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。

有色冶炼渣基胶凝材料中的重金属固化研究进展

利用有色冶炼渣制备新型胶凝材料是实现大宗固废资源化利用的重要途径之一,有色冶炼渣基胶凝材料的胶凝原理和力学性能一直是研究的热点,有色冶炼渣中重金属离子在胶凝材料中的溶出和固化机理也日益受到关注。综述了有色冶炼渣的形态结构,系统总结了重金属离子在有色冶炼渣基胶凝材料中的存在形式和固化机理。可为冶炼渣基胶凝材料应用中重金属固化的研究提供参考。

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。

铜渣贫化及其高值化利用

随着经济的发展和铜年产量的不断增加,铜渣的大量堆存制约着铜产业的绿色可持续发展,铜渣的处理已成为一个越来越重要的问题。铜渣因含有铁、铜等有价元素,具有极高的回收利用价值。本文介绍了从铜渣中回收有价金属的物理法、湿法冶金法和火法冶金法。此外,还介绍了东北大学特殊冶金创新团队提出的一项铜渣高值化利用新技术,该技术可以回收铜渣中Cu, Fe, Pb, Zn,还可以利用尾渣制备水泥熟料,实现铜渣的高值化和无渣化综合利用。对铜渣的综合利用进行了综述,并对今后铜渣的规模化、绿色化、无渣化综合利用提出了建议。

碱/碱土金属对准东煤灰熔渣微观结构特性的影响

采用分子动力学模拟方法对碱金属Na和碱土金属Mg对准东煤灰熔渣微观体系结构的影响开展了研究工作.结果表明,碱金属及碱土金属含量变化对体系中Al—O和Si—O键结合能影响不大,而当碱土金属含量增加,体系内桥氧含量降低,当碱土金属由22%增加至53%,桥氧含量减少了36.37%,体系网络结构的聚合程度随之降低.熔渣微观体系中存在三配位氧,且数量随碱金属和碱土金属含量的增大而减少;准东煤熔渣体系中Al、Si原子的扩散能力总体上随碱金属含量增加而降低,随碱土金属含量增加而提高.

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。

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。

从铜冶炼渣中提取部分有价金属的研究进展

铜冶炼渣是冶金过程中产生的重要废渣之一,其含有的有价金属具有一定的经济价值和市场需求。本文从铜冶炼渣的分类及有价金属赋存状态入手,对铜、铁资源及市场现状进行深入剖析,重点对铜冶炼渣中铜、铁及其他有价金属回收现状展开论述,探讨了铜渣中有价金属(铜、铁等)的分类、回收及应用情况,以及环保技术在铜渣处理中的应用,进而对钴资源市场动态与市场前景进行了分析。根据国内外研究现状,综述了从铜冶炼渣中提取有价金属的研究进展和不足,为实现铜冶炼渣中有价金属的高效回收和综合利用提供有力保障。

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.

钢渣资源化的微表处养护技术环境影响量化分析

文中基于全生命周期评价(LCA)方法建立了微表处养护的环境影响量化框架,利用原子吸收光谱仪(ICP)评估钢渣集料和两种天然集料的重金属排放特性,基于LCA分析框架量化对比了钢渣集料和玄武岩的微表处养护的能耗和碳排放量.结果表明:钢渣集料重金属排放高于玄武岩和石灰岩,但陈化处理后其重金属浓度符合我国地表水第III类水要求.同时,在功能单位内玄武岩微表处养护能耗为47.25 GJ,伴随产生2749.52 kg当量CO 2,而钢渣微表处消耗47.15 GJ,产生2848.72 kg当量CO 2原材料生产阶段的显著差异导致玄武岩比钢渣集料微表处养护产生更多的能耗,但排放了更少的当量的CO 2.

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。

堆存锰渣中重金属污染物性质及固化研究

为了解决锰渣的无害化处理,对某堆存锰渣进行了全量、形态和固化分析。结果表明:堆存锰渣中含有大量重金属污染物,且大部分污染物的可溶性形态占比较高,其中全Mn含量超过相关标准限值,浸出液中Mn^(2+)、Ni^(2+)浓度超过排放限值。选用石灰石作为固化剂对堆存锰渣进行固化后,浸出液中Mn^(2+)、Ni^(2+)的含量显著下降,当其加入质量分数为2%时,浸出液中Ni^(2+)的浓度达到排放标准要求,增至6%后Mn^(2+)浓度达标;固化后堆存锰渣中污染物的可溶性形态占比明显降低,残渣态占比升高,污染物活性显著下降,表明石灰石对堆存锰渣无害化处理有较好的效果。

C16醇改性SiO 2基体材料对荧光强度的影响因素研究

黄磷炉渣大量堆积不仅会造成资源浪费,还会污染环境,针对黄磷炉渣能够得到合理利用,研究了以黄磷炉渣为主要原料,经过硝酸酸浸制备SiO_(2)这一工艺流程。因SiO_(2)生物相容性好、化学稳定性高、表面易于功能化等优点,可以作为制备荧光材料的基体材料。稀土金属Ce^(3+)直接掺杂到SiO_(2)上很难实现,所以SiO_(2)的表面改性是稀土金属掺杂SiO_(2)基制备荧光材料的一项关键因素,C16醇原料便宜,操作简单,并且改性效果明显,能够显著提高SiO_(2)基的接枝率,因此采用C16醇对SiO_(2)进行表面改性。为了探究优化的实验条件,考察C16醇投入量、改性时间、溶剂体积、改性温度和洗水用量对材料荧光强度的影响。结果表明:0.2g C16醇与30mL乙醇溶剂在175℃温度下反应2h,洗水用量为70mL为优化改性条件。

高炉矿渣与磷酸盐复配材料对Cu、Pb、Zn污染土壤的钝化效果研究

选取湖北某矿区重金属污染土壤,通过钝化实验和金属赋存形态分析实验探究了经高炉矿渣(BFS)及其与磷酸二氢钾(MKP)的复配材料修复前后重金属Cu、Pb、Zn的浸出毒性及赋存形态的变化情况。结果表明,BFS-MKP复配材料对土壤的钝化效果优于BFS单独处理,BFS-MKP复配材料对土壤中Cu、Pb的钝化效果要优于Zn,针对Cu、Pb的钝化效率最高分别达到86.1%与88.2%。此外,BFS-MKP复配材料可以促进土壤中活性较高形态的Cu、Pb向较稳定的形态转化。添加复配材料并养护28 d后,土壤中可交换态Cu、Pb含量占比可分别从16.6%、22.7%最低降至0.6%、4.3%,而残渣态Cu、Pb含量占比可分别从64.3%、41.7%最高升至89.3%、81.9%。

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。