生物质热转化过程中积灰沾污结渣特性及趋势预测研究进展

为阐明生物质灰的沾污结渣特性及其趋势预测研究现状,使生物质能热转化利用过程更加安全,在综合分析生物质灰沾污结渣的危害及机制的基础上,从沾污结渣特性与沾污结渣预测两方面归纳国内外研究进展,梳理出影响结渣的主要因素——灰分组成、反应温度、气氛和添加剂等;并对沾污结渣趋势的预测方法和研究趋势进行分析。针对实际工程中锅炉受热面结渣和腐蚀问题,可以采用混烧、混入添加剂、水洗、酸洗、改变受热面材料、优化锅炉和烟道结构设计、优化反应条件等措施解决。在生物质灰沾污结渣趋势预测方面,目前并没有完整的统一标准,简单沿用煤灰的结渣指标存在严重的不适应性,且现有的预测方法通常只考虑固态或熔融成分对结渣的影响,而忽略了碱金属、氯、硫等元素挥发与温度变化的关系。因此,以热转化过程中碱金属的气-固分配趋势为基础,结合不同温度下生物质灰的特点及成灰特性,建立适用于不同温度下生物质灰的沾污结渣预测模型,是下一步研究应重点关注的问题。

大型燃煤锅炉中含Na/Cl/S组分的演变与受热面结渣倾向的数值模拟

提出了一种考虑煤中含Na/S/Cl组分多步释放、气相组分相互作用、气-固反应以及盐蒸气冷凝耦合灰颗粒黏附的结焦模型,以预测炉内受热面气态碱金属组分冷凝行为、受热面结焦风险以及炉膛出口Na/S/Cl组分分布特性。结果表明:炉膛出口气态含Na组分主要以NaO_(2)、NaCl、Na_(2)SO_(4)和NaOH形式存在;最上层燃烧器至分离燃尽风(SOFA)喷口区域、最下层燃烧器至冷灰斗转角区域的水冷壁结焦风险高;炉膛出口区域后屏过热器底部颗粒黏附位置相对集中,炉内辐射式过热器结焦速率远高于气态钠盐冷凝速率,对流受热面颗粒沉积速率约是钠盐蒸气冷凝速率的3~4倍。

碱金属迁移转化对生物质灰沾污结渣的影响研究进展

生物质热化学转化利用过程会产生大量的生物质灰,其钾、钠等碱金属元素的含量高,导致其熔融温度低,在高温下极易熔融或挥发,进而对锅炉、管道或设备受热面造成沾污结渣、腐蚀等危害。为系统了解碱金属迁移转化对生物质灰沾污结渣影响的研究并预测其发展趋势,首先,归纳生物质热化学转化过程中由碱金属迁移转化引发的安全问题及危害;其次,回顾和总结近年来国内外生物质灰沾污结渣机理方面的研究进展,主要包括不同热化学转化来源生物质灰沾污结渣演变规律和碱金属迁移转化特性研究等;最后,预测生物质灰沾污结渣防治研究的发展趋势。研究结果显示:生物质热化学转化过程中碱金属的赋存形式和演化特征是影响灰熔融和沾污结渣特性的重要因素,不同热化学转化来源生物质灰的熔融和烧结规律是灰沾污结渣防治研究的关键。以往针对碱金属迁移转化特性的研究,大多只考虑生物质自身的燃料性质、矿物组成等,对不同热化学转化过程中碱金属迁移转化对生物质灰沾污结渣和熔融烧结的影响以及不同形式碱金属成分的影响研究仍不够深入和系统,尚未形成完善的理论体系,这将成为以后的重点研究方向。

