拜耳法赤泥催化煤焦-CO2气化反应特性

基于拜耳法赤泥的综合利用和煤焦-CO2气化反应,提出利用拜耳法赤泥催化煤焦-CO2气化反应,在固定床热重分析仪上进行了拜耳法赤泥催化煤焦-CO2反应的研究。考察了拜耳法赤泥的添加方式、添加量及反应温度对煤焦-CO2的催化气化反应特性;并将拜耳法赤泥与K2CO3催化活性进行了对比;分析了拜耳法赤泥催化反应机理,采用了缩核模型、混合模型及修正的体积模型对拜耳法赤泥催化煤焦-CO2反应动力学进行了分析,结果表明：湿法添加拜耳法赤泥对煤焦-CO2具有很好的催化活性,而干法混合会抑制煤焦-CO2反应,因此选择湿法添加赤泥;得出拜耳法赤泥的最佳添加量为8%;随着温度的升高,煤焦-CO2催化气化反应性指数不断增加;在1 373.15 K时,8%拜耳法赤泥催化活性与该温度下10%含量的K2CO3催化性能相当;修正体积模型相比缩核模型、混合模型能够更好的解释催化气化动力学过程。因此,拜耳法赤泥对煤焦-CO2反应具有很好的催化作用,并且拜耳法赤泥还可以得到有效的利用。     

CO2气化反应对O2/CO2气氛中煤焦燃烧特性影响

为探讨CO2气化反应在低氧气体积分数下对煤焦燃烧及燃烬过程的影响,利用热天平对比研究了大同煤焦在O2/N2/和O2/CO2气氛中的燃烧行为,主要探讨CO2气化反应对煤焦富氧燃烧特性的影响。实验结果表明,在5%氧气体积分数下,煤焦在O2/CO2气氛下的燃烧速率要低于O2/N2气氛下。当氧气体积分数降低到2%,且温度高于900 ℃时,在CO2气化反应的作用下,煤焦在O2/CO2气氛中的整体反应速率逐渐高于O2/N2气氛中的燃烧速率,使得燃烬提前。随着环境温度的升高,煤焦在O2/CO2和O2/N2气氛下的反应速率均有所增加,但在O2/CO2中增幅更显著。动力学分析显示,在5%氧气体积分数时,大同煤焦在O2/N2中的活化能要低于O2/CO2中。当氧体积分数减少到2%时,由于高温下煤焦的燃烧和气化反应同时进行,较高的气化反应活化能使得煤焦在O2/CO2中的整体反应活化能有明显增加。     

水蒸气对O2/CO2气氛下煤焦燃烧特性的影响

在热重分析仪上进行O2/CO2/H2O气氛下淮北烟煤煤焦与内蒙古褐煤煤焦的燃烧实验,分析水蒸气浓度、氧气浓度等参数对煤焦燃烧特性的影响,并对其进行燃烧动力学分析。结果表明,在相同氧浓度下,水蒸气的存在使煤焦的DTG曲线峰值向低温区偏移,着火温度、燃烬温度降低。褐煤煤焦综合燃烧特性指数升高,但烟煤焦综合燃烧特性指数先降低后升高,这主要是由水蒸气的低摩尔比热容及水蒸气与煤焦的气化反应共同决定的。在相同水蒸气浓度下,烟煤焦与褐煤焦综合燃烧指数随氧浓度的升高而增大,着火温度、燃烬温度均降低,表明提高氧浓度可改善O2/CO2/H2O气氛下煤焦的燃烧特性。     

O2/CO2条件下煤焦-NO生成特性的实验研究

以山西褐煤为样品在固定床反应器上研究O2/CO2燃烧方式下NO的生成特性,分析了CO2,CO体积分数变化对于煤焦NO异相还原的影响。研究结果表明：与O2/N2气氛相比,O2/CO2燃烧条件下,煤粉NO的排放能够被有效抑制;O2/CO2气氛下挥发分N向NO的转化明显被抑制,而焦炭N向NO转化的抑制作用较弱;O2体积分数的升高对焦炭N向NO转化有明显的促进作用;适量CO2的存在对于煤焦-NO异相还原反应有明显促进作用,CO2体积分数过高则会抑制CO- NO还原反应的进行;CO的加入对NO还原效果明显,在CO体积分数为0.5%时NO还原效率最高,CO体积分数继续升高,还原效果有所减弱。     

