提钒尾矿综合回收利用研究现状

从有价组分回收、新型功能材料合成和多用途建筑材料制备三个方面阐述了目前提钒尾矿资源的综合回收利用途径,可为提钒尾矿综合回收技术应用提供参考。

转炉炉渣配比对烧结矿性能的影响

将钢渣用于烧结配料,研究不同含量的钢渣对烧结矿冶金性能的影响,找出合适的钢渣配比。试验结果表明:随着钢渣加入量的增大,垂直烧结速度增大,成品率和转鼓强度则先增加、后减少,而烧结机利用系数呈现出逐渐增大的趋势。综合以上因素,在焦粉配比不变的情况下,为了保证成品率和烧结矿强度,同时,考虑烧结利用系数,稳定生产,钢渣最佳配比不宜大于5%。

粉煤灰制备沸石的技术及应用现状

粉煤灰(CFA)是发电厂在燃煤过程中形成的固体废弃物,其大量堆积造成的环境污染以及可回收资源浪费问题亟需解决。在粉煤灰众多再利用方式中,制备高吸附性能的沸石是实现粉煤灰高附加值应用的有效途径之一。来源不同的粉煤灰理化性质差异较大,因此,制备沸石材料之前需采取不同的方法对其进行活化预处理。本文概述了沸石合成工艺之间的关系及其优缺点,并进一步阐述了粉煤灰基沸石在废水处理、气体吸附分离以及土壤改良等方面的应用前景。从粉煤灰预处理、沸石合成方法、产物应用领域等三个方面对粉煤灰制备沸石的整体发展趋势进行了展望。

高铁低硅赤泥钠化还原的物相转变及铁分离特性

高温焙烧赤泥可实现铁、铝、硅等元素的形态转化,使其易于分离回收,但高铁低硅赤泥的钠化还原焙烧反应差异性及机制研究却少有报道。本文采用X射线衍射分析,考察了还原温度、碳酸钠用量、还原时间等对高铁低硅赤泥还原焙烧的矿相转化及微结构影响,分析了反应后的铁磁化分离差异性。结果表明:还原焙烧中钠与铝、硅元素结合形成铝钠硅酸盐,有效破坏了铁、铝元素的紧密结构;赤铁矿、铝针铁矿大部分转为磁铁矿和浮氏体,促进了铁氧化物还原;低熔点含钠固溶体降低了金属铁质点迁移阻力,加速了铁晶粒的长大。基于铁铝结构崩解及粗晶粒金属铁的生成,焙烧产物经磨矿-磁选后,获得了全铁含量为90.41%、Fe回收率为93.08%的铁回收指标。

铜冶炼烟尘加压浸出及物相演变行为

铜冶炼烟尘是火法炼铜过程产出的高附加值二次资源,为实现其中铜、锌等有价金属的浸出及砷的分离,本文研究铜烟尘加压浸出及同步沉砷新工艺技术参数优化与过程物相演变规律。结果表明:在反应温度由140℃升高至160℃过程中,锌、铜浸出率分别可达96%和97%,砷沉淀率由36%提高至92%,砷沉淀形态由非晶形砷酸铁(FeAsO_(4)·n H_(2)O,n≠2)向晶型砷酸铁(FeAsO_(4)·2H_(2)O)演变;整个反应过程显著分为以锌、铜高效浸出(0~60 min)和砷铁共沉淀(60~180 min)两个阶段;增大搅拌转速、提高液固比可进一步提升体系的氧化传质速率和砷酸铁矿化物相-臭葱石生成速率。在反应温度160℃、时间3 h、初始酸度40 g/L、液固比5∶1、搅拌转速600 r/min的优化技术参数条件下,锌、铜浸出率均可达96%以上,砷沉淀率可达92%,浸出渣主要物相为硫酸铅与臭葱石,实现了锌、铜的深度浸出和砷的高效分离。

