钢渣/氮掺杂改性活性炭催化过硫酸盐降解罗丹明B

以提高钢渣资源化利用和深度降解有机污染物为研究目标,通过改变氨气煅烧温度制备了系列钢渣/氮掺杂改性活性炭复合材料,并用于催化过硫酸钠处理罗丹明B(RhB)废水。同时采用N2吸附/脱附、XRD、XPS等手段对复合材料的孔结构和表面性质进行了表征。结果表明:氮元素的引入可改善复合材料中活性金属与活性炭之间的相互作用,从而提高复合材料的催化活性。以最优复合材料60%GZ/AC-N800为研究对象,在反应温度为35℃、PS加量为2 g/L和宽pH(3~11)操作条件下,反应30 min后罗丹明B(100 mg/L)的去除率可达88.7%~92.2%。动力学分析发现,60%GZ/AC-N800复合材料催化PS降解RhB符合准二级动力学。自由基掩蔽实验发现,该降解过程是自由基途径(SO_(4)^(·-)和·OH)和非自由基途径(^(1)O_(2))共同参与反应的氧化过程。

碳纳米管/锂渣混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能试验研究

为探究碳纳米管/锂渣混凝土的基本性能,设置水胶比为0.35、0.40和0.45,碳纳米管(CNTs)掺量为0、0.05%、0.10%和0.15%,锂渣(LS)掺量为20%的混凝土配合比,以抗压强度、电通量等作为表征参数,分析不同CNTs掺量、不同水胶比对混凝土抗压强度及抗氯离子渗透性能的影响,结合工业CT(ICT)扫描技术从细观层面分析碳纳米管/锂渣混凝土的孔隙结构及其特征参数。研究结果表明:CNTs掺量为0.10%时达到抗压强度最大值;水胶比由0.45降低到0.35,抗压强度最大提升34.04%;通过电通量测试分别测得28 d、56 d的数据得出碳纳米管/锂渣混凝土电通量等级分布在低与很低两个水平内,抗压强度与抗氯离子渗透性能之间存在明显的正相关性,通过分析证明,可以考虑初始电流作为氯离子渗透性能的评价指标。此外,通过CT扫描进一步研究碳纳米管/锂渣混凝土的孔隙结构,利用Image Proplus与VGStudio等软件对孔隙结构相关特征参数的提取、统计与分析,分析结果表明,适量的CNTs与较低的水胶比有利于孔结构的优化,且细观结构与宏观性能之间有着较强的相关性。

利用电石渣替代水泥开发固碳胶凝材料

本研究利用电石渣替代部分水泥,制备新型固碳胶凝材料,研究了不同电石渣含量的胶凝材料对600 kg/m3等级泡沫混凝土的基础性能及固碳性能的影响。研究表明:电石渣的掺入导致泡沫混凝土气孔变大,28 d抗压强度先升高后降低,保温性能提高;当电石渣取代10%水泥,制备出的泡沫混凝土干密度为595 kg/m3,28 d抗压强度比未掺加电石渣的提高4.2%,达5.0 MPa;当电石渣取代50%水泥,制备出的泡沫混凝土导热系数比未掺加电石渣的降低17.1%,为1.131 W·m-1·K-1。电石渣掺加有利于改善泡沫混凝土收缩,当电石渣掺量增加,泡沫混凝土先呈现收缩减小后出现膨胀。碳化养护不仅能够固化封存CO_(2),还能提高泡沫混凝土的力学性能与保温性能。电石渣掺量越高,泡沫混凝土固碳能力越强,电石渣掺量为50%时,CO_(2)的捕获量达到46.02 wt%。

高碳铬铁渣微表处混合料路用性能研究

针对道路养护工程优质石料资源匮乏,高碳铬铁渣大多采用堆存处理且利用率低等问题,将高碳铬铁渣分别以0%、20%、30%、40%、50%、60%的掺量替换常规微表处混合料,通过湿轮磨耗试验、车辙试验、黏聚力试验和构造深度试验研究不同高碳铬铁渣掺量下的微表处混合料的路用性能。试验结果表明:高碳铬铁渣掺量为20%时,混合料的耐磨耗性能和水稳定性与常规微表处混合料相近,抗车辙性能略有下降,早期强度和抗滑性能均优于常规微表处混合料。

