高温弱还原气氛下高硅铝比煤灰变化行为的研究

利用XRD和FT-IR考察了两种高硅铝比煤(小龙潭褐煤、府谷烟煤)灰中矿物质在高温(1 100～1 500℃)弱还原气氛下的演变行为。通过FACT sage对煤中矿物质主要组分在高温下的变化进行了计算,并与XRD和FT-IR结果进行了比较和验证。结果表明,两种高硅铝比煤中矿物质在高温下的演变行为具有很大的差异,高温下,氧化钙含量较高的煤灰主要生成钙镁黄长石和钙长石等长石类矿物质,氧化钙含量较低的煤灰主要生成铝硅酸盐和少量的钙长石、拉长石等。氧化铁对晶体组成影响不明显;二氧化硅的含量随着温度的升高逐渐减少;低温共熔体系的存在降低了高硅铝比煤灰的灰熔点,同时,增加了高温煤灰中非晶体的含量。FACT sage热力学计算结果与XRD、FT-IR分析结果一致。

生物质中矿物质在气化条件下的演变行为研究

以稻秸秆和玉米秸秆为原料,考察了弱还原性气氛以及550-1 300℃生物质中矿物质的变化,并采用Fact Sage软件对生物质中矿物质在高温下的演变行为进行了模拟。结果表明,生物质灰中Na和K元素的存在形式相对稳定,部分以气态氯化物的形式挥发出去,部分存在于低熔点硅酸盐或硫酸盐中;Si元素与Ca、Fe、Mg和Al四种元素形成的硅酸盐的变化形式较多,主要形成辉石[(Ca,Mg,Fe)_2Si_2O_6]、橄榄石[(Ca,Mg,Fe)_2SiO_4]和黄长石[Ca_2(Al,Mg)(Si,Al)SiO_7]三类物质,随着温度的升高,部分辉石会转化为橄榄石与黄长石,此三类物质相互作用易形成熔点较低的共熔体而导致矿物质的熔融。方石英和莫来石[Al_6Si_2O_(13)]是导致稻秸秆流动温度高于玉米秸秆的主要原因,莫来石最终转化为斜铁辉石[FeSiO_3]、铁尖晶石[FeAl_2O_4]和钙长石[CaAl_2Si_2O_8]等熔点较低的矿物质。

磷石膏还原分解过程的热力学模拟

针对高硫煤还原分解磷石膏的反应复杂性,采用FactSage 6.1计算软件对其化学热力学平衡反应进行计算,并与相同条件下的磷石膏分解反应试验结果进行了比较.结果表明高硫煤还原分解磷石膏的主要产物为CaO,CaS,SO2等.综合分析表明温度是影响高硫煤还原分解磷石膏产物组成及含量的重要因素且在1 100℃时分解效果较好,可作为最佳温度的选择标准.计算结果虽与试验结果在确定组分含量上存有一定差异但产物组成及变化趋势相近,表明化学热力学平衡分析方法可作为磷石膏分解反应特性研究的指导性手段.

配碳量对中低品位磷矿真空碳热还原的影响

通过FactSage理论计算与实验相结合的方法研究了配碳量对中低品位磷矿真空碳热还原的影响。理论计算表明:在保持温度和压强不变的条件下,增加配碳量,还原矿样的失重率不断增加,气相中磷单质的质量随之增加,PO、PO_2的质量不断减小。当配碳量达到14%时,磷的收得率达到99.91%。实验结果表明:还原矿样的失重率与磷的收得率随着矿样中配碳量的增加而逐渐增加。理论计算与实验结果较吻合。

型煤气化的热力学研究

以化学热力学为基础,利用Fact Sage软件对型煤气化反应过程进行热力学计算和分析。研究了操作条件对型煤气化反应过程的影响。结果表明:操作压力对型煤气化反应过程的影响不明显,气化剂组成、黏结剂组分中的聚乙烯醇(PVA)含量及气化反应温度的选择对型煤气化反应过程的影响较大。经过实验数据分析得出:在型煤气化反应过程中,O2与N2的物质的量比为2,操作压力为3.0MPa,温度为600℃;黏结剂中PVA质量分数为2%时,生产出的合成气组分中CO和H2含量最高。

攀枝花钛精矿真空碳热还原热力学模拟研究

在不同温度、体系压力和配碳量条件下,采用Fact Sage软件研究攀枝花钛精矿的真空碳热还原过程。结果表明:当温度为1 550℃,配碳量为12%时,随着压力的降低,挥发进入气相的各成分的总质量增加且渣相中的杂质含量降低,有利于提高还原反应进行的程度,获得高品质钛渣产物;当压力为100 Pa,温度为1 550℃时,随着配碳量的增加,有利于提高反应的还原效果;当压力为100 Pa,配碳量不变的条件下,温度高于1 300℃时,气相中开始出现Mg、Si O、Mn蒸气。当温度升高到1 700℃时,气相和渣相中各成分的含量趋于一个定值,渣中主要氧化物为Ti O2和Ti2O3,此时钛渣品位高达88%。

氮含量对稀土钢中夹杂析出热力学的探究

为了探究N含稀土Q345钢中杂质析出的影响,利用热力学软件Fact-Sage对Ti、Ce、N不同含量的Q345钢成分进行计算分析,计算得出不同N含量对各种夹杂析出量的影响。得到随着Ce或Ti含量的增加,含Ce硫化物的转变顺序为Ce_(2)S_(3)→Ce_(3)S_(4)→CeS。特别是含Ti第二相、铈化合物的析出温度曲线与固溶温度曲线部分的研究,N含量(质量分数)的增加促进了TiN的析出,N含量增加0.01%时,TiN的析出量增加了341.93%,同时也促进了Ce_(2)O_(2)S和Ce_(2)S_(3)的析出,抑制了TiC、C2S2Ti4的析出,N的百分质量增加0.01%时,TiC的析出量较少了42.73%。N含量的增加使得TiN、TiC在液相凝固时析出的温度提前了3.5℃,且钢液的完全凝固温度降低了3.7℃。

直接还原法回收铜渣中铁、铜和锌的热力学

为了实现铜渣中的铁与硅及其他元素分离,提出了含碳球团-转底炉直接还原工艺综合回收铜渣中的铁、铜和锌等有价元素,首先对水淬铜渣配碳还原进行了热力学分析,然后采用Fact Sage热力学计算软件中的Equilib模块对碳热还原过程进行了理论计算,研究了温度、碱度和配碳量等工艺参数,对水淬铜渣碳热还原产物组成及收得率的影响。计算结果表明:Fe的收得率主要受温度的影响较大,碱度的影响不大,配碳量有一定影响,铁的收得率最高可以达到91%以上;Zn的收得率主要受温度的影响较大,900℃左右达到最大;Cu的收得率最高可达99%,并且受上述因素的影响相对小。为了保证铁的收得率,建议优化的工艺条件为:配碳量(C/O比)大于1.2、还原温度大于1 200℃、碱度大于0.6。