我国以煤为主的能源结构现状,导致目前煤炭生产使用过程中的碳排放和污染问题日益严峻,故对煤炭的高效、清洁利用要求迫在眉睫。固体燃料自身结构组成上的复杂性,使得以煤等固体燃料为基础的各种技术面临诸多困难。因此,深刻了解固体燃料,特别是煤和生物质,其中矿物质在高温过程中的作用机制显得十分必要。本文以煤气化和化学链燃烧技术为背景,研究了煤等固体燃料中主要矿物质对碳热反应过程的影响。首先,通过纯SiO₂、配灰以及高硅煤灰与石墨的混合物在不同温度下进行的高温实验,系统探究了高硅煤中含硅矿物的碳热还原过程及其影响因素。Fe₂O₃促进SiO₂的碳热反应,Fe-Si共熔体Fe_xSi_y的生成改善了SiO₂的还原条件。CaO对SiO₂的还原起抑制作用,CaO在较低温度下易与SiO₂和Al₂O₃反应生成致密的Ca-Si-Al相,其还原程度要难于单独的SiO₂。Al₂O₃主要以非晶相和共熔体的形式存在,对SiO₂的碳热反应影响较小。然后,探究不同条件下灰成分对Fe₂O₃碳热反应过程的影响。通过在Fe₂O₃中添加不同种类灰,在不同掺碳量下在管式炉中进行固定床实验。在碳充足的情况下,Fe₂O₃的碳热还原反应优先于Fe₂O₃与灰之间的反应进行。而在碳不足的情况下,Fe₂O₃会与灰中不同组分相互作用发生反应,生成多种复合铁化合物,如MgFe₂O₄、Fe₂SiO₄、CaFe₂O₄和Ca₂Fe₂O₅等,这些复合铁化合物的生成会阻碍Fe₂O₃的碳热还原反应过程。最后,通过往复切换固定床的气氛,模拟了铁基载氧体的化学链循环过程。在循环过程中,改变灰种类、循环温度、灰添加比例等条件,系统探究了不同灰成分对铁基载氧体循环效率的影响。结果发现,灰中组分会与Fe₂O₃相互作用发生反应,灰中不同组分对Fe₂O₃活性产生明显不同的效果。灰中K、Na等元素明显改善Fe₂O₃反应活性,而SiO₂会与Fe₂O₃反应生成难以被还原的Fe₂SiO₄。同时,循环温度和灰的掺入量都对Fe₂O₃的碳热还原反应过程产生影响。