时，结果表明SO3含量随煅烧温度升高而减小，1200℃时3CaO·3Al2O3·CaSO4矿物含量为50%，到1350℃增长到70%，此时3CaO·3Al2O3·CaSO4的生成量最大，随着温度进一步升高，其生成量减小。在1150℃～1450℃温度范围内都有3CaO·3Al2O3·CaSO4生成，而1350℃是合成3CaO·3Al2O3·CaSO4的最佳煅烧温度。

Arjunan、李德栋、刘豪、周俊虎、宋延寿等[14-17]通过对无水硫铝酸钙的形成过程及影响因素的研究指出：高温耐热物相硫铝酸钙的形成机理比较复杂，可证实的是该物相在一定条件下会产生，且在1400℃以下不易分解，一些添加剂会促进硫铝酸钙的生成，仅有肖佩林等针对燃料燃烧的研究时发现SrCO3能促进稳定矿物相3CaO·3Al2O3·CaSO4的生成。因此如何在燃烧工况下促使

3CaO·3Al2O3·CaSO4大量生成还有待深入研究。

Halstead P E 等[18]人认为, 3CaO·3Al2O3·CaSO4矿物具有立方亚晶胞, 晶胞参数a0= 0. 919 5 nm, 属等轴晶系, 折射率n0= 1. 57, X 射线衍射( XRD) 特征d 值为0. 376、0. 265 与0. 216nm。张坯兴等[19]人进行了大量研究后认为, 3CaO·3Al2O3·CaSO4 四方晶系, 晶胞参数a0= b0= 1.303nm，c0= 0. 916 nm，α=β= 90°,密度为2. 61 g/ cm3 ,X 射线衍射特征d 值为0. 376、0. 265 与0. 217 nm。

3CaO·3Al2O3·CaSO4分子量为610, 摩尔体积为235 cm3/ mol, 理论计算的化学成分( 质量分数) ：Al2O3为50. 12% ，CaO 为36. 76%，SO3为13.12%。

在有关文献中, 研究者制备纯矿物的煅烧条件、获得样品的矿相组成不尽相同。张文生等[20-21]人的研究结果表明: 在温度低于1 350 ℃的条件下, 矿物3CaO·3Al 2O3·BaSO4晶相结构稳定, 而温度高于1 360 ℃时, 3CaO ·3Al2O3·BaSO4发生分解并形成新的晶相BaO ·Al2O3。赵三银等[22]人却认为: 在1 500 ℃以下矿物3CaO ·3Al2O3·BaSO4并不存在分解反应, 而在1 450～1 500 ℃之间则存在熔融现象。龙世宗等[23]人又认为硫铝酸钡钙在900 ℃开始形成, 1 000 ℃形成加速, 大于1 300 ℃开始缓慢分解为BaO·Al2O3 ,

C12A7 , SO2等, 但在1 500 ℃仍然可存在, 硫铝酸钡钙水泥的烧成温度是1 300～1400 ℃。CaO 可取代BaO, Fe2O3可取代其中的Al2O3, 取代极限为0. 6 A l2O3。

也有研究者尝试使用氧化钙生成新型固硫产物来提高固硫效率。Rowena J.等[24]的研究表明硫化钙是高温稳定矿物，以它为固硫产物时，在温度高于1500℃、空气量为20%的条件下，仍有90%以上的固硫效率，所以可以考虑硫化钙做固硫产物。吕欣根据此思路用铁硅添加剂做试验，结果表明钙基固硫剂最终产物是硫化钙时，在1300℃有77%的固硫率。

固硫效率的高低，关键取决于固硫产物的矿相存在形式及其含量大小，如果固硫物相高温稳定性好，固硫效率高。硫铝酸盐物相在较高温度下不分解，且具有较好的胶凝性能，如果此类物相大量生成，将不仅大大提高高温燃烧固硫效率，而且可以使水泥性能得到改善。

