白云鄂博稀土尾矿催化CO还原NO实验研究

针对稀土尾矿催化CO还原NO进行实验研究。实验结果表明,稀土尾矿能有效催化还原NO,且脱硝率随着反应温度的升高和碳氮比的增加而增加。稀土尾矿在中高温段的脱硝率高于纯物质CeO_2、Fe_2O_3、Fe_2O_3/CeO_2和5Fe_2O_3/CeO_2;H_2-TPR测试表明,稀土尾矿在800℃以上出现的还原峰也高于这4种纯物质。XRD分析表明稀土尾矿的主要矿相在脱硝反应前后没有变化,但各矿相特征峰的强度下降,氟碳铈矿特征峰消失。SEM图像显示脱硝反应后稀土尾矿中出现裂缝和孔隙。EDS分析表明,稀土尾矿单一颗粒中存在多种金属元素的重叠区。XPS分析结果表明稀土尾矿脱硝后Fe~(3+)和Ce~(3+)的比例增加。当反应温度为900℃,碳氮比为4∶1时,稀土尾矿的脱硝率为98%。     

稀土尾矿催化脱硝可行性实验研究

采用X射线荧光光谱分析仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对稀土尾矿进行表征分析发现,稀土尾矿所含元素较多,矿物与矿物间嵌布关系复杂。针对稀土尾矿的特性,利用立管炉对稀土尾矿催化脱硝性能进行测试。结果表明:NO转化率随着反应温度和气体停留时间的增加而增加,且固定床反应器NO转化率要高于鼓泡床反应器NO转化率。当反应温度为800℃时,NO转化率达98.7%。利用拟薄水铝石和稀土尾矿为原料进行研磨焙烧制备脱硝催化剂。稀土尾矿总量不变,随着拟薄水铝石质量的增加,NO转化率也相应增加。当反应温度为600℃时,拟薄水铝石与稀土尾矿质量比为1∶2的催化剂比纯稀土尾矿的NO转化率提高15%。热力学计算结果表明,含铁量较多的稀土尾矿用于CO还原脱硝是可行的。     

烧结矿催化还原NO的实验研究

《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》中,计划将烧结烟气中NO_x排放质量浓度控制在50 mg/m~3以内,烧结烟气NO_x减排势在必行。因此,旨在利用烧结矿本身作为脱硝催化剂,以烧结过程产生的还原性气体CO为还原剂,系统地研究了烧结矿粒径、焙烧温度、空速比、CO/NO物质的量之比和O_2体积分数对烧结矿催化脱硝效果的影响。结果表明,O_2体积分数对烧结矿催化还原NO的转化率影响较大,当CO体积分数为3%、O_2体积分数为1.04%时,NO的转化率为68.83%;O_2体积分数降低至0.90%以下时,NO的转化率可达95%以上。无O_2条件下,烧结矿粒径为0.2～1.0 mm、焙烧温度为500℃、空速比为3 000 h~(-1)、CO/NO物质的量之比为6时,NO的转化率可达99.58%。以烧结矿为催化剂能有效地促进CO对NO的还原,具有十分重要的环保意义和经济应用前景。     

低硅含镁球团矿还原行为研究

本文研究了低硅含镁球团矿在900℃,CO气氛下的还原过程,并通过X射线衍射仪(XRD)和矿相显微镜测定了球团矿在不同还原度时的物相组成和显微形貌。研究结果表明:Fe_2O_3的还原顺序为Fe_2O_3→Fe_3O_4→FeO→Fe,当还原度由0%增加到10%时,Fe_2O_3被还原成Fe_3O_4,且球团矿由外向内均匀还原;当还原度由10%增加到50%时,Fe_3O_4被还原成FeO,并出现还原聚集现象,其原因是球团矿内部孔隙分布不均匀;此后大多数FeO还原为金属Fe。MgFe_2O_4的还原顺序为:MgFe_2O_4→Mg_(0.239)Fe_(0.761)O→Mg_(0.64)Fe_(2.36)O_4→Fe,其还原反应从球团矿还原度为30%时开始,主要原因是MgFe_2O_4较Fe_2O_3难还原。采用未反应核模型对球团矿还原过程进行动力学分析,得到球团矿在还原前期受界面化学反应控速,还原后期既不受混合控速也不受扩散控速。     

