Al-Sn复合材料的制备及其水反应产氢效率

为提高Al和水的反应活性,采用高能球磨法制备了Al-Sn复合材料,通过SEM、激光粒径分析、XRD等方法表征了Al-Sn复合物的微观结构,研究了Al-Sn复合材料的水反应活性,考察了颗粒粒径、水介质、起始温度、球磨参数变化对Al-Sn复合物水反应活性的影响。实验结果表明,高能球磨法及金属Sn的加入能够大幅提高Al与水反应的活性,制备的Al-Sn复合材料与水反应的氢气产率达83.92%,快速期最大产氢速率为359mL/(min·g)。

无机工业固体废弃物高温热化学转化的基础研究

随着工业的持续发展,煤、油页岩、菱镁矿、铁矿等矿物资源的用量不断增加,产生大量无机工业固体废弃物,低效的固废处置方式造成了巨大的环境污染和资源浪费。基于常见典型工业固体废弃物的化学组成,结合热力学分析结果,提出一种工业固体废弃物高温热化学转化方法,直接将无机工业固体废弃物转化为高附加值材料。该高温热化学转化方法通过热力学分析确定理想的目标产物及反应温度,利用热质传递效率高和易于放大的流化床,使单一或多种固体废弃物混合物中的各化学成分间发生固-固高温热化学反应,制成所需的复相材料使用或经进一步加工制得具有更高附加值的终端产品。通过对菱镁矿浮选尾矿、硼泥、油页岩渣、铁尾矿、铝灰、煤矸石等多种固体废弃物实验,获得了相应的复相粉体材料,验证了该方法的可行性。同时,通过选择性混合多种固体废弃物,改变反应物组成,可以调控目标产物及其含量。实验结果表明,利用高温流态化热化学反应技术,无机工业固体废弃物可成功转化为高附加值产物。研究成果对实现无机工业固体废弃物的有效利用、减少资源浪费、保护生态环境、推动绿色、低碳和可持续发展提供了又一途径,也为相关固体废弃物的综合利用提供了具体数据支撑。

基于外源排查和工程改造的污水系统提质增效实践

分流制污水管网的外水侵入是造成管网高水位运行、污水浓度低的主要原因之一。针对某污水系统A、B污水厂进水水质浓度降低、污水处理总量波动较大的现象,坚持系统治水,在全面摸查管网的基础上,通过物料平衡法、水量平衡法初步判断进入系统的山水、河涌水、湖水、雨水的外水量和区域,再进行外水点实际踏勘、监测、验证,对外水进行溯源,精准定量、定位。结合4类水特点和基础条件,通过一系列工程实施有力地减少外水入侵,提高了污水厂进水水质浓度。上述研究成果为后续推进污水系统提质增效、营造健康的城市排水保障系统探索出一条实施路径。

复杂富水地层无机固水材料注浆堵水应用研究

马钢矿业姑山矿业公司采用的常规单液水泥注浆封堵复杂富水地层导水通道,存在可注性及浆液扩散效果差等问题,对此,姑山矿业公司进行了高效无机固水材料替代水泥注浆堵水试验。结果表明:高效无机固水材料注入会形成钙矾石,其注浆材料成本为156.98~228.81元/m^(3),注浆结石体材料费用仅为常规单液水泥浆的一半;相对于单液水泥浆,高效无机固水材料浆液具有可输送性和可注性强、固结速度快、固结后体积收缩率小、生产成本低等优点;该高效无机固水材料具有良好的推广应用前景。

碱金属掺杂对高温固相法制备的CaMoO_(4):Sm^(3+)荧光粉发光性质的影响

在无机发光材料领域里,值得注意的是具有稳定化学及物理性质的优良材料钼酸钙。本次研究使用高温固相法制备一系列单一基质Ca MoO_(4)掺杂Sm^(3+)的白光荧光粉,并使用XRD测试其物相结构,用激发和发射光谱测试发光性能。最终研究发现钼酸钙(CaMoO_(4))中Sm^(3+)掺杂浓度为0.020时,荧光粉发光性能最强。当进一步掺杂碱金属作电荷补偿剂时,CaMoO_(4):0.020Sm^(3+)的发光强度最优异,其中掺杂K^(+)的荧光粉样品具有最大的发光强度,表明这种荧光粉在发光二极管照明方面具有深远而广阔的发展前景。

