煤基成型活性炭活化实验研究及性能表征

以低变质粉煤与液化残渣为原料,水蒸气为活化剂,研究了活化时间与活化温度对成型活性炭吸附性能、抗压强度和活性炭收率的影响。采用N2吸附、SEM、碘吸附等手段对成型活性炭的孔径分布及吸附性能进行了分析表征。研究表明,经700℃炭化1.0h,800℃水蒸气活化1.5h制备的成型活性炭碘吸附值为820mg/g,活性炭收率为36.63%,抗压强度为0.08MPa,比表面积为509m2/g,其总孔容积达0.35cm3/g。随着活化时间的延长,成型活性炭的碘吸附值先增大后减小,炭化收率和抗压强度都逐渐降低;随着活化温度的升高,成型活性炭的碘吸附值先增大后减小,炭化收率和抗压强度都逐渐减小。

燃气比对低温干馏方炉温度场的影响研究

利用计算流体动力学(CFD)软件,采用标准k-ε模型、组分传输模型、多孔介质模型以及P1辐射模型对内热式低温干馏方炉内温度场进行了数值模拟.研究表明,改变燃气比时,燃气入口处温度分布趋势不变,低温干馏炉内达到的最高温度受燃气比影响较大,当燃气比为0.6时,最高温度可达到1 870℃.根据低温干馏原理,并结合炉内煤层温度分布的模拟结果,确定了最优的燃气比为1.8.

TG-FTIR法研究低变质煤共热解过程气体的析出规律

采用热重-红外联用技术(TG-FTIR)对比研究了陕北低变质粉煤(SJC)与重油(HS)、焦煤(JM)、液化残渣(DCLR)共热解过程中气相产物的析出特性。研究表明,随热解温度升高,SJC与HS,JM,DCLR的共热解过程均可分为三个阶段。第一阶段表现为原料表面吸附物的释放,第二阶段发生解聚和分解反应,随温度继续升高,第三阶段形成更为稳定的半焦。在热解第二阶段中均存在煤与添加剂之间的协同效应,SJC作为主要的供氢体,热解产生的氢自由基与HS,JM,DCLR热解产生的小分子自由基碎片之间发生相互作用生成焦油和煤气。SJC和SJC+DCLR在450℃附近的温度区间内热解反应进行的更加充分,大部分N元素转移到了焦油组分中。热解过程气相产物中H2O和酚类物质、含N杂环物质及CO的析出伴随着热解的整个温度区间,SJC+JM和SJC+HS热解过程含N物质的转移主要集中在400～650℃区间,CH4和脂肪烃类物质的析出最高峰出现在450℃附近,而SJC+DCLR和SJC则出现在550℃。JM,HS及DCLR的添加可促使焦油中芳香族化合物的析出,SJC+JM与SJC+HS热解过程芳香族物质大量析出的温度区间在400～550℃。该研究结果为低变质粉煤的清洁转化与提质分级新技术的研究开发提供理论依据,对低变质煤的增值利用具有重要的意义。

膨润土作黏结剂制备型煤的研究

以膨润土为黏结剂,采用冷压成型制备出型煤,主要研究了膨润土含量、水分、成型压力和粉煤粒度对型煤抗压强度的影响.结果表明:型煤抗压强度、灰分均与膨润土含量成正比,并得出其线性方程,可根据其工艺需要确定膨润土加入量,计算产品的灰分.水分控制在14%～16%,成型压力为40kN,膨润土含量为7%时,可制备出平均抗压强度为1 420N/个,灰分为11.7%的型煤.