以上的探索仅针对硫铝酸盐矿物，而且这些研究结果也主要是在进行助溶剂或矿化剂对阿利特-硫铝酸盐水泥性能的影响和对脱硫助剂进行研究时发现的，由于在水泥实际生产过程中，含硫矿物仅占熟料的一小部分，采用XRD检测，由于峰重叠、杂质和各相之间的反应导致结果有较大偏差，另外一些含硫矿物可能存在于硅酸盐矿物的晶体中，也可能以非晶体形式存在，这些都是XRD所不能检测到的。所以针对水泥熟料中含硫矿物的存在形式系统深入的研究很少有报导。

2.3 水泥生料固硫机理的研究

在固硫过程中，一方面因生成硫酸盐使硫固定在熟料矿物中，另一方面，在一定温度下硫酸盐又会发生分解使固硫效率降低，所以固硫过程实际上就是硫酸盐的生成和分解速率之间相互竞争的过程。

低温段：

CaO固硫反应的机理研究一直是高温钙基固硫的难点，最近研究[25]认为CaO 固硫反应分为两个阶段：前期为表面化学反应阶段，后期为产物层扩散控制阶段。前期反应生成的CaSO4不仅堵塞了了CaO 颗粒之间的微孔,也逐渐包覆了CaO 颗粒,致使后阶段固硫反应转化率明显降低。传统上认为是SO2和O2通过CaSO4产物层向内扩散与CaO 进行反应,依此机理提出了核收缩模型和等效粒子模型。

新的研究结果认为,固硫反应后期的产物层扩散控制阶段,主要发生的反应是Ca2 +通过产物层CaSO4扩散至表面与SO2和O2进行反应,而与传统的机理不同。

一般认为,钙基固硫是用石灰石(主要成分是CaO) 作为原料进行(A) 式化学反应。

CaO(s) + SO2 (g) + (1/2)O2 (g) = CaSO4 (s) (A)

传统的研究结果认为：CaO 固硫的整个过程分为两个阶段:

(1) 表面化学反应阶段:：SO2 + O2在CaO 颗粒表面进行反应,生成CaSO4产物层；

(2) 产物层扩散控制阶段：随着CaSO4产物层的增厚,SO2通过CaSO4产物层,扩散到内部CaO 表面，继续进行脱硫反应，生成CaSO4 。

(A) 式化学反应是一个固相体积增大的过程，CaSO4的摩尔体积约为CaO 的3 倍左右，因此随着反应的进行，不仅生成的CaSO4覆盖在CaO 表面，阻断SO2 气体向CaO 扩散的通道；而且由于生成的CaSO4体积膨胀，填满CaO 内的孔隙，阻碍扩散反应。因此产物层扩散控制阶段是固硫反应进行彻底程度的关键。据文献报道，过程(1) 反应很快，因此，过程(2) 扩散控制阶段是CaO 脱硫反应的决定步骤。故研究过程(2) 的具体反应机理，对于进一步研究提高CaO 的固硫率显得尤为重要。

最初提出的是未反应核收缩模型，因固硫反应的进行，未反应的CaO 颗粒不断缩小而被反应物包裹在中心而得名，认为SO2和O2通过产物层向里扩散，在未反应CaO 核表面进行化学反应。后来，在动力学计算中，后阶段的反应与前阶段的反应明显不成直线，研究者在未反应核收缩模型基础上提出了不同的改良核收缩模型，最后发展为等效粒子模型。等效粒子模型认为，应将反应明显分为两个阶段来分别模拟，这样才比较符合CaO 固硫过程的实际情况，等效粒子模型不仅在CaO 固硫中，而且在其它氧化物高温固硫中得到了较好的模拟效果。

前面模型的研究成果,都是建立在气体扩散机理的假设上。但是,一系列的研究结果[26]表明：用等效粒子模型在拟合CaO 及其添加剂的动力学反应时，发现与表面化学反应阶段的数据吻合较好，在产物层扩散控制阶段,添加剂对扩散系数的影响成数量级增长,这些现象用气体扩散机理几乎无法解释,因此,需要对原有机理作新的思考。有新的研究结果提出:产物层扩散控制阶段的反应,并不是传