河探1井超高密度钻井液技术

河探1井是中油股份公司在华北油田河套盆地临河坳陷部署的一口重点风险探井,完钻井深为6460.44 m,钻探目的为探索兴隆构造带光明背斜古近系、新近系生储盖特征及其含油气性。该井三开钻遇四套不同压力系数复杂地层,钻井液密度窗口窄,现场顺利实施了提密度压井、堵漏,控压钻进等作业,四开钻遇异常高压流体层,应用超高密度钻井液体系一次性将钻井液密度从1.80 g/cm^(3)提高至2.55 g/cm^(3),并安全实施完井作业,储备压井高密度钻井液(ρ=2.60 g/cm^(3)),达到国内应用水基钻井液采用重晶石粉加重的极限。在钻井施工过程中先后出现井塌、膏泥岩层蠕变缩径卡钻、高压盐水侵以及井漏等事故复杂,采用超高密度抗高温复合盐钻井液,现场应用随钻封堵提高地层承压能力工艺,分段完成七次承压堵漏,同时强化一级固控有效使用,应用高目筛布、优化钻井液体系配方、优选加重材料、调节膨润土含量及合理控制低密度固相含量等手段,成功解决了窄密度窗口和超高密度水基钻井液高温、高固相流变性能调整困难等技术难题,确保了压井和试油作业期间高温条件下超高密度钻井液体系具有良好的稳定性。该井创地区同期六项钻井技术指标,日产302.4 m^(3)高产工业油流,实现巴彦油田最深井勘探发现,为钻井及完井试油作业提供了技术支撑。

工业固废在超高水材料中综合利用的实验研究

针对超高水材料时常出现压缩泌水,影响使用效果等问题,研究了粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、选铁尾矿砂等工业固废的性能,结合超高水材料的特点,开展大量实验,通过在超高水充填材料中掺入适量工业固废,改善超高水材料性能,实现工业固废综合利用的目的。

我国充填采煤技术回顾及发展现状

煤矿充填开采技术在固体废弃物处置、控制采煤沉陷、提高资源采出率和建设生态矿山等方面发挥着举足轻重的作用。自20世纪初至今,世界矿山充填开采技术已有百年的发展历史。根据资料分析,按照充填材料类型划分,20世纪矿山充填技术经历了废石干式充填、水砂充填、低浓度尾砂胶结充填和膏体充填4个发展阶段,回顾了当时我国充填采煤技术的应用和发展历程以及水砂充填、矸石自溜充填等主要充填工艺。21世纪以来,我国充填采煤技术取得了快速发展,形成了固体、膏体和超高水3种充填材料和应用于综采、连采工作面的2种充填工艺,固体废弃物利用种类、充填效果、机械化程度、整体技术水平大幅提升,对充填材料及其制备输送,工作面充填工艺特点进行了归纳总结,尤其是剖析了综采工作面充填的特点及生产效率制约因素,提出应从新型装备研发、临时护顶技术、充填空间高效密封措施等方面减少充填各环节时间。最后,结合实践效果,从充填采煤能力、地表下沉系数、充填开采增加成本、资源采出率和技术适用条件方面对固体充填综采、膏体充填综采、超高水充填综采、固体充填连采、膏体充填连采5种充填采煤方式进行了分析,为各矿选择适合自身的充填方式提供了依据。

气固相硫协同作用下水冷壁的高温腐蚀特性

利用高温管式炉对电站锅炉水冷壁受热面常用的两种管材(12Cr1Mo VG和15Cr Mo G)开展高温腐蚀实验研究,采用腐蚀增重法,得出气相硫、气固相硫作用下试片的腐蚀动力学曲线,并利用SEM和EDS对腐蚀试片表面及断面的微观形貌和元素成分进行分析。结果表明:两种材料的腐蚀动力学曲线都满足双对数曲线规律,气固相硫协同作用对金属的腐蚀性强于单因素气相硫的影响,15Cr Mo G的抗腐蚀性能优于12Cr1Mo VG;腐蚀层大致可以分为3层,依次为剥离叶片层、过渡层和腐蚀渗透层,气相硫腐蚀下腐蚀层较厚并且质地紧密,气相硫与固相硫协同腐蚀下腐蚀层较薄并且质地疏松,极易剥落;此外腐蚀层中存在硫元素富集现象,腐蚀渗透层中的硫元素质量分数高达6.65%,并且氧元素含量从金属基体表面到腐蚀层表面呈现递增规律。