油页岩热解过程中的光谱学研究

光谱学分析方法对分析物质结构及组成具有独特的优势。为了分析和认识油页岩及其干酪根的矿物结构特点,以及在不同热解温度下油页岩热解过程中矿物结构变化,分别采用偏光显微镜(POM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射光谱(XRD)和扫描电镜(SEM)等光学和光谱学手段,研究了甘肃窑街油页岩和酸洗脱灰干酪根的矿物形态结构和组成以及在不同热解温度下(温度300~1 000℃,升温速率10℃·min^(-1))矿物质和干酪根的形态结构演化特性及其机理。结果表明,甘肃窑街油页岩富含石英、粘土矿和黄铁矿等无机矿物,干酪根呈条块状不规则地镶嵌于无机矿物中;干酪根的变质程度高,富含芳香族和脂肪族结构;在实验温度范围内,随热解温度的升高,油页岩中矿物质开始分解,300℃时高岭石因脱水转变成偏高岭石,在650℃时高岭石、蒙脱石等完全分解生成偏高岭石,当温度升高至1 000℃时偏高岭石分解生成Si—Al尖晶石和无定型SiO_2,SiO_2与含铁矿物在半焦表面析出了(FeO—Al_2O_3—SiO_2)低熔点共融物;干酪根随温度升高分解,半焦的芳香族和脂肪族C—H基团的强度降低,芳香碳的强度升高,分解后在半焦中形成"沟壑"状残炭印记。研究结果对油页岩热解过程矿物结构演化研究和油页岩矿物的资源综合利用具有重要的现实意义。

活性焦用生物质黏结剂制备条件优化及其性能研究

以榆树皮为原料制备生产活性焦所需的黏结剂,研究了NaOH溶液中NaOH质量分数、处理温度和处理时间对生物质黏结剂黏度的影响,用单因素实验确定各影响因素的取值范围,采用响应曲面法,以黏度为响应值,通过3因素3水平Box-Behnken实验设计,对生物质黏结剂的制备条件进行模拟优化。结果表明:随着NaOH质量分数、处理时间和处理温度的增大,黏度均呈先增大后减小的趋势,且NaOH质量分数对黏度的影响最大,处理温度次之,处理时间的影响最小;最优工艺条件:NaOH质量分数为1.15%,处理温度为66.19℃,处理时间为87.67 min,黏度可达10381.6 mPa·s,与预测值拟合较好,模型准确度较高;通过对比榆树皮生物质用1%(NaOH质量分数)NaOH溶液处理前后的SEM照片和FTIR谱可知,NaOH溶液处理后的榆树皮表面粗糙杂乱,木质素和纤维素充分暴露,同时较好地保留了原本的化学结构。通过研究活性焦添加榆树皮生物质黏结剂前后性能的变化,实验结果表明,随着生物质黏结剂添加量增多,活性焦的碘吸附值和抗压强度增大,活性焦的灰分和收率降低。当生物质黏结剂添加量为30%时,碘吸附值较添加前增大440.3 mg/g,抗压强度提高262.9 N,灰分降低5.8%。

Q345R板材表面冷喷涂Al-Zn涂层的组织及性能研究

目的研究添加元素Zn含量的变化对涂层的显微组织、孔隙率、硬度及涂层-基体间界面结合强度等的影响规律。方法采用冷喷涂技术在Q345R板材表面制备性能优良的纯Al和Al-Zn复合涂层,通过扫描电子显微镜对涂层的形貌进行分析,通过维氏显微硬度计对涂层的力学性能进行表征,并揭示涂层与基体间的界面结合机理。结果冷喷涂纯Al和Al-Zn复合涂层与Q345R钢基体的结合良好,界面处无明显的孔洞及裂纹。随着Zn含量的增加,复合涂层的致密度、硬度逐渐提高;纯Al和Al-20wt.%Zn复合涂层的界面结合强度相当,且失效断裂形式为典型的界面粘结断裂。随着添加元素Zn含量的增加,涂层与基体间的界面结合强度逐渐增大,Al-40wt.%Zn涂层的结合强度为35 MPa,且断裂方式由界面粘着断裂转变为以界面粘着断裂为主、涂层内部粘聚断裂为辅的复合失效模式。结论以低温固态沉积为特点的冷喷涂技术可有效避免氧化、相变、热裂等高温导致的不利影响,在沉积过程中,随着添加元素Zn含量的增加,对涂层的夯实作用不断加强,提高了涂层的致密性,从而使涂层的力学性能得到改善。