铅冶炼渣基生态胶凝材料的研发及重金属固化

铅冶炼渣(LSS)是一种含有重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、As和Pb)的危险废物,其不当处置会对生态系统造成不可挽回的危害。本工作采用化灰渣(LAS)、水氯镁石(BF)、矿粉(SP)及适量水泥(CM)协同激发铅冶炼渣制备生态胶凝材料。通过正交试验得到胶凝材料的最优配比,阐述了不同因素对生态胶凝材料抗压强度的影响;采用XRD、SEM、FTIR、硫酸和硝酸法等方法分析了胶凝材料水化产物的特性及重金属浸出规律。研究结果表明:当铅冶炼渣和水泥的质量比为3∶1,化灰渣、水氯镁石、矿粉的外掺量分别为铅冶炼渣和水泥质量总量的20%、10%、10%时,制备出的生态胶凝材料抗压强度最优,28 d抗压强度达到40.9 MPa,且矿粉掺量为影响其抗压强度的第一要素。微观分析表明,胶凝材料的水化产物主要为弗里德尔盐、方解石、C-S-H和C-A-S-H,它们相互连接形成致密的空间网络结构,这不但有助于提高胶凝材料的力学性能,还能实现对重金属元素的物理固封和离子交换吸附固化。胶凝材料对主要重金属的胶结固化率大于83%,重金属浸出液浓度符合生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)的要求。

准东煤在液态排渣锅炉中的结渣特性和元素迁移规律

高碱煤的清洁高效转化及资源化利用对实现双碳目标具有重要战略意义,液态排渣锅炉在燃用高碱煤方面存在较大优势,但目前尚缺乏全烧高碱煤的灰沉积和元素迁移特性相关研究。研究了准东煤在20 MW卧式液态排渣炉上燃烧时的积灰结渣特性和元素迁移规律。通过在捕渣屏前后设置灰沉积探针1和2,研究了换热器表面灰沉积对传热效率的影响。结果表明,初始层形成阶段通过探针表面的热流密度迅速下降,随沉积物的生长热流密度缓慢下降,沉积物生长趋于稳定时,热流密度也会在一定范围内波动。按照探针表面的热流密度变化速率,可将灰沉积的形成过程分为3个阶段,分别为快速下降阶段、缓慢下降阶段和稳定阶段。探针1和2最终稳定的相对热流密度分别为0.75和0.83。此外,通过分析炉膛不同位置灰渣和沉积物的外观形貌、矿物组成和化学成分,探究了元素迁移对积灰结渣的影响。灰沉积的微观表征表明,Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、SiO_(2)等氧化物在高温区渣样中富集,而CaO、MgO、Na_(2)O、SO_(3)则主要出现在低温区域的沉积物中。换热器表面沉积初始层的形成与碱金属及其硫酸盐的冷凝密切相关,高温和低温区域样品中的平均Na_(2)O质量分数分别为1.38%和4.70%。铁元素会在渣中富集并充当助溶剂的作用,与硅-钙-镁-铝体系形成低温共熔体,从而导致灰熔融温度降低。

利用不锈钢渣制备微晶玻璃的研究进展

工业的快速发展导致固体废弃物逐年增加,由其带来的环境与资源问题不容忽视。利用工业固体废弃物制备微晶玻璃材料是固废资源化利用的重要途径之一,同时,该方法还可实现有害重金属元素的固化,减少环境危害。本文基于不锈钢渣的来源与特性,对比分析了不锈钢渣无害化处理的常见方法。针对不锈钢渣的无害化处理和资源化利用问题,重点综述了利用不锈钢渣制备微晶玻璃过程中主要成分对材料结构与性能的影响;另外,基于微晶玻璃对重金属元素的固化研究现状,重点讨论了微晶玻璃对不锈钢渣中Cr、Ni、Mn重金属元素的固化;最后对不锈钢渣无害化处理与资源化利用的未来研究方向进行了展望。

80 kVA交流电炉熔分铜渣选尾料金属化球团 提取铁合金

铜渣选尾料是铜冶炼炉渣经过选矿工艺处理后产出的尾料,其中赋存丰富的Fe、Ni、Cu、Cr等有价金属。以回转窑还原焙烧后得到的铜渣选尾料金属化球团为研究对象,采用80 kVA交流电炉进行熔分实验,研究了额定工况下还原剂、助熔剂、沉降时间等不同工艺条件对Fe、Ni、Cu等金属回收率的影响,以及金属化球团熔分过程主要元素的迁移规律。结果表明,经回转窑还原得到的铜渣选尾料金属化球团在1530℃、熔剂率18%、沉降时间30 min工艺条件下进行电炉熔分可有效回收铁、铜等有价金属,获得高品位铁合金产品,Fe回收率达95%以上,镍、铜回收率分别达到38%和71%。元素走向分析表明,S、Pb、As等杂质元素会不同程度进入合金。

