冶金流程模拟软件SYSCAD及其在湿法冶金中的应用

详细介绍了冶金流程模拟软件SYSCAD,并利用SYSCAD软件模拟计算了典型的湿法冶金流程。结果表明,SYSCAD软件可提高工艺流程的计算效率,是冶金项目工程设计计算中非常有用的计算工具。

高铝粉煤灰伴生资源清洁循环利用技术的构建与研究进展

我国富含硅锂镓的高铝粉煤灰年排放量高达3 000万t以上,但综合利用率不到30%,是西北大型煤电能源基地重大环境生态瓶颈问题。为实现高铝粉煤灰的大规模高值化利用,提出机械-化学协同活化新思路,开展了高铝粉煤灰协同活化-深度脱硅工艺研究,实现了非晶态二氧化硅的深度分离,进一步提出了脱硅粉煤灰矿相重构制备铝硅系列材料、脱硅粉煤灰两步碱溶提取氧化铝2条技术路线。结果表明,高铝粉煤灰深度脱硅后,铝硅比由1.75提高至2.75以上;1 600℃烧结后,莫来石相含量达到88.33%,产品指标达到行业优级标准;脱硅粉煤灰经过两步水热反应,氧化铝提取率达到94.9%,实现锂、镓伴生资源协同利用,将氧化铝行业拜耳法主流工艺用于高铝粉煤灰提取氧化铝的过程;在此基础上构建了多产业链接循环经济体系,为高铝粉煤灰大规模高值化利用提供了新途径。

精馏法处理钼酸铵生产中的高浓度氨氮废水

采用中和—过滤—换热—精馏—氨水回收的工艺处理钼酸铵生产废水,研究了各工艺参数对脱氨效果的影响、硫酸钙结垢机理和阻垢剂的阻垢性能与原理。结果表明,将pH调节至12.5以上能有效去除铜氨络离子,进而较彻底地去除氨氮;精馏塔的关键操作参数优化值为:塔釜温度105℃,蒸汽压力不低于0.3 MPa,优化后的精馏工艺,能够实现精馏设备的稳定运行和排水达标。阻垢剂在硫酸钙结垢形成之前添加效果最佳,阻垢原理为阻止溶解度较高的α-硫酸钙转化为溶解度较低的二水硫酸钙,从而提高结垢的浓度阈值。

焦炉烟气湿法钢渣联合脱硫脱硝工艺及机理研究

富含氧化钙和氧化镁的废钢渣有望成为低成本硫和氮氧化物的碱性吸收剂而用于废气的净化。本文测试和分析了首钢转炉钢渣的成分,将其制成钢渣浆料用于焦炉烟气的联合脱硫脱硝;设计和制作了鼓泡反应装置;研究了湿法钢渣浆料脱除NO和SO_2的工艺和机理,并采用HSC Chemistry 6.0软件对相关反应做了热力学分析。结果表明,钢渣中碱性物质具有脱硫和脱硝作用;此时在反应器内的气-液-固三相体系中发生的化学脱除反应,大部分为自发放热反应;在303.15 K时,固含量8%的钢渣浆液对焦炉烟气的SO_2的脱除率可达97%,NO的脱除率却仅为10.1%,温度升高,SO_2和NO的脱除率下降。为了进一步解决其中NO脱除率低的问题,设计将氧气配入到烟气中,氧化NO成易于被浆料吸收和转化的氮氧化物,并同时在浆料中添加高锰酸钾做氧化助剂。结果表明,它们的存在使脱硝率得到了大幅提高,当O_2体积浓度为5%,高锰酸钾质量分数为2%时,SO_2和NO的总脱除率分别达到了98%和96%,使焦炉烟气的联合脱硫脱硝的应用成为可能,从而为钢渣脱硫和脱硝的理论研究及实际应用奠定了良好基础。