改性含钛高炉渣抗菌性能测定

国内含钛高炉渣存量巨大且附加值高,为使含钛高炉渣得到综合利用,针对含钛高炉渣中钛组分含量大的特点,以含钛高炉渣为原料,利用XRF、XRD、SEM等分析方法确定了改性含钛高炉渣的成分,肯定了其作为抗菌材料的可行性。用牛津杯法、打孔法、贴片法分别测定了改性含钛高炉渣对大肠埃希氏菌(ATCC25922)的抗菌性能。结果表明,改性含钛高炉渣具有抗菌性,固相合成法V_(2)O_(5)掺杂比例为15%对大肠埃希氏菌(ATCC25922)的抗菌效果最明显。

工业熔渣离心粒化数值模拟

针对熔渣离心粒化过程,采用VOF法对粒化器中的气液两相流动进行三维瞬态模拟,主要对铜渣和高炉熔渣两种冶金渣在不同转速下生成的液丝与液滴特性进行了对比分析.结果表明:同转速下,与铜渣相比,高炉熔渣的破碎波长、尖端直径、破碎波长与尖端直径的比值、破碎长度均更大;不同转速下,同种熔渣破碎波长与尖端直径的比值趋于一致,破碎长度与尖端直径的比值与韦伯研究的结果相似;铜渣和高炉熔渣粒化产生的颗粒粒径均随转速的增大而减小,与高炉熔渣相比,铜渣在粒化过程中可以获得大量更小尺寸的颗粒;随着转速的增加,铜渣的平均粒径变化较小,更有利于从高温颗粒中回收余热.

废旧锂离子电池正极材料有价金属回收研究现状

近年来,随着“碳达峰”、“碳中和”等目标的提出,新能源电动汽车发展迅速,锂离子电池的需求量也随之剧增,而大量锂离子电池的使用也必将迎来锂离子电池爆发式退役,从而大量的废旧锂离子电池有待回收。锂电池大致可分为三元锂电池、磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池四大类,目前主要的回收方法有火法冶金技术、湿法冶金技术。本文叙述了近年来上述四大类锂离子电池正极目标金属的回收研究现状,从流程的难易程度、目标金属的提取效率以及对环境是否产生污染性气体或废液等多个方面来分析各项工艺。最后,对不同冶金工艺的优缺点进行总结以及未来的前景进行展望。

晶硅太阳能电池制备过程中硅渣和金刚石线切割硅废料的回收利用研究进展

随着晶硅太阳能电池的快速发展,晶体硅片的需求大幅增加。晶体硅片在生产制备过程中,大量的硅以硅渣和金刚石线切割硅废料的形式流失。硅渣和金刚石线切割硅废料中硅的回收再循环利用对降低晶硅太阳能电池的成产成本、有效解决晶体硅片短缺以及环境污染等问题具有重要意义。本文通过对从硅渣和金刚石线切割硅废料中回收制备高纯硅的现有工艺和研究进展进行综述,对不同回收工艺的优势、缺陷以及改进措施进行分析,有助于研究人员选择合理的高纯硅回收策略,为晶硅太阳能电池产业的低成本、绿色可持续发展提供参考。

钛白副产硫酸亚铁制备电池级磷酸铁

以钛白副产硫酸亚铁净化除杂所得硫酸铁溶液为铁源,采用液相沉淀法合成电池级磷酸铁,研究了铁磷投料比、反应温度、pH、CTAB添加量对磷酸铁Fe/P、粒径及产率的影响,并通过响应面分析得到高产磷酸铁的较优合成条件为:投料比1.33、温度80℃、pH为1.6、CTAB添加量为2%。通过响应面优化实验,在保证90.98%的高产率的同时,降低了原料投料比,节省了用料成本。所得产物为无定形二水磷酸铁,经煅烧后转变为α-石英型。二水磷酸铁的一次颗粒粒径在100nm左右,二次颗粒平均粒径D_(50)为8.4μm。根据晶核形成与晶体生长理论分析了无定形磷酸铁的形成机理:磷酸铁的成核速率远大于其生长速率,体系中形成大量微小晶核,这些微小晶核因半径小于临界晶核半径而发生无规则的聚集,进而形成无定形磷酸铁。所得二水磷酸铁的元素质量分数符合电池级磷酸铁的技术指标。