冶金渣耦合改质及其金属资源碳热还原提取

为实现冶金渣中有价金属的高效回收,提出了一种转炉渣与铜渣耦合改质的新工艺.利用高温实验研究了转炉渣与铜渣的耦合改质及碳热还原过程中物相重构规律和元素分离特征,并考察了碱度[w(CaO)/w(SiO_(2) )]、还原温度及碳氧摩尔比[n(C)/n(O)]对金属回收率的影响.结果表明:转炉渣与铜渣的交互作用提高了改质渣中铁氧化物的活度;在碱度为1.25、还原温度为1550℃、碳氧摩尔比为1.2的最佳工艺条件下,可回收得到Fe,Cu,P,Mn质量分数分别为93.19%,3.81%,0.12%,0.10%的合金.

基于文献回顾的有色金属冶炼废渣的特征、资源化途径及其安全利用评价

冶炼废渣作为冶炼过程中产生的工业副产物,由于其缺乏安全、合理的防护和管理措施可能导致环境问题。通过全面分析近年来发表的相关文献,本文对有色金属冶炼废渣的特性、资源化利用途径及安全利用评价等方面的最新研究进展进行了介绍。研究结果表明,不同的原生精矿、冶炼条件和冶炼类型决定了冶炼废渣的化学和矿物学特征。此外,冶炼废渣在各种资源化利用中表现出极高的灵活性,不仅可以用于金属回收和建筑材料,还可以作为农业肥料和修复剂。同时,本文强调了在各种利用情景下对废渣进行安全性评估的重要性,以降低其潜在环境风险。此外,本文还强调了未来的研究方向,包括建立一种综合且量化的土渣混合体中重金属环境风险评价方法,以及探索更多创新的冶炼废渣资源化利用方法。综上所述,本文对于推动冶炼废渣在环境保护和资源可持续利用方面的研究有重要意义。

铝加工行业中的金属损失及其控制措施

文章较为系统的描述了影响金属损失的各种因素,找到了能够合理降低金属损失的多种方法,对企业降本增效有一定的指导意义。

再生铜和再生黄铜原料的金属回收率研究

金属回收率是评价再生金属资源品质的重要参数。然而再生铜原料及再生黄铜原料的国家标准GB/T 38471—2019和GB/T 38470—2019中并未对金属回收率实验的技术内容作出明确规定,致使各实验室对金属回收率实验的结果不一。通过考察不同种类的再生铜原料及再生黄铜原料的回收率影响因素,重点探索样品成分、检验设备的差异及对应的不同熔炼功率、不同种类除渣剂的影响等因素所导致样品的回收率偏移,并以镀白紫铜为案例使用扫描电子显微镜观察与分析了金属回收率副产物的形貌及组成。结果表明:再生铜原料及再生黄铜原料中的合金成分是影响金属回收率数据的主要因素,再生纯铜原料中铜含量较高且结构简单,因此在实验中干扰因素较少,纯铜回收率比合金、镀金类铜更稳定更高,且波动较少;含低熔点合金元素的铜合金中低熔点金属易发生烧损,金属回收率易偏低、含高熔点合金元素的铜合金由于高熔点合金元素不能完全熔化,金属回收率易偏高;多种除渣剂中,除渣效果较好的有硼酸、生石灰及炼钢用打渣剂火山灰,其中后两者效果表现优良。熔炼所得的粉尘和氧化物结块成分以金属氧化物为主,不宜作为可利用的金属加入到金属回收率的计算。