高水充填材料抗压强度研究

高水材料作为煤矿开采充填材料具有很多优点,但目前关于水固比3∶1以上的材料强度研究较少。文章初步研究了原材料配比、水固比、研磨时间对高水材料抗压强度的影响规律。结果表明:水固比为3∶1的条件下,A料B料配比为1∶0.8时高水材料结石体强度最高,为3.11MPa;当水固比为5∶1时,结石体强度大幅度降低,但随A料B料配比增加,结石体抗压强度逐渐增加。A料研磨时间为10min、B料研磨时间为30min的组合,结石体抗压强度最高,3天单轴强度为1.23MPa。

钙长石中镓置换骨架铝对结构和Eu^(2+)发光特性的影响

采用高温固相法在弱还原气氛下制备了Ca0.955Al2-xGaxSi2O8∶Eu2+(x=0～1.0)系列荧光粉,研究了Ga3+置换Al3+对晶体结构和光谱特性的影响。Ga3+以类质同相替代CaAl2Si2O8晶格中的Al3+形成连续固溶体,晶胞参数a,b,c和晶胞体积V随Ga3+置换量呈线性增大;晶面夹角α,β和γ随Ga3+置换量的增加呈线性递减。荧光激发谱为宽带,位于230～420 nm,可拟合成4个峰,表观峰值位于352 nm;随着Ga3+置换量的增加,半高宽从112 nm减小到98 nm。发射光谱位于375～560 nm,可由421和457 nm两峰拟合而成,表观峰值位于425 nm,随着Ga3+置换量的增加,两拟合峰均线性红移,且拟合峰强度比呈线性递减。

高效固液分离技术处理给水厂排泥水的中试研究

以天津杨柳青水厂排泥水为处理对象,利用高效固液分离技术进行处理规模为2.04～5.44m3/h的中试研究,确定了在管式反应器与静态混合器不同混合反应条件下的工艺控制参数。试验结果表明,利用高效固液分离技术处理给水厂排泥水是切实可行的,系统连续运行的稳定性高,稳定运行时的出水浊度一般低于5NTU。进水SS在300mg/L时,确定的适宜工艺控制参数为:PAC投量6～11mg/L,PAM投量0.97～1.22mg/L,机械搅拌转速为8～12r/min,最大上升流速可达65～70cm/min;前置混合条件采用静态混合器-管式反应器时的处理效果较佳。

改性聚合硫酸铁的制备及其絮凝性能

本文介绍了一种改性聚合硫酸铁的制备方法，并测试了改性聚合硫酸铁的絮凝性能。实验结果表明，改性聚合硫酸铁的絮凝沉降效果极为优越，与传统的絮凝剂如聚合硫酸铁和碱式氯化铝等相比，改性聚合硫酸铁的絮凝性能是最好的。

锂离子电池正极材料LiNiO_2的结构和性能

采用高温固相熔融加压法合成LiNiO_2正极材料,研究了助熔剂LiNO_3的加入量和反应体系中O_2压力对材料的结构和放电容量的影响．结果表明,随着LiNO_3加入量的增加,产物容量先增加后减小,LiOH和LiNO_3摩尔比0．9:0．1时产物结构和容量性能最佳;增大反应体系中O_2压力,产物结构和放电容量均得到改善．对LiNiO_2进行循环性能检测,30次循环后放电容量保持率为81．8%,晶型保持很好,相变反应特征变得明显,但是充电平台电位降低．采用交流阻抗技术计算知Li^+在Li_xNiO_2活性材料中的扩散系数在10^(-9)cm^2s^(-1)数量级,扩散系数较大,因而在充放电过程中Li^+迁移扩散更容易,材料电化学活性提高．

我国煤矿充填开采技术及其发展趋势

基于煤矿可持续发展与环境保护的要求,阐述了煤矿充填开采的必要性,通过收集分析我国20个典型充填开采应用实例,系统论述了巷道掘进抛矸充填、长壁普采矸石充填、长壁综采矸石充填、膏体充填和高水充填等技术特点,得出了巷道掘进矸石充填适用于配采和重要保护场合,长壁综采矸石和膏体充填适用于主采和普通保护场合,高水充填适用于缺少充填材料和单一煤层场合;提出了采煤量、充填量、采出率、吨煤成本、充满率、移近量、下沉量、减沉率、变形量和保护面积可作为充填开采效果的评价指标。最后,建议对高效充填和充填空间密闭做深入研究。

