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焦化硫膏提纯基础及改性沥青机制研究

焦化硫膏（CokingSulfurPaste,CSP）是煤气湿法氧化脱除Hsub2/subS

过程中产生低品位硫磺的主要存在形式,其中除含有硫磺外,还含有硫氰酸铵等

脱硫副盐、焦油类物质以及脱硫催化剂等杂质,是一种危害极大的污染物,如何资

源化处理与利用是重要的研究课题。我国正处在以沥青路面高速公路为主的快速

发展期,大部分国产沥青都存在含蜡量高、温度敏感性大、水稳定性不佳、耐久

性不足等问题,开发满足路用性能要求且价格低廉的国产改性沥青迫在眉睫。

开展CSP提纯基础及改性沥青机制研究,实现CSP资源化利用的同时,可提高

沥青品质,降低沥青成本,对企业资源利用效率的提高及产业链的延伸具有重要

的意义。本文以资源化利用CSP为出发点,系统开展了（1）通过多维表征分析,

认识硫膏的基本组成及特性;（2）探究采用浸提与磺化相结合提纯硫磺的基础条

件;（3）系统研究CSP改性沥青胶结料物理性能和流变特性的变化特征;（4）通

过四组分组成与结构的变化,深入分析CSP改性沥青的机制;（5）在研究CSP改

性沥青混合料最佳油石比的基础上,对其马歇尔强度、高温性能、抗水损性能和

低温抗裂性能进行全面的评价和分析;（6）结合焦化现有系统,深入研究CSP经

氨水洗提制备沥青改性剂原料的最优条件及杂质变迁规律。

经研究获得的主要结果和结论如下:焦化硫膏的组成及热解特性研究1.CSP

中主要元素为S元素,含量为88.53%,此外还存在Fe、Br、C、P、Mo、Cl等多

种微量元素;CSP中的S元素主要以斜方硫（Sα）的硫单质形式存在,占到了总

硫含量的91.53%,其余存在形式为NHsub4/subSCN、（NHsub4/sub）

sub2/subSsub2/subOsub3/sub、FeSOsub4/sub等水溶性盐;CSP

中水溶性杂质（WI）、二氯甲烷可溶性杂质（DI）和其他杂质（OI）分别占总量

的12.16%,4.20%和2.61%。其中,NHsub4/subSCN和FeSOsub4/sub为WI

的主要成分,占到了总WI的83.06%;DI主要为多环芳烃类有机物,包括苯类、萘

类、芴类、菲类、蒽类和芘类,占到了DI总量的8.64%、15.35%、5.98%、55.05%、

4.11%和10.85%;OI为煤/焦粉类物质,主要包含C、、N、Mo和S元素,C和为

主要元素,其中C主要以C-C/C-H存在,主要以C=andC-存在;CSP在加热过

程中的失重主要有两个阶段,分别为100sup2/sup70℃的有机物挥发阶段以

及270sup3/sup90℃液硫气化阶段,两阶段的失重率分别为3.49%与95.09%,

残留物质主要以Fe和Ca的硫酸盐形式存在,经高温灼烧后可转化为

Fesub2/subOsub3/sub和CaSOsub4/sub。

焦化硫膏的甲苯浸提特性研究2.甲苯浸取CSP的最优条件为浸提液料比

70mL:5g、浸提温度90℃、浸提时间30min;低温析硫的甲苯冷却温度为20℃,在

此条件下可达到85.87%的溶硫率和96.16%的硫磺纯度,可有效去除硫氰酸铵等

水溶性盐类杂质;产物硫磺中仍含有甲苯、二甲苯、萘、菲、氧芴、联苯等有机

物,此类多环芳烃与Ssub8/sub具有相似的结构特征,结晶过程中晶粒的包

裹及吸附是它们进入硫磺产品的主要原因;磺化-水洗二次处理后的硫磺纯度达

到99.5%,萘、菲、亚联苯、氧芴等杂质被有效去除,产物硫磺中残留甲苯含量降

低了98.78%,二甲苯含量降低了91.79%,乙苯含量降低了87.72%,其纯度达到了

工业合格品的要求。焦化硫膏改性沥青性能和机理研究3.CSP中硫氰酸铵等水溶

性杂质具有降低沥青针入度,且缩短达到性能稳定所需养护时间的优点;但存在

严重恶化沥青低温延展性能,抑制硫磺对沥青感温性能的改善等缺陷。

因此,在制备硫基沥青改性剂的过程中,需要将这部分杂质去除掉;CSP中焦

油类多环芳烃等杂质可以促进沥青向溶-凝胶沥青转变,增强沥青的温度稳定性,

辅助提升沥青的软化点,增强沥青的高温性能,同时一定程度上补充沥青的含量,

增强沥青低温延展性。4.除去水溶性盐的焦化硫膏改性剂CSPsub2/sub,在

改性沥青过程中,其物理性能受CSPsub2/sub掺配比例和养护天数影响较大。

在黏滞性方面,CSPsub2/sub的添加促使沥青的针入度值（25℃）降低,

抵抗流动的能力增强,且CSPsub2/sub掺拌量越高,针入度值达到稳定所需

的养护天