云南某钢渣磁选尾矿堆场重金属在模拟降雨下溶出特性

以云南某历史遗留钢渣磁选尾砂堆场为研究对象,对钢渣尾矿进行属性分析,采用4种不同酸度的淋溶液,进行为期42 d的动态淋溶试验,分析Fe、Zn、Cd 3种金属的淋溶释放规律,同时建立释放模型。结果表明:尾砂淋出液的pH值呈现淋溶初期pH较高,到达最大峰值后快速下降,后期保持稳定的趋势;在同等pH值条件下,粒径越小,各金属出现浓度峰值的时间较早;Fe离子浓度的溶出顺序为:酸性溶液>中性溶液>弱酸性溶液。金属Zn的溶出情况不同,Zn的溶出在淋溶初期,淋溶浓度较高,在9 d左右达到最低值,并于21~27 d内再次出现浓度峰值,且当溶液中OH-浓度增加时,溶出浓度略有升高。Cd的溶出呈现动态变化趋势,表现出间歇性快速释放的过程。二次回归方程以及DoseResp方程都能够较好地描述3种金属淋出的动力学过程。对于Fe而言,DoseResp方程比二次回归方程的相关系数R 2拟合程度更高。

硫酸盐还原菌修复四川某典型铜矿选冶渣复合重金属污染研究

为实现铜矿选冶渣复合重金属污染的修复治理,以四川某铜矿选冶渣为研究对象,采用硫酸盐还原菌为固化/稳定化微生物,探讨了其生长特性、溶液中重金属离子变化规律及修复效果。结果表明,硫酸盐还原菌在修复铜矿选冶渣时生长迅速,适合作为修复复合重金属污染的微生物;由于铁、锌、铜、铅等重金属活性差异较大,因此其固化效果亦有显著差异;修复30 d时,重金属Cu、Pb、Zn、Fe的最佳接种量分别为5%、10%、15%和15%,生物有效性降低率分别为72.36%、98.37%、43.01%和79.31%;随着固化时间的增加,溶液中重金属离子的浓度先增后减,但并不影响其修复效果。因此,硫酸盐还原菌可同时修复多种重金属离子,有效解决某铜矿选冶渣中铁锌铜铅的复合重金属污染。

ICP-AES法测定含铝预熔性渣洗料中钙、镁、硅、铝氧化物

研究使用电感耦合等离子体发射光谱法测定炼钢含铝预熔性渣洗料中钙、镁、硅、铝氧化物的分析条件以及处理样品的方式方法,为便于区别金属铝和三氧化二铝,创建了一种新型的仪器分析方法。由于试样中金属铝的存在,采用先酸溶再碱融的处理方式,并采用配置相似基体的方法消除基体干扰。研究了渣洗料的溶样过程、仪器分析参数的选择、基体的干扰消除等对分析结果影响,在优化仪器分析参数和分解试样实验过程中,试样分析结果相对标准偏差远小于1.0%,分析结果准确度和精密度都很高。因此,该方法可取代化学分析法,是一种准确、快速的仪器分析方法。

铜熔炼渣选矿金属回收率的提升实践

针对某铜熔炼渣选厂选矿金属回收率偏低的问题,进行了一系列工艺条件参数的试验研究。试验结果表明,在提高磨矿细度、采用多种捕收剂协同作用的条件下,能够取得较好的选矿指标。在生产实践中,通过优化生产工艺流程、降低破碎产品粒度、提高水力旋流器返砂比、制定合理的浮选药剂制度等措施,使得选矿工艺指标得到了较大的提升,经济效益显著。

钢铁烟尘等含锌固废资源化利用新技术及产业实践

钢铁和有色金属在生产过程中会产生烟尘和冶炼渣等固体废物,对环境造成严重影响。为配合“无废城市”建设,本文介绍了基于“火法富集—湿法脱杂—多段耦合集成”工艺所形成的钢铁烟尘及有色金属冶炼渣资源化清洁利用新技术的落地情况,该技术实现了多种含锌固体废物的协同利用,可有效脱除40余种杂质,实现锌、铟等多种金属的高效分步回收,通过对次生废水的利用,在国际上首次实现从钢铁烟尘中回收硫酸铯和碘。