碱法钛白粉生产工艺中硫酸钛溶液的制备和水解

研究了碱法钛白粉清洁生产工艺中硫酸钛溶液的制备及水解。硫酸钛溶液制备过程中,通过试验及MATLAB拟合,确定了硫酸质量分数、原料用量与硫酸钛溶液质量浓度及酸度系数(F值)间的函数关系;水解过程中,考察了水解温度、酸度系数(F值)、硫酸钛质量浓度对水解的影响。在优化水解条件下,钛水解率达90%以上,制得的偏钛酸在高温下煅烧可得到金红石型和锐钛矿型二氧化钛。

铬盐生产工艺中除铝方法的研究进展

主要从固相法和液相法两个方面介绍铬盐生产工艺中铝杂质的脱除方法,固相法重点介绍无钙焙烧法,无钙焙烧熟料中含铝固相产物有铁镁矿(Mg(Fe,Al)2O4)、铝硅酸钠(NaAlSiO4)和铝硅酸镁钠(Na4MgAl2Si3O12)。同时,根据铬矿成分的不同,添加含硅或含铝原料,控制SiO2和Al2O3摩尔比,使铬铁矿中的铝和硅在无钙焙烧过程中转化成为铝硅酸钠和铝硅酸镁钠。铬酸盐熟料浸出过程中,液相中铝化合物主要是铝酸盐。液相法脱除铝杂质与体系的碱浓度密切相关。低碱浓度时,碳分法有利于得到铬酸盐夹带少、易过滤的氢氧化铝;高碱浓度时,首先进行萃取脱碱,降低溶液中碱/铝比例,然后采用种分法得到氢氧化铝沉淀。综述了各种除铝方法的特点,并探讨了除铝方法的发展方向。

高效旋转薄膜蒸发器在亚熔盐铬盐清洁生产中的应用

研究采用1 m2高效旋转薄膜蒸发器蒸发浓缩除杂净化后50%碱液的过程,考察加热温度、进料流量和真空度等参数对完成液浓度、蒸发强度和总传热系数的影响,优化工艺条件。结果表明,50%碱液以沸点进料,导热油温度在260℃以上,流量控制在0.08 m3/h,真空度保持在0.08±0.005 MPa,浓缩后的碱液浓度可达75%以上,能够满足该清洁工艺中对于循环碱液浓度的要求,经济效益显著。

化工冶金固废资源化中的“减法型”与“加法型”工艺

针对大宗化工冶金固废资源化过程,提出"加法型"与"减法型"高值化利用工艺,重点论述"加"与"减"的方法及两种工艺的共性关键过程——结晶过程,以及结晶过程中介稳中间体的控制及其作用。将"减法型"工艺应用于电石渣制纳米碳酸钙,通过物理除杂和化学除杂的复合除杂方法实现了电石渣资源化过程中的"减",获得了无定形碳酸钙中间体的形成、稳定化方法,以及无定形碳酸钙对最终产物纳米碳酸钙粒度及分布的影响规律;将"加法型"工艺应用于冶硅废渣制高强耐磨抗腐蚀工程微晶玻璃中,以冶硅废渣为主要原料构建了新型体系,实现了冶硅废渣资源化过程中的"加",得到亚稳态非晶基础玻璃中间体的稳定化机制,获得性能优异的冶金废渣微晶玻璃。

湿法烟气脱硫塔内传递与化学反应过程CFD模拟

以某330MW燃煤发电机组湿法烟气脱硫塔为研究对象,采用欧拉-拉格朗日方法建立了塔内气-液两相流动、热质交换模型,以溶解平衡、质量守恒及电荷守恒描述浆液内13种溶质组分瞬时化学反应特性,通过用户自定义函数实现流动模型与传质模型、化学反应模型的耦合。基于上述模型预测了脱硫塔内气-液两相流动、液滴蒸发与SO2化学吸收过程,获得了SO2浓度与浆液pH的径向分布特性,详细分析了气-液流动对化学吸收特性的影响,结果表明局部液气比分布特性是影响SO2径向分布的关键因素之一,可通过调控近壁区及主管道区的两相流动状态提高脱硫塔的吸收性能;随着气相侧SO2浓度提高或液滴粒径减小,浆液pH下降速率增大且各化学组分浓度达到稳定状态用时缩短。