聚丙烯无纺布预辐射接枝改性及胺化研究

采用丙烯酸(AA)、二乙烯三胺(DETA)依次对聚丙烯(PP)无纺布进行预辐射接枝改性及胺化处理,研究了接枝反应及胺化反应的影响因素,并用红外光谱对产物进行表征。结果表明:随着AA用量的增加,接枝率呈先增长后下降趋势;随着反应温度的升高,反应时间的延长,接枝率增加;随着接枝率的增大,胺化反应温度的升高及反应时间的增加,胺化率增加。接枝反应温度为95℃,25 mL AA与无纺布反应2 h,接枝率可达到276%;接枝率为250%的无纺布与50 mL DETA反应7 h,胺化温度205℃,胺化率可达到73%。红外光谱分析表明,经辐射接枝及胺化处理后的PP无纺布有胺基基团。

微波场中低变质煤与油页岩的热解

采用微波加热技术对低变质煤与油页岩的共热解特性进行探讨,研究了不同配比混合物的热解产物产率及成分,并通过气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对液体产物的成分进行了分析.结果表明:微波热解过程中,适当配入低变质煤可提高焦油产率,增加热解气中可燃气体CO,CH4及H2的含量;微波热解共混物所得焦油成分主要是烃类(约50%～80%),其中烷烃和芳香烃居多(约40%～50%左右),其次是少量的以苯酚类为主的含氧化合物,而并未检测出含氮化合物,这一组成有利于焦油的进一步加氢处理.

淀粉类黏结剂对型煤与型焦强度的影响

采用淀粉作为黏结剂,将低变质粉煤冷压成型、干馏制备出型焦,通过测定型煤与型焦的抗压强度、落下强度和浸水强度,采用扫描电镜分析型煤与型焦的微观结构,研究原淀粉、糊化淀粉和碱化淀粉对型煤与型焦强度的影响.结果表明,糊化淀粉的黏结作用最好,型煤的抗压强度最大,为3 930N/ball;碱化淀粉作黏结剂制备的型焦抗压强度与落下强度较好,其数值分别为2 410N/ball和49%.

激光功率对17-4PH丝材激光熔覆组织及硬度的影响

目的研究激光功率对17-4PH不锈钢丝材激光熔覆组织及硬度的影响,以确定最佳激光熔覆功率,为17-4PH不锈钢丝材激光熔覆的应用提供参考。方法在27SiMn钢活塞杆表面,对17-4PH不锈钢丝材进行了不同激光功率熔覆试验,利用金相显微镜和扫描电子显微镜表征不同激光功率熔覆层的微观组织,使用硬度计测量不同激光功率熔覆层和基体的硬度。结果当激光功率分别为1600、1800、2000、2200 W时,熔覆层的高度由1119μm降低到1006μm,基体的穿透深度和热影响区宽度都随激光功率的增加而增大,熔覆层的组织主要为较短无方向性的板条马氏体。当激光功率为2400、3000 W时,熔覆层的高度、基体的穿透深度和热影响区宽度均随激光功率的增大而增加,最大值分别达到1119、310、638μm,熔覆层的组织主要由具有方向取向的板条马氏体组成,靠近基材的位置由晶粒细小而致密的等轴晶组成,随着激光功率的增加,熔覆层弥散析出的沉淀颗粒越来越多。此外,熔覆层和热影响区的显微硬度均高于基体,随着激光功率的增加,熔覆层的显微硬度明显增大,最高可达479.4HV_(0.2)。结论综合考虑激光功率对17-4PH不锈钢丝材激光熔覆组织及硬度的影响,2600 W为最佳激光熔覆功率。