钢渣基CO_(2)矿化板材的制备与性能研究

采用铺浆注模、压制脱水成型、CO_(2)养护等工艺措施制备钢渣板材,考察了原材料掺量、脱水压力、养护方式等对钢渣板材力学性能的影响。试验结果表明:水胶比0.35抗折强度最高;随着水泥、熟石灰以及木质纤维掺量的增加,板材的抗折强度均提高;随脱水压力的增加,板材的抗折强度先提高后降低;养护时间延长,板材的抗折强度提高;耐碱玻璃纤维长度减小,板材的抗折强度提高,耐碱玻璃纤维掺量为1.5%时,板材抗折强度最高。

钢渣粉低液固比固碳工艺及固碳钢渣粉对水泥基材料性能的影响

矿物固碳进行CO_(2)捕集是减少温室效应的重要途径,钢铁生产企业利用钢渣与带有余热和CO_(2)的废气反应可以达到协同处置的效果。本工作研究了低液固比(润湿状态)条件下钢渣固碳的最佳工艺,确定出最佳固碳反应参数为反应温度100℃、液固比9%、反应时间60 min、CO_(2)压力0.4 MPa。该工艺条件下,钢渣粉固碳率可达119.1 g CO_(2)/kg,固碳产物主要为方解石型碳酸钙。在此基础上,研究了掺入固碳钢渣粉对水泥净浆体积安定性、标准稠度需水量、凝结时间、胶砂强度和水化热的影响。结果表明:钢渣粉固碳后,体积安定性明显改善;固碳钢渣粉对水泥净浆标准稠度需水量无不利影响;与未固碳钢渣相比,固碳钢渣对水泥凝结硬化的延缓作用有所减弱,且随固碳率增大减弱效果增强;固碳钢渣粉在低掺量(10%)时,能提高水泥胶砂的3 d、7 d和28 d抗压强度,但掺量过高(>30%)时,会显著降低水泥胶砂的3 d、7 d和28 d抗压强度。XRD测试表明CaCO_(3)能够水化生成单碳型水化碳铝酸钙(C_(3)A·CaCO_(3)·11H_(2)O)和半碳型水化碳铝酸钙(C_(3)A·0.5CaCO_(3)·0.5Ca(OH)_(2)·11.5H_(2)O)。低液固比固碳有助于钢铁企业实现碳中和,也可以改善钢渣体积安定性,使钢渣粉得到更有效的利用。

钒渣空白焙烧-碳酸氢钠浸出选择性提钒

针对现有钒渣生产氧化钒工艺熟料浸出选择性差、浸出液杂质浓度高的问题,提出钒渣空白焙烧-碳酸氢钠浸出提钒新工艺,重点研究了焙烧温度、焙烧时间、钒渣粒度、碳酸氢钠浓度、浸出温度、浸出时间、熟料粒度、液固比对钒浸出率的影响规律,采用矿物解离分析仪(MLA)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等表征方法,分析了钒渣焙烧、浸出过程的物相和形貌变化特征。结果表明:钒渣空白焙烧过程中,钒主要与钙、锰结合生成焦钒酸钙锰,呈环状分布在氧化铁、铁板钛矿边缘;在焙烧温度930℃、焙烧时间120 min、碳酸氢钠浓度160 g/L、浸出温度95℃、浸出时间120 min、液固比(mL∶g)2∶1等条件下浸出,钒浸出率为94.03%;浸出液中钒38.83 g/L、硅0.21 g/L、铁0.08 g/L、磷0.08 g/L、钙0.02 g/L,锰、镁、铝、铬均<0.01 g/L,这表明浸出液中杂质浓度低,实现了熟料中钒的选择性浸出。碳酸化浸出液中的钙、锰、镁、铁、铝、磷、铬浓度低且理论上不富集,沉钒后的上层液可直接循环浸出熟料,省去废水处理工艺过程,避免水处理固废产生。

加速碳化条件下不同养护制度对碱矿渣混凝土钢筋锈蚀的影响

研究了加速碳化环境(CO_(2)浓度为20%)下,标准养护、饱和Ca(OH)_(2)溶液养护和蒸压养护对CaO+Na_(2)CO_(3)为激发剂的碱矿渣混凝土(CNC)中钢筋锈蚀的影响。结果表明,与标准养护相比,饱和Ca(OH)_(2)溶液养护不改变CNC的水化产物,但使其早期水化更加充分,因此平均孔径减小;蒸压养护使CNC水化产物由C-S-H凝胶转化为水榴石与11-?型的托勃莫来石,平均孔径和总孔隙率显著减小。在相同的加速碳化龄期下,与标准养护相比,饱和Ca(OH)_(2)溶液养护和蒸压养护的CNC碳化深度降低、CNC中钢筋发生高概率锈蚀时间延缓、钢筋失重率下降。与相同养护条件下的普通硅酸盐混凝土相比,标准养护和饱和Ca(OH)_(2)溶液养护的CNC中钢筋抗锈蚀能力远小于普通硅酸盐混凝土,而蒸压养护的CNC中钢筋抗锈蚀能力大于普通硅酸盐混凝土。