统上认为的气体扩散,而是离子通过产物层向外扩散。这种新观点,有利于解释扩散系数成数量级增长。

Ohio 州立大学的Hisa ，Pierre 等[24-28]，在标记实验技术基础上,通过实验发现和结果分析，对产物层扩散控制阶段的反应机制提出了新的观点，认为反应阶段(2) 是颗粒内部的Ca2 + 通过CaSO4产物层向外扩散( 为了保持电中性, O2 - 作相应的扩散) 到达CaSO4-气体界面进行如下的反应:

Ca2 + + O2 - + SO2 (g) + (1/2)O2 (g) = CaSO4 (s) (B)

并用不同的实验技术验证了脱硫反应进行的后阶段即扩散控制阶段主要的反应为(B) 反应,即扩散控制阶段的控制项为Ca2 +向外扩散,而不是传统所说的SO2与O2 通过CaSO4产物层的孔隙向内扩散。当然，整个反应，其中也应该有SO2向内扩散的贡献，但是它在其中贡献太小，几乎可以忽略。

不少研究者[25]发表了在CaO 中添加不同添加剂后,能明显提高CaO 的固硫率的研究成果,也正是对上述固硫反应机理的新认识的支持。因为,由于异种离子的掺杂,有利于造成更多的晶格缺陷,也就有利于Ca2 +的扩散。

Hartman 和Borgwardt[29-32]认为,在CaO 固硫反应过程中,离子扩散起着重要的作用,其作用取决于固体晶格的点、面缺陷及掺杂的异种离子的种类及大小。

宋慧英等[33-36]也提出:在任何一离子型晶体中,存在着Frankel 缺陷和Schotlky 缺陷,即晶格的某些离子进入间隙位，而对应数量的正常晶格位是空着的，或者认为是从理想的晶体中把它们的正常位置移到表面，而留下的阴、阳离子空位数相等。离子扩散速率主要取决于原子晶格中的梯度场，这种梯度场可能由质量浓度，也可能由温度差或电荷产生。

高温段：

高温段固硫效率的高低，关键取决于灰渣中固硫产物的矿相存在形式和多少。如果固硫物相稳定性高，固硫效率就越高。至于水泥高温固硫物相的存在形式，是不是以硫铝酸盐的形式存在还需要进一步的研究和探讨，也是本论文所关注的焦点。

2.4 本课题组的关于高温固硫物相的研究

嵇鹰，张红波，田耀鹏等通过采用水泥工厂的生料，利用悬浮电阻炉对悬浮态水泥生料在中温度下的固硫行为和影响因素展开研究。对不同温度下水泥生料

的固硫产物进行分析后发现：在700℃下，水泥生料硫化后，颗粒中主要物质还是CaCO3，并且还有少量的CaO、CaCO3、CaSO4，并且物质的表面比较密实；在850℃下，物质中含有CaO、CaCO3、CaSO4和少量未分解CaCO3，并且物质表面疏松，说明CaCO3在该温度下大部分已经分解；950℃以后物质表面裂开空隙并很不均匀。

嵇鹰，周蕊等对预热预分解系统中硫的循环和富集机理进行了研究。在预热预分解窑系统内硫循环机理是燃料和生料中的硫在窑头和分解炉内燃烧生成SO2，大部分被碱性氧化物和CaO所吸收，生成硫酸盐。部分硫酸盐在熟料的煅烧过程中，分解释放出SO2，然后又被吸收生成硫酸盐，形成硫循环，未被分解的硫酸盐作为固硫产物被固定在水泥熟料中。

周蕊通过设计水泥熟料固硫实验对烧成熟料进行XRD分析，但未发现含硫物相衍射峰，但是通过对熟料局部点进行能谱分析显示熟料中硫含量较高，并利用SEM分析显示水泥熟料微观结构密实，晶形发育较完全，说明熟料中存在较多的硫，熟料的固硫作用较强，说明适量的硫对水泥熟料烧成有利。

3．选题依据及工作设想

许多学者认为在1150℃～1450℃之间水泥熟料中都有高温固硫产物硫铝酸钙生成，在1350℃硫铝酸钙生成最多，但1350℃以上高温固硫产物硫铝酸钙出现明显分解并减少，那么水泥生料经过1450℃高温煅烧后硫是否以硫铝酸钙形式存在就是一个有待讨论的问题。如果是将会对水泥矿物组成有什么样的影响，如果不是究竟以何种矿物物相形式存在。而且在高固气比预热预分解系统显著的固硫优势下，熟料中硫的存在形式有没有独特性，这些都需要本文做进一步深入细致的研究。