O2 /CO2 气氛中低氧浓度下煤粉和煤焦的NO生成规律

在石英固定床反应器上,分别考察了O 2 /CO 2 和O 2 /N 2 浓度比对山西褐煤挥发分氮和煤焦氮向NO转化的影响以及CO浓度对煤焦的NO生成特性的影响。结果表明：O 2 浓度为15%时,O 2 /CO 2 气氛中煤粉的NO释放峰值下降且峰值出现时间提前,而煤焦的NO生成规律受气氛变化的影响较小;随O 2 浓度的升高,NO累积量先升高后降低;O 2 /N 2 气氛下NO累积量逐渐升高;O 2 /CO 2 气氛对于抑制煤粉的NO排放具有较好的效果,并且随O 2 浓度的升高,O 2 /CO 2 气氛对煤焦的NO抑制效果逐渐升高;在O 2 /N 2 气氛下随O 2 浓度的升高,煤焦氮的贡献率逐渐升高,O 2 /CO 2 气氛中煤焦的贡献率始终大于O 2 /N 2 气氛下;O 2 /CO 2 气氛中,加入1.5%的CO后,NO的累积量相对未加入CO时降低了14.1%。     

煤焦气化反应及硫的析出特性分析

对来自河津、伊泰及灵石的3种煤焦与CO2和水蒸气在气化反应中的反应特性及硫的析出特性进行了研究,并对气化硫析出的2种主要产物H2S和COS进行监测分析。结果表明:在CO2气氛和水蒸气气氛中3种煤焦的气化反应性由大到小依次为伊泰煤焦、灵石煤焦、河津煤焦,且随着气化温度的升高煤焦的气化反应性增加,同时由于水蒸气要比CO2气化反应产生活性位的数量多,使得煤焦的水蒸气气化反应性高于CO2气化反应性。在CO2气化过程中,由于生成的CO气体量多,煤焦中的硫大部分以COS的形式逸出到气相中,几乎没有H2S生成;而在水蒸气气化过程中,煤焦中的硫以H2S形式逸出到气相中,没有检测到COS的生成,这主要是因为在还原剂存在的条件下煤焦中各种形态的硫都可被还原为H2S。     

O2/CO2气氛下煤焦恒温燃烧NOx释放特性

利用恒温热重-燃烧污染物在线测量系统,研究了O2/CO2气氛下,温度与反应气氛等对煤焦燃烧过程中NO与NO2释放规律的影响。结果表明:温度升高能显著缩短NOx析出时间,提高NO释放速度,降低NO2释放总量,并通过反应动力学参数的变化对该现象进行了解释;提高氧气浓度会导致NO瞬时释放量增加,同时有利于NO向NO2的氧化反应;水蒸气的存在造成CO2与H2O发生协同气化作用,导致煤焦燃烧过程因素更加复杂,一定浓度范围的水蒸气有助于促进NO与NO2的释放;空气气氛下NO瞬时释放量明显高于富氧气氛下,但NO2释放特性差别不大。     

CaF_2对拜耳法赤泥碳热熔融还原提铁的影响

基于拜耳法赤泥碳热熔融还原提铁过程中渣铁分离难的问题,研究了添加CaF_2对炉渣凝固物相、高温黏度、熔化性温度、金属直收率和金属出炉聚集状态的影响。结果表明,拜耳法赤泥碳热熔融还原炉渣的主要凝固相为钙铝黄长石、钙钛矿和霞石,添加CaF_2后,炉渣凝固相中出现了萤石相;添加CaF_2能够降低拜耳法赤泥炉渣的高温黏度和熔化性温度,有助于改善赤泥炉渣的流动性和提高金属的直收率;从改善幅度和环保考虑,CaF_2适宜添加量为2%左右;从未添加CaF_2到添加2%CaF_2时,1 550℃时的炉渣黏度值从0.65Pa·s降低到0.61Pa·s,熔化性温度从1 401℃降低至1 355℃,金属直收率从86.49%提高到87.87%。     