油页岩微波热解过程中硫的析出特性

在微波试验装置(1,600,W)上研究了油页岩微波热解过程中硫的析出特性.考察了不同微波功率和热解终止温度下热解气中硫的形态分布和析出特点,结果表明,微波加热促进了油页岩中硫的析出.随着微波加热功率的增大,含硫化合物的析出总量增加,析出量呈上升趋势,H_2S、COS和C_4H_4S在80%微波功率下的析出量最大,分别为5,099.47,mg/m^3、573.38,mg/m3和23.17,mg/m^3,CS_2在50%微波功率下析出量最大,为1.57,mg/m^3;随着温度的升高,H_2S和CS_2的析出量呈上升趋势,最大值分别为900,℃时的3,421.71,mg/m^3和800,℃时的12.25,mg/m^3;COS在900,℃时具有最大析出量,为382.03,mg/m^3;C_4H_4S在700,℃时具有最大析出量,为40.29,mg/m^3.与520,℃常规热解相比,微波加热下H2S的析出量与常规热解相当,COS的析出量是常规热解析出量的12.43倍,C4H4S的析出量是常规热解析出量的10.24倍,CS_2的析出量仅是常规热解析出量的12.45%.

油页岩催化热解气态产物析出特性

采用气相色谱仪和微量硫分析仪在铝甑干馏炉上考察了不同催化剂作用下油页岩热解干馏气和含硫化合物的析出特点。结果表明:催化热解降低了干馏气的产率,不同催化剂对干馏气组成的影响不同;Ni2O3和环烷酸钴促进氢气的析出,降低了CH4的析出;13X分子筛促进烃类析出,Ni2O3和活性白土降低了烃类的析出。催化剂促进了CO2的析出,但对CO析出的影响较小。与常规热解相比,催化热解促进了油页岩干馏气中含硫化合物的析出,皂土和Mo S2的促进作用最大,总硫析出量比常规热解提高4.58倍和3.95倍;活性白土和环烷酸钴的促进作用较常规热解提高了64.01%和32.95%。

液化残渣添加量对低变质粉煤制备型焦的影响

以低变质粉煤与液化残渣为原料制备型焦,主要考察了液化残渣添加比例对型焦抗压强度、热解产品收率及组成的影响.采用FTIR、SEM、GS-MS等对热解产品进行了分析表征.研究表明,随着D-DCLR(经去灰处理后的液化残渣)添加量的增大,型焦的抗压强度呈现出先升高后降低的趋势,当质量分数为40%时,型焦抗压强度可达573.3,N/ball(每块型焦所能承受的压力);同时,在D-DCLR的供氢作用以及协同效应的共同作用下,型焦收率逐渐减小,而焦油和煤气收率则逐渐增大,最大可达到14%左右;煤气中H2、CO含量逐渐降低,而CH4含量逐渐增大;焦油中轻质组分含量逐渐升高,有利于其进一步加工利用.

工业纯钛TA2熔盐电解法渗硼的渗层生长动力学

选用硼酸钠-氯化钙体系为电解质,采用熔盐电解法在钛表面渗硼,研究熔盐温度及渗硼时间对渗层物相、形貌及渗层厚度的影响,并对渗层生长动力学进行了分析。利用XRD对渗硼试样表面进行物相分析,利用扫描电镜(SEM)观察渗硼试样的断面形貌并采用能谱(EDS)进行元素分析。结果表明:在温度为1153～1293 K、电流密度为500 A/m^2,通电15～60 min的条件下,Ti表面得到的硼化物渗层上层是均匀致密的TiB_2,下层是嵌入基体的针状TiB;在1293 K下渗硼60 min后,所得渗层中TiB_2厚度约为8.4μm。根据TiB_2渗层厚度随时间的变化关系,计算出渗层在1193、1243和1293 K的生长速率常数分别为5.85×10^(-15)、1.24×10^(-14)和2.10×10^(-14) m^2/s,TiB_2渗层生长激活能为152.02 kJ/mol。

锌离子对载银树脂抗菌性能的影响

制备负载有锌离子的载银树脂并进行水处理及抑菌环试验,研究锌离子的引入对载银树脂抗菌性能的影响。结果表明,当树脂上银和锌质量比大于4.5时,载银树脂具有良好的抗菌能力,处理后的水样60h以后才会有细菌出现,纯载锌树脂处理后的水中在20h后就有细菌出现。载银树脂样品形成的抑菌环直径随时间的变化率较小,但纯载锌树脂的抑菌环直径减小量很大。说明载银树脂抗菌能力主要依赖的是负载的银离子,锌离子的引入有利于提高其抗菌能力,但对抗菌耐久性影响不是很大。