煤气化细渣脱灰提碳技术研究进展

分析了煤气化渣的组成和形貌,针对气化细渣中碳资源的特点综述了其用作燃料、吸附材料、工业材料、催化剂材料的现状。讨论了气化细渣脱灰提碳技术的分类和原理,总结了近些年相关技术的研究现状及进展。目前物理法脱灰提碳主要采用浮选法和重力分选法,两种方法各有特点,但都存在脱灰效率不高的问题;化学法采用酸碱洗的方式处理气化细渣,炭灰分离效果较好,但此过程会消耗大量的酸碱试剂。未来,应进一步探究气化细渣炭灰分离的机理及特点,开发合理且经济的脱灰提碳分离技术;同时,应加强耦合物理法和化学法的组合工艺的开发。

煤气化渣基Fe/Cu双活性催化剂的制备及其在制浆造纸废水深度处理中的应用

以煤气化渣酸浸处理制备的碳硅介孔材料为载体,通过碳热还原法制备了Fe/Cu双活性非均相Fenton催化剂,对催化剂的制备工艺进行了优化,以对氯苯酚为模型物探究了其催化H_(2)O_(2)去除对氯苯酚及处理制浆造纸废水的效果。结果表明,在煅烧温度900℃,浸渍液浓度0.2 mol/L,Fe/Cu物质的量比2∶1的条件下制备的催化剂具有最高的活性,对于对氯苯酚的去除率可达96.8%;在初始pH值=5,H_(2)O_(2)投加量16 mmol/L,催化剂投加量1.25 g/L,反应时间120 min的条件下,废水的COD_(Cr)去除率67.8%,色度去除率97.4%,出水COD_(Cr)浓度63.13 mg/L。

煤气化细渣高炭组分超声强化酸浸法制备多孔材料

煤气化细渣是煤炭清洁高效利用的副产物之一,其资源化应用迫在眉睫。通过简单筛分得到固定碳含量高于60%的高炭组分,并以此为原料,采用超声酸浸法制备多孔材料。以核废水中放射性碘的吸附处理为应用背景,用碘吸附值表征多孔材料的吸附性能。结合SEM、BET、XRD和FT-IR等性质和结构分析方法,系统研究了超声时间、超声功率、酸浓度和温度对多孔材料碘吸附性能和组成结构的影响规律;并探讨了超声强化酸浸对残炭的组成结构的影响机制和灰成分的迁移转化规律,总结出超声强化酸浸作用机理。结果表明,煤气化细渣高炭组分在酸浓度为4 mol/L、酸浸温度为50℃、超声功率为210 W,超声时间1.5 h的条件下,所制备多孔材料的碘吸附性能最佳,为468.53 mg/g,比表面积达到474.97 m^(2)/g,且具有以介孔为主的丰富孔隙结构。各因素对多孔材料碘吸附性能影响的顺序为:超声时间>酸浓度>超声功率>酸浸温度。超声强化酸浸作用机理是超声空化和机械波作用一方面强化炭灰黏附颗粒的解离,使堵塞在气化细渣孔道内的灰颗粒脱附,增加孔隙结构的连通性;其次,会导致炭灰颗粒表面裂纹的产生,增强碳颗粒内部无机组分的可及性;第三,能够提高酸浸过程的传质速率,强化气化细渣中的无机组分的浸出效果。

水煤浆煤气化粗渣水流分级提炭分质

煤气化渣提炭分质是实现其减量化、无害化、资源化利用的关键。本文以榆林地区气化粗渣为原料,利用自研的水流分级装置,研究了粗渣直接水流分级与先湿法筛分再水流分级组合的提炭分质特性。结果表明:水流分级能够高效实现粗渣中的炭灰分离,通过调整水流速和叶轮转速,所得浮渣烧失量最高可达43.16%,尾渣烧失量则低至6.63%。先湿法筛分再水流分级组合能够进一步提高粗渣中炭的回收,尤其是对于0.5~0.18mm粒级样品,其烧失量可提高至70.05%,该方法相对于直接水流分级其可燃体回收率和综合效率均显著提高。对粗渣及水流分级所得样品微观结构分析发现,残炭颗粒多呈不规则形状,表面粗糙且孔隙发达,灰颗粒则主要为大小不一的熔融球体和不规则的表面光滑且致密的颗粒。密度测定结果表明,分级样品的残炭含量越高,其密度越小。