低温无氧锯末炭负载Fe/Fe_3C催化剂的烟气脱硝实验

以杨木木屑和硝酸铁为原料,制备低成本多孔负载型炭材料,是通过一个简单的工艺一步完成了炭化、活化以及负载的过程,形成了多孔碳以及纳米零价铁和碳化铁。采用XRD、BET、SEM、工业元素分析等分析手段,对多孔碳上负载的活性组分进行了表征,结果表明:锯末炭上负载的硝酸铁经过热还原被转化为零价铁,700℃时发生固体渗碳现象形成了Fe_3C,Fe_3C在750℃时发生分解。用硝酸铁活化木屑制备的炭材料载体的比表面积和孔容分别为125. 649m~2/g和0. 169cm~3/g,发达的介孔结构为活性组分在多孔碳表面的高度分散提供了条件。该催化剂具有高效的低温无氧脱硝活性,280℃条件下最高脱硝效率可达100%且避免了载体炭损耗,XRD表明零价Fe在催化还原NO的过程中被氧化为Fe_3O_4,导致催化剂活性降低。     

水热法制备稀土基催化剂及其NH_3-SCR脱硝性能研究

以白云鄂博稀土精矿作为催化剂活性组分来源,通过水热法用硝酸提取矿中元素,随后负载于经硝酸处理的活性炭上,高温焙烧制成稀土基复合催化剂,用于NH_3在100～350℃温度条件下选择催化还原NO。考察了水热温度、硝酸浓度对稀土矿酸浸效果的影响,以及硝酸浓度、焙烧温度对所制备催化剂脱硝性能的影响,并对催化剂的物相、形貌及成分进行检测。结果表明,水热釜最佳反应温度为180℃;硝酸浓度越大,稀土矿溶出率越高;15mol/L硝酸溶出、600℃焙烧得到的催化剂脱硝性能最好,在250～300℃催化反应温度下脱硝率达90%以上;因非晶态活性物质的存在及复合金属氧化物的形成,催化剂具有较高的脱硝活性。     

Fe-Zn-C-O体系中Fe和Zn的还原试验研究

通过TG-DSC,XRD等实验手段,并借助Factsage热力学软件研究C还原ZnO、Fe_2O_3的过程,分析了ZnO对Fe_2O_3还原的影响。结果表明:在904.5℃时,C还原ZnO可实现ZnO(s)→Zn(g)的热力学转变;在1 250℃时,C/ZnO(摩尔比)为1∶1.5的条件下,ZnO还原度达到97.3%;C还原Fe_2O_3分3个阶段进行,遵循Fe_2O_3→Fe_3O_4→FeO→Fe的还原规律;C还原ZnO+Fe_2O_3时,ZnO质量分数每增加10%,反应开始温度和最大反应速率对应的温度滞后20℃,ZnO对Fe_2O_3的还原有抑制作用。     

模拟流态化CO还原Fe_2O_3微粉的试验研究

在可控气氛炉中进行了模拟流态化CO还原Fe_2O_3微粉的试验研究。采用等温热重分析法,在850~1 050℃考察了温度、CO浓度对模拟流态化Fe_2O_3微粉还原过程的影响。结果表明:在初始还原阶段反应速率达到最大值,然后快速下降,随后趋于平缓;对不同温度条件下的还原曲线进行对比,950℃时还原效果最佳;在此温度下,进一步研究了CO浓度对还原过程的影响,当CO体积分数由10%提高到30%、50%、100%后,Fe_2O_3微粉的还原速率逐步提高;30%、50%、100%CO浓度下达到平台期时的还原度均为0.93,而10%CO浓度下达到平台期时的还原度仅为0.25。     

基于红土镍矿的Fe-Ni-H-O体系还原行为研究

对印尼红土镍矿的基础特性研究发现:矿中Ni质量分数为1.4%,Fe质量分数为13.3%,SiO_2和MgO的质量分数之和超过60%;其主要矿相包括利蛇纹石((FeMg)_3Si_4O_(10)(OH)_2)、顽辉石(CaMgSi_2O_6)、石英(SiO_2)等。基于镍矿中Fe、Ni氧化物(NiO、Fe_2O_3、NiFe_2O_4和NiO+Fe_2O_3)的气基还原过程,对Fe-Ni-H-O进行非等温动力学研究发现:Fe、Ni氧化物组合的反应速率由大到小为Fe_2O_3NiFe_2O_4NiO+Fe_2O_3NiO,而且体系中Ni的产生对于Fe还原有显著的促进作用。因此,控制合理的还原温度,维持合适的还原剂体积浓度,可实现镍矿中Ni和Fe的选择性还原。     