油页岩热解过程中硫的析出特性

利用微量硫分析仪对甘肃窑街油页岩热解过程中硫的析出特性进行分析,考察了不同温度和催化剂作用下热解气中硫的形态分布和析出特点。结果表明:油页岩在低温下总硫的析出量最大;随着温度升高,总硫的析出变化复杂,475℃的析出量最大为5 060.41 mg/m3;热解气中,H2S的析出量最大,475℃时为5 272.66 mg/m3。不同温度下,油页岩中硫的析出机理不同。添加催化剂对油页岩中硫的析出具有促进作用,膨润土和Mo S2对硫的析出的促进作用最大,总硫析出量比常规热解提高4.58倍和3.95倍;活性白土和环烷酸钴的促进作用最小,分别比常规热解提高64.01%和32.95%。

低温干馏煤焦油回收率的影响分析

低温干馏的主要产品为兰炭,并附产煤焦油和煤气。煤焦油的产率直接影响企业的经济效益。在介绍兰炭生产的内热式低温干馏方炉基础上,分析得出了影响煤焦油收率的5个因素,并提出了提高煤焦油收率的6种方法。

原位金属间化合物对冷喷涂Al-Ni增材沉积体力学性能的影响

目的研究Ni元素的添加及热处理工艺对冷喷涂Al-Ni沉积体的微观组织结构、相组成及力学性能的影响。方法预先采用冷喷涂技术制备Al沉积体、Al-25%Ni(以下称为AlNi25)沉积体,再将制得的沉积体放入具有氩气气氛的管式加热炉中进行热处理。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪、X射线衍射仪与万能拉伸试验机,对试样显微组织、物相组成及力学性能进行测试分析。结果经过热处理的AlNi25沉积体的物相主要为Al、Al3Ni。由于热处理过程诱发了柯肯达尔效应,AlNi25沉积体的孔隙率由喷涂态的1.4%增加到热处理态的2.5%。喷涂态Al沉积体的硬度为44.2HV0.2,在500℃下对沉积体进行热处理后,由于发生回复与再结晶,硬度值降为26.72 HV0.2。喷涂态AlNi25沉积体的硬度为49.2HV0.2,经过热处理后,生成的Al3Ni金属间化合物对沉积体的强化效应与热处理的软化效应相当,导致最终热处理态AlNi25沉积体的硬度为50.5HV0.2,与喷涂态AlNi25沉积体硬度值差别较小。喷涂态Al沉积体、AlNi25沉积体的抗拉强度分别为57、65 MPa,经过热处理后,沉积体内颗粒间的原有界面消失,热处理态的Al沉积体、AlNi25沉积体的抗拉强度分别为64.7、107 MPa。同时,经过热处理后,两种沉积体的塑性变形能力得到了有效提升。未热处理时,两种沉积体基本没有塑性;热处理后,Al沉积体、AlNi25沉积体的塑性得到有效提升,塑性应变分别为3.7%、0.97%。结论对冷喷涂AlNi25沉积体进行热处理,原位生成了Al3Ni金属间化合物,有效提高了沉积体的硬度、抗拉强度以及塑性变形能力。

Improvement of carbothermic reduction of nickel slag by addition of CaCO3

The effect of CaCO3 addition on the carbothermic reduction of nickel slag was studied,and the mechanism of CaCO3 in improving the reduction was analyzed.The results showed that when the CaCO3 content added to the slag was increased from 0 to 8 wt.%,initiation temperature of the carbothermic reaction decreased from 1100 to 1000℃,the temperature reaching the maximum reduction rate decreased from 1150 to 1100℃,and the reduction degree of the nickel slag increased from 58%to 88%.The iron particles in the reduced nickel slag were coarsened and the X-ray diffraction intensity of metallic iron peaks increased,confirming that the addition of CaCO3 was beneficial to the reduction of nickel slag and recovery of iron.