金矿矿渣遗存点土壤重金属污染评价和来源解析

以海南某金矿矿渣清理后的14件表层土壤为研究对象,分析测定Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As、Hg等8种重金属元素含量;采用单因子和内梅罗综合指数法、地累积指数法、潜在生态风险指数法,评价矿渣对土壤的污染程度。Spearman分析表明,Cr、Ni、Cu、Pb、Zn、Cd、As等7种重金属具有较强的相关性,来源于矿石;Hg为外源性的重金属。14个点位内梅罗指数均值均达到中重度污染水平,主要贡献因子为Hg、As、Pb、Cd等;地累积结果显示所有点位重金属地质累积指数的均值为3.2,均大于0,表明区域土壤存在重金属累积现象;8种重金属单项地积累指数均值大小顺序为As>Hg>Pb>Cd>Zn>Cr>Cu>Ni;Hg、As、Cd、Pb四元素明显高于其他元素,处于极强危害水平级别。潜在生态结果显示,整体处于极强危害水平,主要贡献因子为Hg、As等。

高锌含量铅锌氧化渣直接还原试验研究

铅锌氧化渣熔融还原是得到金属铅和锌的重要步骤,但氧化渣中锌含量升高和铅含量降低会导致熔化温度增加,使得还原工艺条件发生较大变化。本文对高锌含量铅锌渣(Zn≈25%)的还原工艺条件和渣型制度进行了研究,主要考察了还原煤量、还原温度、还原时间、Fe/SiO_(2)、CaO/SiO_(2)对铅锌氧化渣中Pb、Zn、Cu回收率的影响。试验结果表明,铅锌渣Pb、Zn、Cu金属回收率随着还原煤量、还原温度、还原时间的增加而增加,但过高的煤比和还原温度不利于Pb、Cu回收率的提高;铅锌渣Pb、Zn、Cu金属回收率随着Fe/SiO_(2)和CaO/SiO_(2)的增加而增加,但Fe/SiO_(2)增加至0.78,CaO/SiO_(2)增加至0.8时,继续增加Fe/SiO_(2)和CaO/SiO_(2)将降低Pb、Zn、Cu金属回收率。试验用铅锌渣的适宜还原条件为煤比1.2~1.4、还原温度1623~1673 K、还原时间90~120 min、Fe/SiO_(2)=0.78~1.17,CaO/SiO_(2)=0.5~0.8。在上述工艺条件下,铅锌氧化渣中Pb、Zn、Cu回收率分别可达84.01%、94.51%、85.8%以上。

高钛焊丝钢ER70S-G冶炼工艺优化实践

高钛焊丝钢ER70S-G研发时经常出现水口结瘤、结晶器“结鱼”、铸坯夹渣等问题,尤其是铸坯夹渣导致轧制后盘条表面出现连续性锯齿状结疤缺陷,严重影响盘条表面质量。引起水口结瘤、结晶器“结鱼”的主要原因是存在TiO_(x)、TiN等高熔点非金属夹杂物。通过控制钢水中氧氮含量、使用纯净合金、降低渣中SiO_(2)活度、调整钛合金化时机及温度等手段,解决了水口结瘤、结晶器“结鱼”、铸坯夹渣等问题,将高钛焊丝钢ER70S-G连浇炉数提高至10炉,盘条成材率提高至97%,优化效果显著。

某废弃冶炼场地土壤不同粒径组分重金属的特征及其对修复策略的启示

颗粒粒径组分对土壤重金属的分布与赋存具有重要影响,而当前对受冶炼活动影响的不同区域间土壤各粒径组分重金属分布的比较研究较少。本研究以某废弃铅冶炼场地为研究对象,选取三个土壤剖面(冶炼固废堆存区、交通区和邻近的农田),对比研究了不同土壤颗粒粒径组分(>150、45~150和<45μm)中重金属的地球化学分布特征及赋存形态。结果显示,冶炼场地与周边农田土壤各粒径组分重金属的分布特征具有明显差异。随着粒径的增大,冶炼固废堆存区土壤重金属的富集因子从0.78增至1.14,这与该区粗粒废渣的堆放与机械混合相关;而农田土壤重金属的富集因子从1.49降至0.60,这与冶炼过程释放富集重金属的细颗粒沉降有关。同时,冶炼场地土壤的较粗组分(>45μm)具有较高的重金属质量负载量(>50%),且废渣颗粒对土壤重金属的贡献显著,故物理分离技术可用于该场地的土壤污染修复。此外,石膏和莫来石可能是该场地受冶炼活动影响土壤的指示矿物。本研究将冶炼活动影响与土壤不同粒径组分重金属的赋存形态相关联,对修复策略具有一定的指导意义。