不锈钢粉尘中FeCr_2O_4还原过程分解行为研究

不锈钢粉尘还原过程中FeCr_2O_4分解对Cr的分离回收影响显著。对气体和固体碳还原FeCr_2O_4的热力学过程和分解特征进行研究,探讨Cr在还原过程中存在形式和还原分离条件。结果表明,CO气体和H_2在标准状态下不能还原FeCr_2O_4,固体碳能将FeCr_2O_4还原为铬氧化物和铁氧化物,甚至还原成金属Cr和Fe。提高温度和降低体系总压可促进反应进行。温度1 000～1 200℃,配碳量为β=0.25～0.5时,还原产物主要为Cr_2O_3+Fe;温度1 250℃,配碳量β1.0时,还原产物主要为Cr+Fe;900℃时体系总压在0.01～0.001MPa还原产物主要为Cr_2O_3+Fe,低于0.5kPa时还原产物主要为Cr+Fe。     

烧结矿催化还原NO的实验研究

摘要：《钢铁企业超低排放改造工作方案（征求意见稿）》中，计划将烧结烟气中NOx排放质量浓度控制在50mg/m3以内，烧结烟气NOx减排势在必行。因此，旨在利用烧结矿本身作为脱硝催化剂，以烧结过程产生的还原性气体CO为还原剂，系统地研究了烧结矿粒径、焙烧温度、空速比、CO/NO物质的量之比和O2体积分数对烧结矿催化脱硝效果的影响。结果表明，O2体积分数对烧结矿催化还原NO的转化率影响较大，当CO体积分数为3%、O2体积分数为1.04%时，NO的转化率为68.83%；O2体积分数降低至0.90%以下时，NO的转化率可达95%以上。无O2条件下，烧结矿粒径为0.2～1.0mm、焙烧温度为500℃、空速比为3000h-1、CO/NO物质的量之比为6时，NO的转化率可达99.58%。以烧结矿为催化剂能有效地促进CO对NO的还原，具有十分重要的环保意义和经济应用前景。     

不锈钢粉尘气体还原过程中Fe_2NiO_4的分解行为研究

研究CO和H_2气体还原Fe_2NiO_4的热力学过程和分解特征,探讨气体组成和温度对Fe_2NiO_4分解行为和还原产物的影响。结果表明,CO和H_2气体能够将Fe_2NiO_4还原为镍氧化物和铁氧化物,以及铁氧化物逐级还原,甚至直接还原成金属Ni和Fe;CO-H_2混合气体还原Fe_2NiO_4过程失重率随混合气体中H_2含量和温度发生明显变化,当温度820℃时,CO的还原能力比H_2强,失重率随着混合气体中H_2含量的增加而逐渐减小;当温度820℃时,H_2的还原能力比CO强,失重率随混合气体中H_2含量的增加而逐渐增大;若将Fe_2NiO_4完全还原为金属Ni和Fe,所需混合气体量至少为理论值的4倍。     

空气气氛下钒钛铁精矿碳热还原制备Fe-Ti(C,N)复合粉末

以钒钛铁精矿和煤粉为原料,在空气气氛下通过碳热还原法制备Fe-Ti(C,N)复合粉末。通过还原产物X射线衍射分析,对空气气氛下还原温度和配碳量对钒钛铁精矿碳热还原的反应过程以及物相演变进行了研究。结果表明,随着温度的升高,反应过程中的物相演变过程为:Fe_3O_4→Fe,Fe TiO_3→Fe Ti_2O_5→Ti_4O_7→Ti_2O_3→Ti(C,N),配碳量是使反应体系处于气相平衡的关键因素。在配碳量25%时,体系内CO、CO_2和N2的分压不能达到平衡或维持反应平衡的时间很短,钒钛铁精矿不能被还原或只能部分被还原为Ti(C,N)。在还原温度1 500℃,还原时间30 min,配碳量30%的条件下,还原产物中Ti C_(1-x)N_x的颗粒尺寸约为3μm,Ti C_(1-x)N_x的C/N值为0.491 5,x=0.67。     