焦炉烟气钢渣湿法联合脱硫脱硝试验研究

焦炭生产过程会排放大量的烟气,烟气中的SO2和NOx会造成环境污染。随着焦化行业大气污染物排放标准越来越严格,为解决焦炉烟气中SO2和NOx的污染问题,以钢渣为吸收剂,在自制小型鼓泡搅拌反应器中进行了焦炉烟气联合脱硫脱硝试验,研究了浆液温度、浆液浓度、烟气流量、SO2浓度、NO浓度对SO2和NO脱除效率的影响,并得到优化的运行条件。研究发现,温度升高会降低NO氧化的反应速率,导致生成的NO2浓度降低,从而使脱硝效率下降;浆液浓度升高会增大浆液体系的pH值,促进NO脱除;烟气流量增加,即停留时间减少会降低气液接触时间,导致脱硫脱硝效率降低;优化的运行条件为30℃、浆液浓度8%、烟气流量400 mL/min,在最优运行条件下,可实现脱硝效率50.7%,脱硫效率高于95%。钢渣同时脱硫脱硝过程机理研究表明:钢渣中溶解出的OH^-能维持浆液保持碱性,具有较高的缓冲pH值能力,从而有利于SO2和NOx的脱除;NO与O2反应生成NO2,NO2与OH^-反应生成NO-2和NO-3;NO2与NO结合生成极易溶于水的N2O3,N2O3再与OH^-反应生成NO-2,从而实现NOx的脱除。通过气相预氧化将部分NO氧化为NO2,然后NO2以及剩余的NO和NO2结合的N2O3被钢渣浆液快速高效吸收,达到NOx排放标准甚至超低排放标准,有利于钢渣湿法联合脱硫脱硝的工程化应用。

原位中和法脱除锰冶金浸出液中铁铝新过程研究

在对前期已构建的溶液中铁铝成核和长大过程体系研究的基础上,开发了锰冶金过程硫酸锰浸出液原位中和脱除铁铝的新技术,同步脱除铁铝,将硫酸锰浸出液中的铝铁杂质由现行方法中的氢氧化铝和氢氧化铁直接转变成γ-AlOOH和α-FeOOH,替代现行工艺中采用的中和除铁铝方法,将渣中的锰带损由7%~8%降低到2%~3%,渣的过滤性能提高了50%。该方法没有大幅度改变现行工艺的各项条件,对于现行工业生产扰动小,同时能解决目前渣中锰吸附夹带量高、过滤性能差的问题,在提高锰直收率的同时降低了渣中的锰含量,兼顾环境和经济效益,为中国锰冶金清洁生产技术的推行提供助力。