焙烧法回收阳极炭渣中电解质试验研究

阳极炭渣是铝电解过程产出的危废,主要成分是冰晶石、亚冰晶石和碳,目前主要以堆存的方式暂存,不但污染环境,而且造成资源浪费。本文以甘肃某电解铝厂提供的阳极炭渣为原料,对其进行了表征分析,并在焙烧温度范围内热力学分析和TG-DSC分析的基础上,进行了单因素焙烧试验,得到以下主要结论:阳极炭渣中电解质含量较低区域,电解质附着在颗粒的表面和间隙,较高区域则包裹碳质材料;化学反应吉布斯自由能变分析表明,焙烧法回收阳极炭渣中电解质可行;单因素试验得到的较佳焙烧工艺为温度800℃、升温速率5℃/min、保温时间1.5 h,此条件下,阳极炭渣的失重率为24.3%,电解质碳脱除率为96.32%,回收率为90.63%;回收电解质中出现K_(2)NaAlF_(6)和LiF新相,Na、Al、F、Mg、Ca、K元素分布均匀且含量增加,电解质初晶温度为921.5℃,可满足铝电解工业应用要求。

碳酸钙晶须对碱矿渣胶凝材料的减缩增强作用

针对碱矿渣胶凝材料易收缩开裂等问题,采用一种新型微米级纤维——碳酸钙晶须对碱矿渣胶凝材料进行减缩增强,研究了碳酸钙晶须掺量对碱矿渣胶凝材料流变性能、抗压强度和干燥收缩的影响,并探究其显微增强机理.结果表明:微米级碳酸钙晶须的掺入对碱矿渣胶凝材料流动性影响较小,当碳酸钙晶须掺量为3%时,其新拌浆体塑性黏度为12.33 Pa·s,较未掺碳酸钙晶须的对照组仅增长14.48%,其硬化浆体28 d抗压强度可达105.8 MPa;碱矿渣胶凝材料的干燥收缩率随着碳酸钙晶须掺量的增加而降低,当碳酸钙晶须掺量为5%时,其28 d干燥收缩率仅有0.87%,较未掺碳酸钙晶须的对照组降低32.56%;碳酸钙晶须与基体紧密结合,在基体受力破坏时分散其所受应力,提升了碱矿渣胶凝材料的力学性能;碳酸钙晶须在体系内部的桥接作用能够有效延缓碱矿渣胶凝材料微裂纹的形成与扩展,在一定程度上遏制了宏观裂纹的发展.

钢渣高效碳化及无定形二氧化硅制备

针对钢渣利用率低、处理方法效果差等问题,提出了一种以Na_(2)CO_(3)溶液为介质的钢渣高效碳化方式.研究了最佳反应参数,并对碳化产物及制备的二氧化硅进行了表征.结果表明:通过调控Na_(2)CO_(3)溶液浓度、反应温度、液固比、反应时间等参数,钢渣可以达到最大碳化程度78.60%;钢渣中硅酸盐相中的钙可以充分碳化,但存在于RO相-硅酸盐相固溶体中的钙碳化受限;可实现55.46%的二氧化硅提取率,提取制备得到的无定形二氧化硅纯度高达98.79%.研究结果为钢渣的固碳高值化利用提供了方向.

阳极炭渣催化脱碳制备冰晶石工艺研究

铝电解阳极炭渣属于危废,但也是价值较高的含氟资源,其冰晶石含量约为70%(质量分数),有较大的回收利用价值。为实现阳极炭渣的资源化增值利用,探究了一步焙烧脱碳回收冰晶石的工艺,通过在阳极炭渣中添加反应助剂进行催化焙烧,考察了焙烧温度、保温时间、药剂配比对炭渣脱碳率的影响,得到实验最优条件:焙烧温度为760℃、保温时间为2.5 h、反应助剂添加量为5%(质量分数),该条件下脱碳率达到97.75%。对添加5%反应助剂的炭渣进行差热分析,得到了添加反应助剂催化焙烧阳极炭渣的燃烧规律,随着温度的升高先后发生结晶水的分解、反应助剂的燃烧、炭渣中碳的燃烧及电解质的挥发。所得到的产品中未见明显的碳残留,主要成分为冰晶石且催化焙烧过程中未引入新杂质,回收的冰晶石中铁硅杂质含量低、品质高,可直接返回电解槽循环使用。