轧钢油泥热解产物及动力学分析研究

为实现轧钢油泥的资源化利用,对轧钢油泥的热解产物进行了研究,着重分析了不同热解温度下固体产物的表面形貌、比表面积和孔结构,采用拉曼光谱对固体产物的碳结构变化进行分析,并对轧钢油泥的热解过程进行动力学分析。结果表明,热解气的主要成分为H_(2)和CH_(4),在700~800℃之间CH_(4)中C-H键断裂导致CH_(4)含量减少、H_(2)含量增高;在热解温度为800℃时,通过固体产物的SEM像可以观察到表面有粗糙密集的微凸,总比表面积达到最大值33.682 m^(2)/g,氮气吸附平衡时的吸附量也最高;通过拉曼光谱分析发现,在500~800℃范围,随着热解温度升高,I_(D1)/I_(G)值从2.12逐渐升高到3.38,无定形碳结构增多;在热解过程中,合理地控制反应的温度和时间,可以提高油泥的脱油率,热解时间为2 h时,不同热解温度的油泥脱油率均大于94%,热解温度为800℃时,油泥的脱油率为97.29%;通过Friedman-Reich-Levi法分析得出轧钢油泥热解反应活化能E随转化率的增加而呈现先增加后减少再增加的趋势。

高铁赤泥钙化还原过程液相生成抑制机理

高铁赤泥中赋存大量铁资源难以回收利用,钙化还原—磨选方法可实现赤泥中铁、铝组分的高效分离。针对高铁赤泥钙化还原过程中易形成液相,导致物料熔化和设备黏结的问题,本文提出分段式钙化还原—磨选技术路线,研究不同温度制度下,高铁赤泥钙化还原产物的形态、金属化率、微观结构、金属铁晶粒的生长规律和相关磨选指标。结果表明:采用分段钙化还原焙烧,可在低温阶段完成铁氧化物还原至金属铁和钙铝化合物形成的反应过程,在高温阶段完成金属铁颗粒的聚集长大过程,将低熔点物形成和高温焙烧分离进行,抑制液相生成。采用第一段1 125℃焙烧30 min、第二段1 200℃焙烧40 min的分段焙烧制度,还原过程无明显液相生成,金属铁颗粒的平均粒度达到21.52μm。还原产物经磨选后,所获得的还原铁粉TFe质量分数和Fe回收率分别达到92.84%和78.68%。本文研究成果可为高铁赤泥的资源化利用提供理论依据。

超重力对梯度Al-Zn-Mg-Cu合金成分和微观组织的影响

提出了一种制备梯度Al-Zn-Mg-Cu合金的新方法,通过优化实验的工艺参数,在超重力降温离心的条件下结合定向凝固工艺获得具有梯度的成分含量、显微组织及力学性能。基于合金的析出特性,利用超重力技术和温度梯度区间实现冷却凝固过程中α-Al析出相和共晶T相的高效分离,大部分的α-Al析出相集中在试样顶部,而共晶组织主要分布在试样底部。不同密度的析出相在超重力的作用下分布于样品的不同位置,使得增大重力系数和扩大温度梯度有利于获得梯度范围更大的材料。结果表明,在超重力的条件下,降温离心可以在短时间内获得梯度铝合金,从而为梯度铝合金材料的制备提供了新的工艺手段和思路。