化学氧化强化湿法冶金清洁生产:进展与展望

湿法冶金具有能耗低、污染小等优点,广泛应用于低品位复杂矿石处理。金属浸出是湿法冶金的首要环节,但存在金属回收率低和反应时间长等问题。化学氧化可加速金属硫化物转化为金属离子或改变金属的价态,有利于后续目标金属的分离富集,在此过程中还可以通过介质强化、外场强化提高金属氧化浸出率。主要介绍了五种典型的低腐蚀性化学氧化剂(Fe^(3+),O_(2),H_(2)O_(2),O_(3)和过硫酸盐),以及相关的协同氧化方法在金属浸出中的应用和机理分析,介绍了加压强化、介质强化、微波和超声等强化方法,对比分析了各方法的优缺点及适用范围。Fe^(3+)广泛应用于硫化矿的酸性浸出,独特的离子对循环使Fe^(3+)可与多种氧化剂形成协同氧化浸出机制。O_(2)常通过加压强化提升氧化浸出效率,可促进难处理硫化矿氧化分解。H_(2)O_(2)氧化性强,氧化产物清洁无污染,受到广泛关注,近年来多用于电子废弃物资源处理领域。臭氧预氧化处理含硫含砷难处理金精矿,可有效解除难浸硫化矿对金的包裹,促进金的溶出。过硫酸盐性质稳定,氧化能力强,可活化生成更高氧化性的活性氧。协同氧化可结合各氧化剂的优点,提高氧化能力,降低综合成本。四种强化方法可为化学氧化过程提供能量、加强传质或提高金属分离选择性,有助于提高金属浸出率,缩短反应时间。展望了化学氧化强化金属浸出技术的发展前景和技术挑战,对湿法冶金清洁生产技术开发有指导意义。要点:(1)化学氧化可缩短浸出时间并提高金属浸出率。(2)化学氧化技术有助于开发清洁的湿法冶金工艺。(3)协同氧化、介质强化和外场强化方法可进一步提高氧化浸出金属的效率。

盐酸法富集钨渣中的钽和铌

采用ICP-OES、XRD和SEM-EDS分别对钨渣成分、物相及各元素分布状态进行分析。结果表明,钨渣的主要物相为铁/锰氧化物、硅酸盐及石英,钽和铌主要包裹于含硅、锰物相中。在此基础上,提出了钨渣稀盐酸脱硅-浓盐酸深度脱铁、锰的钽铌酸法富集新方法。考察钨渣中硅、铁、锰、钙和铝等杂质元素的脱除规律,获得最优工艺条件。在最优条件下,钨渣脱硅率可达70%以上,铁和锰的脱除率可分别达到98.01%和98.71%,钽和铌回收率分别为86.57%和82.48%,富集渣中钽和铌的品位分别达到2.81%和9.23%,可直接作为钽铌湿法冶炼工业原料。

液相氧化法钒渣提钒研究及展望(英文)

针对从钒渣中提取钒、铬存在的问题,提出了一系列绿色液相氧化法,包括NaOH/KOH亚熔盐法和NaOH-NaNO3熔盐法.与传统钠化焙烧法工艺相比,新方法的操作温度由850℃降低至200～400℃,而钒、铬的提取率分别由75％和接近0提高至95％和90％,整个操作过程中无废气及毒渣排放.与焙烧法相比,新工艺在能耗、环境友好及矿物资源综合利用率方面显示出明显的优势,成为钒行业绿色化升级的有效替代方案.

KOH亚熔盐法分解钒渣的动力学分析(英文)

开发了一种常压下用KOH亚熔盐介质氧化分解钒渣的新工艺,并考察了反应温度、碱矿质量比、粒度、搅拌速率等工艺参数对钒铬浸出的影响。结果表明,反应温度、碱矿比是最重要的影响因素;在反应温度180°C、碱矿质量比4:1、搅拌速率700r/min、通氧气流量1L/min的条件下,反应进行300min后钒、铬的浸出率分别达到了95%和90%。动力学分析表明,钒渣在KOH亚熔盐介质中的氧化分解遵循缩核模型,并受内扩散控制。钒铬尖晶石分解反应的表观活化能分别为40.54和50.27kJ/mol。

磷石膏中杂质深度脱除技术

以深度脱除磷石膏中的杂质,提高其品质为目的,采用XRF、XRD、SEM以及白度分析仪等多种分析表征手段,对水洗、硫酸酸洗以及硫酸酸洗耦合溶剂萃取等3种磷石膏净化除杂方法进行了比较分析研究。结果表明,磷石膏表面粘附的少量可溶性磷、镁化合物以及部分可溶性含硅及氟化合物可采用水洗除去,而磷石膏中几乎全部含有可溶性硅、铝、铁、氟、钾等杂质元素的化合物可采用硫酸酸洗除去。在水洗和酸洗过程中,磷石膏中的二水硫酸钙均经历了溶解再结晶成无水硫酸钙的晶型转变过程,并且在硫酸体系中可有效促进其晶型转变速率。此外,在硫酸酸洗过程中添加磷酸三丁酯,不仅可有效脱除磷石膏中的石英、硫化亚铁、无机炭黑等酸不可溶性杂质,还可有效脱除溶解度较小的氟硅酸钾和带结晶水的氟化铝等杂质,由此可以获得纯度大于99%、白度大于92%,并且分散性较好的棒状细小无水硫酸钙颗粒。采用硫酸酸洗耦合有机溶剂磷酸三丁酯萃取深度净化磷石膏,将为磷石膏资源实现高效利用提供了新途径。