考虑到含硫矿物仅占熟料的一小部分，采用XRD检测，由于峰重叠、杂质和各相之间的反应导致结果有较大偏差，另外一些含硫矿物可能存在于硅酸盐矿物的晶体中，也可能以非晶体形式存在，这些都是XRD所不能检测到的。通过查阅大量文献资料，我们设想可以通过选择性萃取法排除一些相，从而有助于我们对于含硫物相的确定和定量的检测。李伟峰、王京刚等[37]研究了水杨酸-甲醇(SAM)溶液萃取钢渣中硅酸盐相的可行性,分析了钢渣比表面积、溶解时间和水杨酸浓度对萃取硅酸盐相量的影响，利用XRF和XRD分别测定了萃取后残渣的化学

组成和矿物成分，以判别SAM溶液萃取硅酸盐相的效果。结果表明：常温下，5g比表面积为600m2/kg的钢渣，经300mL SAM溶液(水杨酸浓度为0.2g/mL)萃取3h，钢渣中的硅酸盐相可完全溶解,其他矿物不溶或溶解甚微。分析指出，硅酸盐相溶解于SAM溶液的原因是由于水杨酸电离出的配体(HO-C6H4-COO-)与矿物表面阳离子(Ca2+)生成的络合物，通过键极化作用削弱Si-O键的稳定性,从而降低了硅酸盐溶解活化能。

所以本论文对水泥各种高温固硫物的研究考虑使用X荧光光谱仪（XRF）、XRD、SEM以及选择性萃取法相结合来进行。

三、课题研究的主要内容，方案和准备采用的措施。

1．试验研究的主要内容：

（1）选用合适的水泥原料，通过设计相同的配料方案，实验室条件下煅烧不同的温度，对煅烧试样进行化学成分分析并研究各温度下高温固硫物相的存在形式。

（2）选用合适的有机酸溶液对相同配料方案不同煅烧温度下的试样进行选择性萃取，提取萃取后的残渣，并对其进行化学成分分析和矿物相分析。

（3）然后对比研究未经萃取和萃取后的分析结果。

（4）结合以上的研究结果，分析水泥生料在煅烧过程中高温固硫物相的形成机理。

（5）去高固气比悬浮预热预分解系统水泥生产工业现场，分析悬浮预热热分解系统各级烟气SO2含量，采集下料管以及出窑熟料，经实验室选择性萃取后研究其高固气比系统生产条件下高温固硫物相存在的独特性。

2．实验研究方案和准备采取的措施

2.1 研究方法

（1）通过查阅大量相关资料，借鉴燃烧脱硫技术对高温固硫物相的研究成果；总结有关硫铝酸盐水泥物相研究的成熟经验；跟踪学术前沿，把握水泥固硫最新研究动态，对文献综述进行总结归纳，提炼课题思路。

（2）设计合适的配料方案，参考国家标准《水泥生料易烧性试验方法》制作煅烧试体，实验室条件下烧成不同温度，并破碎研磨至实验所需细度。

（3）选用合适的有机酸溶液（KOH-蔗糖水溶液[38]、水杨酸-甲醇溶液SAM[39]、醋酸水溶液[40]）对部分试样进行选择性萃取，提取萃取后残渣。

（4）利用XRF，化学成分分析、XRD，SEM等化学物理手段分别对未经萃取的试样和经萃取后的渣样进分析，对比研究二者分析结果。

（5）去高固气比悬浮预热预分解系统水泥生产工业现场，分析悬浮预热热分解系统各级烟气SO2含量，采集下料管以及出窑熟料，经实验室选择性萃取后研究其高固气比系统生产条件下高温固硫物相存在的独特性。