电解锰渣中温焙烧无害化处理

电解锰渣产量大、含污染性物质,当前处理方式主要为渣库堆存,带来一定的安全环保隐患,制约我国锰产业的高质量发展。为开发电解锰渣无害化处理工艺,分别采用直接焙烧和添加碱性添加剂协同中温焙烧工艺处理电解锰渣,系统考察了焙烧温度、焙烧时间、添加剂掺入量等因素对焙烧渣水溶锰、水溶性盐、氨氮、有机质含量的影响。结果表明,直接焙烧时,焙烧产物中水溶锰、水溶性盐含量仍较高,氨氮、有机质明显降低;掺入碱性添加剂焙烧时,水溶锰、水溶性盐固化及氨氮、有机质脱除效果显著,在焙烧温度600℃、焙烧时间100 min、碱性添加剂掺入量为10%的最佳条件下,焙烧样中水溶锰为0.21μg/L、水溶性盐质量分数为1.91%、氨氮含量为3.36 mg/L、有机质为1.95%,达到《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》(GB 18599—2020)中对进入Ⅰ类堆场的一般工业固体废物要求。电解锰渣直接中温焙烧难以实现无害化,掺入碱性添加剂中温焙烧后可实现无害化处理。本研究对降低电解锰渣污染风险,实现安全处置具有一定的指导作用。

还原介质对镍渣直接还原提铁的影响

如何从富铁镍渣中高效提铁是该资源综合再利用的关键。本文采用焦炭和烟煤作为还原剂,对镍渣进行直接还原提铁试验研究,对比两种还原剂在镍渣还原过程中产生有效还原介质的差异,借助热力学软件对不同还原介质的还原能力进行热力学分析,然后通过试验及表征研究两种还原剂对镍渣还原过程金属化率变化及微观结构演变的影响。结果表明:烟煤含有的高挥发分会产生CO-H_(2)混合的还原介质,而焦炭则主要以CO还原介质为主;热力学分析结果表明,CO-H_(2)混合气对铁氧化物的还原能力优于纯CO。镍渣还原焙烧试验结果显示,使用烟煤作为还原剂,1 300℃下还原20 min,镍渣球团的金属化率可达90.20%;而采用焦炭作为还原剂时其金属化率仅达到72.97%,烟煤对镍渣的还原能力优于焦炭。

不同晶化温度对硅锰渣铸石的内部温差、析晶和物理性能的影响规律

以硅锰渣为主要原料,采用熔渣冷却析晶一步法(铸石浇铸法),在800、900、1000和1050℃四个不同晶化温度,分别制备了规格为ϕ100 mm×20 mm的铸石样品CT-800、CT-900、CT-1000和CT-1050,通过构建实验装置,测试了熔渣在成型和热处理全过程中心与边缘温度变化规律,并结合X射线衍射(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)、扫描电子显微镜和能谱(SEM–EDS)等手段,分析了不同晶化温度对铸石中心和边缘的温差、析晶与物理性能的影响规律.研究表明:以硅锰渣为主要原料在900~1050℃保温析晶可以制备出满足天然花岗岩建筑板材标准(GB/T18601—2009)的铸石,晶相为辉石、黄长石以及硫化锰.CT-1000和CT-1050铸石析出更多和更大尺寸的晶相,存在微观孔隙和宏观缩孔,降低了其力学性能.CT-900具有最佳性能,而CT-800以玻璃相为主,热处理后发生断裂.在本实验条件下,最大温差(32℃)发生在把熔渣倒入模具的凝固成型阶段,且晶化温度越低,温差越大.CT-1000和CT-1050析晶阶段存在的大量析晶放热导致温差二次增大,延长了中心和边缘温度一致的时间.硫化锰是高温熔融态下析出晶相,易于氧化分解,快速冷却的边缘存在更多硫化锰相.黄长石较辉石在更高的温度下析出,较高的晶化温度处理样品和相同晶化温度下样品的中心部分均存在相对更多的黄长石相.