含钒炉渣碱法水热过程提取钒机理

针对有毒的提钒尾渣及含钒钢渣年排放量巨大、无法综合利用的问题,研究含钒炉渣回收钒的过程机理。SEM分析结果表明,提钒尾渣中的钒集中赋存于赤铁矿相(Fe_2O_3)和铁板钛矿相(Fe_2TiO_5)中,同时也有一部分赋存于含Si锥辉石相(NaFe(SiO_3)_2)中;钢渣中的钒则主要赋存在硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙相中和自由氧化物。根据四价钒和五价钒具有碱溶性的特性,得出提钒尾渣中92%的钒和钢渣中94%的钒是碱溶性的。通过温度和碱浓度对含钒炉渣物相的影响实验得知,温度对硅酸盐相的破坏作用显著,碱浓度与硅酸盐相的分解率呈线性增加的关系。通过NaOH介质水热过程分解含钒炉渣,钒的浸出率高于90%。

酸洗去除冶金硅中的典型杂质

以王水和氢氟酸为酸洗介质,研究酸洗对冶金硅中典型杂质元素的脱除效果。结果表明:王水和氢氟酸对金属类杂质均有明显的去除作用,但对非金属B和P去除效率差。Al杂质经王水和氢氟酸酸洗后去除率分别为80%和86.3%,Fe杂质的去除率分别为78.6%和89.4%。氢氟酸对总杂质去除率比王水提高12%,但其对Cu的去除率仅为4.8%。Cu的相态分析表明:Cu在冶金硅中主要是以Al-Si-Cu合金相存在,抗氢氟酸腐蚀性强。与氢氟酸不同,王水通过化学破碎作用使硅粉粒度变小,利于杂质相暴露。两种酸对硅粉的损失率均小于3.5%。

高能球磨高温固相法制备尖晶石型铜铬黑颜料

以Cr2O3与CuO为原料,采用高能球磨高温固相法制备尖晶石型铜铬黑颜料;利用XRD、SEM和激光粒度仪等方法对制备颜料的结构、形貌及粒度进行了表征。系统研究了前体混料方式、球磨时间、煅烧温度、煅烧时间等条件对铜铬黑颜料晶型、粒度的影响;探讨了掺杂对铜铬黑颜料着色力的影响。研究表明,通过高能球磨可有效地控制颗粒大小及均匀性,NiO与CoO的掺入可显著提高其着色力。高能球磨10 min,煅烧温度900℃,保温时间3 h下制备出了粒径分布均匀着色力较好的铜铬黑颜料。

钒酸钙碳化铵化生产钒氧化物的反应规律

以钒渣亚熔盐法钒铬共提工艺所得到的中间产品钒酸钙为研究对象,针对钒酸钙后续产品转化问题,提出钒酸钙碳化铵化生产钒氧化物的工艺路线;研究NH_4HCO_3转化溶出钒的工艺条件,考察是否通入CO_2、NH_4HCO_3的添加量、反应温度、不同液固比以及反应时间等对钒酸钙转化溶出效果的影响。结果表明:钒酸钙碳化铵化反应的最佳条件为反应温度75℃,液固比20:1,通入CO_2,且流速1.5 L/min,铵钒摩尔比1.0,反应时间1h,此条件下钒酸钙中钒转化率为97.35%。