高温下神府煤焦/CO2气化反应动力学

在950~1 400 ℃,以神府煤为原料制备了各种慢速和快速热解焦,并对各种热解焦的CO2气化反应动力学进行了研究。研究结果表明：在高温范围内,修正体积模型对神府煤焦/CO2气化反应的模拟明显优于收缩未反应芯模型和随机孔模型;神府煤焦气化反应动力学从低温到高温存在一个偏折点,即低温区(950~1 150 ℃)属化学动力学控制,高温区(1 150~1 400 ℃)属扩散动力学控制。在950~1 150 ℃,神府慢速和快速热解煤焦的表观活化能范围分别为109.21~205.30 kJ/mol和86.88~116.90 kJ/mol;在1 150~1 400 ℃,分别为16.58~52.16 kJ/mol和14.00~32.91 kJ/mol;神府煤焦/CO2气化反应过程也存在动力学补偿效应。     

神木煤焦与CO 2和水蒸气反应后期动力学特性

采用等温热重法对比神木煤焦在900～1 050 ℃分别与CO 2和水蒸气气化的反应活性。为研究气化残炭反应性,分别采用均相模型、缩核模型、混合模型和修正体积模型对煤焦气化后期反应速率与碳转化率的关系进行拟合。结果表明：混合模型和修正体积模型对实验数据有很好的拟合效果;均相模型和缩核模型的拟合效果随气化温度和反应气氛而变化;不同模型预测煤焦分别与CO 2和水蒸气反应后期的活化能范围分别为200.65～231.00 kJ/mol和105.48～169.10 kJ/mol;修正体积模型预测神木煤焦在这两种气氛中反应后期的活化能都比前中期高36 kJ/mol左右;在实验温度范围内,神木煤焦气化后期以化学反应控制为主。     

改性赤泥对复合胶凝材料的性能影响

以工业固废拜耳法赤泥、电解锰渣、钢渣为主要原料制备复合胶凝材料,研究各组分的最佳配比,在此基础上对拜耳法赤泥进行高温煅烧改性,确定最佳煅烧制度.采用DWS-51钠离子测试仪分析煅烧后拜耳法赤泥的碱溶出情况,借助X射线衍射(XRD)仪和扫描电镜(SEM)研究煅烧后拜耳法赤泥的矿物组成、复合胶凝材料水化产物的成分及形貌.结...     

混合赤泥自凝干法筑坝工艺参数研究

低温拜耳法赤泥具有颗粒细、渗透性差、胶凝成分含量低等特点,难以单独筑坝;而烧结法赤泥颗粒粗、渗透性较好且胶凝成分含量高;针对低温拜耳法赤泥难以单独筑坝的难题,提出了利用烧结法赤泥与拜耳法赤泥混合自凝干法筑坝的技术方案;测试了两种赤泥的物化性质,并根据各自特点选取烧结法赤泥:拜耳法赤泥混合比例为1:9和2:8分别开展了最...     

石灰拜耳法赤泥沉降性能的研究

赤泥的沉降性能是关系到氧化铝生产过程能否顺行的重要指标之一。研究了石灰拜耳法新工艺过程中的赤泥沉降压缩性能，结果表明石灰拜耳法工艺过程的赤泥沉降性能略逊于常规拜耳法，但赤泥压缩性能良好，可以满足生产的要求。     

低铁拜耳法赤泥中回收铁的实验研究

以氧化铝厂产生的拜耳法赤泥为原料, 以煤粉为还原剂, 采用还原焙烧-磁选法回收赤泥中的铁。研究了焙烧温度、焙烧时间、煤粉量、添加剂用量及磁场强度等因素对实验结果的影响, 得到最优条件为：CaO/SiO₂比0.5、煤粉添加量15%、1 000 ℃下反应60 min, 磁场强度0.187 5 T(2.5 A)下磁选, 铁回收率达到80.78%, 精矿中铁品位为44.85%, 原料中68.34%的镓进入磁性物质中。     