典型金属生产过程的环境影响评价研究进展

随着工业化进程加快,金属资源的关键性已成为我国乃至全球关注的问题,金属资源的大范围应用使其在生产时造成的环境影响越来越严重。为选择对环境影响较小的金属种类及生产方式,针对62种典型金属工业生产过程,对其相关的环境影响评价研究进展进行总结,重点关注黑色金属和有色轻、重金属生产过程的环境影响,并对与碳足迹分析相关的研究进行重点总结评述。重金属在生态毒性、人类健康等毒性影响方面均有较大影响;稀有金属和准金属的相关评价主要集中在Li和V上,且是未来的主要研究方向;贵金属相比其他金属造成的碳排放较为显著。金属生产行业未来需重点考虑金属元素自身性质,依据其不同阶段的污染程度优化生产方式,且聚焦金属生产行业的温室气体排放问题。

高温铜渣风淬造粒实验研究及铜渣液滴冷凝过程的数值模拟

为了探究高温铜渣风淬造粒的可行性和分析液体黏度对风淬造粒效果的影响,搭建了风淬造粒实验台,对水、机油和液态石蜡的风淬造粒效果进行对比,得出随着液体黏度的升高,液滴形状更加接近球形且尺寸分布更加均匀;冷凝后的石蜡颗粒粒径分布较窄,有利于对高温颗粒进行二次余热回收。使用流体体积函数模型(VOF)和凝固熔化模型和辐射模型(DO)对单个铜渣液滴的冷凝过程进行了数值模拟。结果表明,初始温度为1355 K,直径为2 mm的铜渣液滴被300 K室温空气冷却时,液滴表面能够快速凝固形成坯壳,经过1.62 s后铜渣液滴完全凝固。冷却过程中迎风面冷却速度较快而背风面较慢,导致液滴凝固不均匀。气流速度越大,对铜渣液滴的冷却能力越强,液滴的冷凝越快;液滴初始粒径越小,换热效率越高,凝固时间越短。

铁酸锌钙化碳热还原的热力学行为

通过热力学计算和实验相结合,分析了含锌电炉粉尘中铁酸锌钙化碳热还原过程热力学行为,讨论还原温度和碳氧摩尔比对铁酸锌钙化碳热还原行为的影响。结果表明,与传统碳热还原相比,ZnFe_(2)O_(4)钙化碳热还原可在较低温度生成ZnO,并可在1100 K直接由ZnFe_(2)O_(4)得到部分单质Zn。当温度高于1221 K时,ZnFe_(2)O_(4)钙化还原出的单质Zn以及由ZnO还原的Zn均以锌蒸气形式挥发,并随着配碳量及温度的升高还原挥发增强。钙化碳热还原不仅降低ZnFe_(2)O_(4)消失的温度,而且降低其还原产出金属铁和锌的温度和碳耗。CaO可重构物相从而明显降低铁酸锌反应产出ZnO、Zn和Fe的温度点,使得ZnFe_(2)O_(4)提前反应完全。当温度为1270 K,碳氧摩尔比n(C)/n(O)=0.7时,ZnFe_(2)O_(4)中锌铁还原与分离效果较好,此时Zn以蒸气形式挥发,Fe以金属单质形式被还原出来。

煤矸石-赤泥基全固废陶瓷材料制备机理

在我国中西部部分地区同时存在煤矸石和赤泥两类大宗难利用固废,利用这些区域内的煤矸石和赤泥协同制备陶瓷材料是实现其大规模资源化利用的有效途径。以山西河津地区煤矸石和赤泥为原料,制备了煤矸石-赤泥基全固废陶瓷样品,并采用XRD、SEM和碱金属浸出实验等手段,研究了原料配比、烧结温度和烧结时间对样品物理性能和微观结构的影响。研究表明,原料配比影响样品的矿相和孔洞结构,最佳质量配比为煤矸石∶赤泥=1∶1,较好烧结温度为1200℃,较好烧结时间为15 min,此时样品的吸水率为0.15%,抗折强度为90.40 MPa,结构致密,主要矿相为钙长石、蓝方石。赤泥中的碱金属得到了有效固化,相对于烧结前,钠、钾离子固结率分别达到了97.17%和96.76%,钙长石和蓝方石是碱金属离子的主要赋存矿相。