2.2 技术路线

实验室 工业现场

3．本论文实验的创新点

① 通常，含硫矿物仅占熟料的一小部分，采用XRD 检测，由于峰重叠、杂质和各相之间的反应导致结果有较大偏差，另外一些含硫矿物可能存在于硅酸盐矿物的晶体中，也可能以非晶体形式存在，这些都是XRD 所不能检测到的。但是我们可以借助化学方法排除一些相，从而有助于我们对于含硫物相的确定和定量的检测。本试验首先创造性的使用化学成分分析、XRD 、SEM 以及选择性萃取法相结合来进行。

② 在技术路线上，我们采用实验室研究和工业现场检测分析研究两条路线相结合的方法，在实验室分析得出高温固硫物相基本存在形式的一般规律后，深入高固气比预热预分解系统工业现场，对其高温固硫物相的特点进行研究。用一般规律指导特殊规律，用特殊规律检验一般规律。

水泥生料、粘土、氧化钙

制样、煅烧、研磨

石膏

高温固硫物相微观结构分析、物相分析、化学成分分析（SEM 、XRD 、XRF) 有机酸选择性萃取掉硅酸盐相 各级预热器烟气分析

采集各级下料管物及出窑熟料 高固气比型预热高固气比型预热预分解系统高温固硫物相及其形成机理

四、已进行的课题研究工作基础和已具备的科学研究条件（包括在哪个实验室进行试验，主要的仪器设备），对其他单位的协作要求。

1．工作基础

前期已经查阅相关资料，了解国内外的研究情况、研究水平及进展，并对课题的研究已经有一定理解，根据参阅的资料制定了实验方案，为课题下一步的进行奠定了基础。

2．已具备的科学研究条件

需要的仪器设备：磁力电动搅拌机、压力机、干燥箱、马弗炉、X荧光光谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜

3．对其他单位的协作要求

需要粉体所实验室或有条件的校外实验室进行实验结果的检测。

五、研究阶段的进度（起讫日期）和要求，以及预期结果。

1．研究阶段的进度和要求

通过收集和阅读相关文献资料，分析、研究、借鉴国内外的研究成果与经验。突破专业局限，充分利用相关学科的研究方法与成果。通过广泛深入的实验研究，获得课题研究的数据和资料。

第一阶段(2010.9～2010.12) 前期文献检索，对相关知识进行学习研究，拟出可行性的实验方案。

第二阶段(2010.12～2011.4) 论证实验方案，进行初期探索实验研究。

第三阶段(2011.4～2011.5) 总结前期的实验经验与结果，确立完善实验研究体系，对整个实验过程有完整清晰的认识，准备下一步实验工作。

第四阶段(2011.5～2011.7) 中期实验研究。

第五阶段(2011.9～2011.11) 总结分析中期实验，改进实验方案及实验方法，进行后期实验研究；

第六阶段(2011.12～2012.3) 整理处理资料和数据，起草论文，完成论文初稿；

第七阶段(2012.3～2012.5) 完成论文。

2．预期研究成果

（1）完成硕士毕业论文；

（2）公开发表学术论文2-3篇。

六、所需经费预算（按研究阶段分别列出材料费、化验检测费、加工费、差旅费及其他费用）。

第一阶段：0元；

第二阶段：材料费1000元，化验检测费2000元；

第三阶段：材料费500元；

第四阶段：材料费500元，化验检测费3000元；

第五阶段：材料费1000元，化验检测费3000元；

第六阶段：资料打印费200元。

共计11200元。

七、指导、辅导及试验人员名单。

指导教师：徐德龙、嵇鹰、范海宏、侯新凯、吴华夏

试验人员：杨康

八、参考文献（博士生参考文献总数不少于80篇，其中必须有1/3以上的外文文献。硕士生参考文献总数不少于30篇，其中必须有5篇以上的外文文献）。

[1] 高长明.预分解窑水泥生产技术及进展[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2] 徐德龙.水泥悬浮预热预分解技术理论与实践[M].北京：科学技术文献出版社.2002.

[3] 张红波.高固气比悬浮预热预分解技术二氧化硫减排特性研究[D].西安：西安建筑科技大学，2008.

[4] 周蕊.高固气比悬浮预热预分解系统固硫研究[D].西安：西安建筑科技大学，2010.

[5] 谢峻林，邱小波，潘高峰.水泥熟料固硫效率的研究[J].新世纪水泥导报，2002，（5）：25-27.

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