碳酸化-水化耦合养护对不锈钢渣净浆力学性能和Cr离子溶出的影响

在CO_(2)浓度为99%,压力为0.2 MPa条件下,对钢渣复合胶凝材料进行碳酸化-水化耦合养护,调节碳酸化-水化耦合机制和碳酸化时间,分析硬化浆体的抗压强度、固碳量、矿物组成、微观形貌以及Cr离子溶出规律。结果表明钢渣/水泥试块标准养护3 d后进行碳酸化养护,3 d和28 d强度均达到最高。水化养护3d后进行碳酸化养护1 h、2 h、6 h,可使3 d的抗压强度提升16.3%、26.5%、50.2%,后期水化强度持续增长,28 d强度分别提高17.6%、27.7%、22.8%且安定性良好。水化养护28 d后进行碳酸化的试块固碳量最高,这是因为水化养护3 d后进行碳化,参与碳化反应的主要是C2S、C3S等,水化养护28 d后进行碳化,参与碳酸化反应的主要是C-S-H凝胶、Ca(OH)2,及未反应的C2S、C3S等。C-S-H凝胶和Ca(OH)2碳化活性较高,固碳能力强,但碳化产物强度较低。不同的碳酸化-水化耦合机制对Cr离子的固化作用也有显著的影响,水化养护3 d后进行碳酸化处理的固化效果最好,碳酸化养护6 h的试块,Cr离子溶出降低58.2%。

生物炭对碳化钢渣活性提升的机理研究

针对湿法碳化钢渣存在的水化活性受抑制以及固碳量不高等问题,提出了添加生物炭进行改性的研究思路.结果表明:生物炭有效提升了碳化钢渣的水化活性与CO_(2)反应性;与仅使用碳化钢渣的样品相比,利用生物碳和湿法碳化钢渣协同制备的活性矿物浆料,试件在7 d时的抗压强大提升了21.5%,CaCO_(3)的含量增加了25.1%;生物炭与湿法碳化钢渣协同作用有效地细化了试件的孔结构,增加了水化产物的含量且加速了早期的水化放热,因此钢渣的水化活性得到进一步提高;生物炭独特的疏松多孔结构有利于CaCO_(3)在试件孔隙中均匀沉淀,使CaCO_(3)的成核效应和填充效应得以更好地发挥.

低碳铝镇静钢精炼渣理化性能研究及动态调控

为提升低碳铝镇静钢水的可浇性,基于低碳铝镇静钢精炼渣的热力学计算,研究典型组分CaO/Al2O3(C/A)、SiO_(2)、FeO对精炼渣液相线温度、1650℃黏度和表面张力的影响规律,结合精炼渣理化性能(熔点和黏度-温度曲线)测试结果,建立吹氩直上精炼渣动态调控模型,并投入生产实践应用。结果表明:随着C/A增加,精炼渣熔点在渣中SiO_(2)质量分数为5%时单调升高,在渣中SiO_(2)质量分数为10%时先降后升,另随C/A的增加精炼渣黏度及黏度-温度曲线的转折温度升高;精炼渣组分范围为C/A 0.75~1.50、SiO_(2)质量分数0~10%、FeO质量分数2%~6%时,可获得较低的液相线温度、较高的黏度和表面张力。生产实践中应用建立的模型可实现造渣物料的动态加入,精炼渣理化性能的稳定性得到显著提升,精炼渣的C/A和全铁(TFe)质量分数标准差明显降低;液相线温度、1650℃时的黏度和表面张力平均值分别降低6.9℃、增加0.0206 Pa·s和0.0109 N/m;全氧(TO)质量分数均值由2.78×10(-3)%下降为2.25×10(-3)%,改进了19.1%,钢水的可浇性得到显著改善。

煤气化细渣及其分离后富碳组分的气化反应性

随着气流床煤气化技术在我国煤化工产业的广泛应用,煤气化后生成的气化细渣排放量逐年增加,目前气化细渣的资源化利用已成为煤化工固废治理的难题之一。选取不同碳含量的气化细渣及其分离后富碳组分为研究对象,解析了其组成、孔隙结构和微观形貌等结构参数,基于热重分析仪探究了其在CO_(2)气氛下的气化反应性,并采用等转化率法分析了气化反应动力学,揭示了煤气化细渣及其富碳组分结构特性与其气化反应性的内在关联。结果表明:孔隙结构是影响气化细渣及其富碳组分气化反应性的关键因素,孔结构发达的样品具有更高的气化反应性。随气化过程升温速率升高,气化细渣及其富碳组分的气化反应区间均向高温偏移。此外,具有相对较高固定碳含量的气化细渣、富碳组分气化反应活化能随转化率升高而降低,而样品本身高灰分气化细渣、富碳组分的气化反应活化能随转化率的增大而升高。研究结果为气化细渣及其分离后富碳组分的资源化利用提供理论指导。