赤泥的脱碱及钠硅肥化研究

拜耳法赤泥附碱带来的碱污染环境问题已经成为当前最大的环境治理难题。本文从三种赤泥脱碱工艺以及赤泥附碱钠硅肥化应用路线进行研究,充分利用赤泥附碱加入气相法白炭黑进行快速反应形成钠硅肥,并以赤泥为载体得到具有土壤改良和增效的硅肥产品,为实现拜耳法赤泥的无害化土壤复垦提供技术支撑。     

分段还原—磁选法回收赤泥中的铁

以拜耳法赤泥为原料,首先采用氢气预还原,再配碳进行二次还原,最后磁选。探究了还原过程中氢气流速、还原温度、配碳量、保温时间等因素对还原铁粉回收率和品位的影响。结果表明,在赤泥与碳酸钠质量比为100∶5、氢气流速2600 mL/min、温度1000℃、保温时间120 min、碳粉与一次还原后的赤泥质量比为1∶5的条件下,可得到品位为93.19%、回收率为79.53%的还原铁粉。产品可直接用于粉末冶金领域及钛白粉行业。微观分析表明,气固反应和固固反应相结合更容易加深Fe₂O₃向Fe的转变程度,以碳酸钠为添加剂可以提高还原反应的效果。     

贵州某高硫铝土矿溶出性能试验研究

为消除贵州某高硫铝土精矿中硫含量过高对拜耳法生产的不利影响,研究了该高硫铝土矿精矿拜耳法溶出过程中氧化铝和硫的可溶性。试验结果显示:最优溶出试验条件为溶出温度260℃、溶出时间60 min、石灰加入量7%、配料分子比1.45、Na_2O浓度230 g/L,在此试验条件下,赤泥中氧化铝含量为17.13%,硫含量为0.12%,氧化铝的相对溶出率达到97.24%,硫的溶出率为17.72%,说明该试样溶出性能良好。     

拜耳法赤泥选铁工艺研究

以拜耳法赤泥为原料,在分析赤泥性质的基础上,考察赤泥选铁的途径和最佳条件。分析发现赤泥铁渣中主要矿物为赤铁矿和水化铝硅酸盐。研究了以磁化焙烧-磁选工艺从赤泥中回收铁精矿的工艺技术,并确定赤泥选铁的最佳工艺参数为焙烧温度750 ℃,焙烧时间20 min,掺碳量6%,磁选次数2次,磁选磁感应强度0.1 T。此工艺条件下得到的铁精矿品位为62.36%,回收率49.60%,S含量0.273%,达到了试验效果。     

CO_2/H_2O气化反应作用下煤恒温富氧燃烧特性

利用自制恒温热分析系统研究了不同气氛中(O_2/N2,O_2/CO_2和O_2/H2O_/CO_2)煤粉在温度(800~1 200℃)和氧气体积分数(2%~21%)范围内的燃烧行为,主要关注CO_2/H2O_气化反应作用下的燃烧特性。结果表明:在800℃时,大同烟煤在O_2/N_2中相对O_2/CO_2较快的燃烧速率主要源于N_2和CO_2物性的差异。温度升高到1 000℃进而到1 200℃,CO_2气化反应影响增强,大同煤在O_2/CO_2中整体反应速率逐步接近并超过O_2/N_2中的燃烧速率。但是当氧气体积分数超过10%后,气化反应影响减弱,大同煤在O_2/CO_2中的反应速率又逐渐落后于O_2/N_2中。因为H_2O比热和氧扩散能力介于N_2和CO_2之间,在气化反应作用之前,大同煤在O_2/CO_2/H_2O中的燃烧速率低于O_2/N_2而高于O_2/CO_2。在2%氧气体积分数下,温度的升高强化了CO_2/H_2O协同气化的影响,使得大同煤在O_2/H_2O/CO_2中的整体反应速率始终要高于O_2/CO_2中;但是氧气体积分数增加到10%后,协同气化作用减弱,导致大同煤在3种气氛中的反应过程较为接近。与大同烟煤相比,阳泉无烟煤在气化反应作用下的整体反应速率增幅更加明显,说明气化对高阶煤反应过程改善可能更为显著。