改性天然介质材料的除氟特性研究

饮水中氟含量超标可引发严重的地方性氟中毒。如何高效、经济地降低饮用水中氟含量对保证供水水质安全意义重大。以石英砂、沸石、煤矸石和壳聚糖4种天然介质材料为载体,制备铁/铝改性吸附剂,通过静态吸附试验、等温吸附试验和动力学吸附试验,对比研究了4种改性天然介质材料的除氟效果。结果表明:载铝煤矸石和载铁沸石两种改性材料均表现出较好的氟吸附性能,在本试验条件下两种改性材料的除氟率分别达85.1%和83%;动力学吸附试验结果显示,两种改性材料对氟的吸附在1～2h内基本完成,在4h内达到吸附平衡。可见,利用天然介质材料改性去除水环境中氟污染效果显著,前景广阔。

水泥熟料中间体的析晶程度对水泥与高效减水剂相容性的影响

综合采取了化学萃取法及X射线衍射法2种方法,分析比较了8种水泥熟料中间体析晶程度的大小,检测了各熟料对应的水泥与高效减水剂相容性的差异,据此分析了熟料中间体的析晶程度对水泥与高效减水剂相容性的影响。试验发现,水泥与高效减水剂的相容性不仅受到熟料中间体各矿物含量的影响,而且与中间体各矿物的析晶程度有很大关系,熟料中间体矿物的析晶程度是水泥与高效减水剂的相容性的重要影响因素。

阳离子高分子聚合物与无机混凝剂用于低温低浊水的处理效果比较

采用微絮凝-深床直接过滤技术处理低温低浊水质,投加阳离子高分子聚合物作主混凝剂或助凝剂,根据试验所得结果,讨论了无机混凝剂和阳离子高分子聚合物的低温低浊水处理机理,并对其处理效果进行了比较.得出:当水温t<4～5℃与浊度C0<4NTU时,不宜单独采用无机混凝剂AS、PAC.而投加阳离子高分子聚合物作主絮凝剂或助凝剂,不仅能优化出水水质、延长滤程、提高产水量,且能显著降低药剂成本,减少污泥体积.

碳酸钙渣悬浮态煅烧工业试验线工艺控制研究

碳酸钙渣是磷石膏生产硫酸铵时排放的废渣，其成分受制于硫酸铵生产线，主要矿物成分为碳酸钙，碳酸钙干基含量为72％-78％（质量分数，下同），水分含量为15％～28％，且二者含量波动较大。贵州瓮福磷肥厂采用高固气比悬浮煅烧一快速冷却技术建成一条碳酸钙渣制备活性石灰的工业试验线．将石灰产品用于处理污水和生产建材。根据工业试验线的工艺调试经验，初步总结出该生产线的工艺控制要点和主要工艺参数的控制范围，并对生产线的优化改进提出建议．作为生产实践的参考。

Li2MnO3正极材料中掺杂Co、Ni的电化学性能研究

分别以金属Co和Ni替代Li2MnO3中的部分Mn,并采用高温固相合成法制备Li2Mn0.5Ni0.5O3和Li2Mn0.5Co0.5O3正极材料,通过SEM分析和X射线衍射观察材料的微观形貌和晶体结构,循环伏安法、交流阻抗测试和恒流充放电实验,测试材料的电化学性能.结果表明:Li2Mn0.5Ni0.5O3材料的首次放电比容量为308.9 mAh·g-1,库伦效率为92.1%,循环40圈时容量保持率为93.7%,Li2Mn0.5Co0.5O3材料的首次放电比容量为282.6 mAh·g-1,库伦效率为98.2%;循环50圈时放电比容量为332.6 mAh·g-1,充放电性能较好;Li2Mn0.5Co0.5O3材料锂离子扩散电阻小,氧化还原峰极化小,展现出良好的循环稳定性.由此得出结论,Co掺杂所得Li2Mn0.5Co0.5O3材料相比于Li2Mn0.5Ni0.5O3材料,不仅具有更完好的晶型结构,还有更高的放电比容量、更长的循环寿命以及良好的循环稳定性.