高温催化条件下燃煤烟气SNCR脱硝实验研究

通过浸渍法将稀土尾矿中的活性成分负载到活性炭颗粒上制得脱硝催化剂,探究烟气温度、催化剂粒径以及NH_3/NO比例因素对高温燃煤循环流化床锅炉烟气SNCR脱硝效率的影响。通过烟气分析仪结合红外光谱分析检测烟气组分含量并计算脱硝率,利用TG、SEM、XRD、TPD、TPR等技术手段表征催化剂性质和微观结构。结果表明,制备的催化剂孔隙发达,比表面积较大,对气体的吸脱附效果较好。烟气温度和氨氮比是脱硝率的重要影响因素。脱硝率随烟气温度的增加呈先上升后下降的趋势;随着NH_3/NO比例的增加、催化剂粒径的减小和添加量的增加,脱硝率均呈现先升高后降低的趋势;催化剂的存在对提高燃煤循环流化床锅炉烟气SNCR脱硝效率具有明显的促进作用。催化剂中的部分Fe、Ce、La、Nd、Pr等组分在高温下容易与活性炭结合,形成共熔体,有利于联合协同催化脱硝反应的进行;制备的脱硝催化剂相对于原矿有较高的比表面积、酸量与还原性能力。     

深海多金属结核回转窑预还原的研究

为实现深海多金属结核高效冶炼,拟采用回转窑预还原—全氧熔池熔分新工艺。针对回转窑预还原阶段,研究了温度对深海多金属结核预还原的影响,结果表明,MnO_2逐渐还原为Mn_2O_3、MnO,最终生成Mn;Fe_2O_3还原为Fe_3O_4、FeO,最终生成Fe;CuO、CoO、NiO等直接还原为Cu、Co、Ni。预还原温度越高样品预还原程度越完全。在1 300℃时样品综合还原效果最显著,出现金属熔化重新凝聚现象,反应后样品中出现球状金属颗粒;在相同温度下,还原时间由1h增加到2h时,还原效果显著增强。     

硫酸浓度对Mn改性稀土尾矿催化剂NH3-SCR脱硝性能的影响

利用硫酸预处理白云鄂博稀土尾矿,随后采用浸渍法使其负载5%乙酸锰,经微波焙烧制成脱硝催化剂,考察了硫酸浓度(0、0.5、1、3 mol/L)对催化剂脱硝性能的影响。通过XRD、NH₃-TPD、H₂-TPR和XPS对催化剂进行了表征。脱硝活性测试结果表明：催化剂在100～250℃的脱硝活性随着硫酸浓度的增加先提高后降低,当硫酸浓度为0.5 mol/L时达到最佳。较高浓度(3 mol/L)的硫酸大幅度降低了催化剂的低温活性。0.5 mol/L硫酸处理的催化剂具有较宽的温度窗口,在150～250℃范围内均有较好的活性,200℃时氮氧化物转化率达到92%。表征结果表明：负载的Mn元素以非晶态存在或高度分散在稀土尾矿表面;随着硫酸浓度的增加,催化剂表面Mn⁴⁺的浓度降低,其NH₃吸附能力和氧化还原能力均降低,从而脱硝性能降低。     

焙烧温度对改性稀土精矿NH_3-SCR催化剂脱硝活性的影响

采用混捏法制备催化剂,通过TG、H_2-TPR、NH_3-TPD、NO-TPD、XRD、BET等表征手段探究焙烧温度对催化剂氧化还原特性、NH_3与NO吸附性能及物相组成结构的影响。在配气条件为NH_3 600×10~(-6)、NO 600×10~(-6)、O_2体积分数为4%、N_2为平衡气体下,利用活性评价装置与红外烟气分析仪测试NH_3-SCR脱硝反应中催化剂制备时的焙烧温度、活性测试时的反应温度对催化剂脱硝活性的影响,同时在最佳反应温度条件下考察焙烧温度对氮气选择性的影响。结果表明,随着焙烧温度的升高,催化剂对NO与NH_3吸附性能减弱,氧化还原性能降低并向高温处偏移,催化剂晶粒增大,结晶度增强。脱硝率随焙烧温度的增加呈逐步下降的趋势,随反应温度增加呈逐步上升的趋势。在催化剂焙烧温度为500℃,反应温度为400℃时,催化剂的脱硝效率最佳,可达70.8%,氮气选择性为88.5%。     

MgO对Fe_2O_3压团还原过程铁氧化物晶格结构的影响

以纯试剂为原料,采用"压团-焙烧-还原"的方法,研究了MgO对Fe_2O_3压团在还原不同阶段铁氧化物晶格结构的影响,为探索球团矿还原膨胀机理、理解铁氧化物还原反应机制提供理论基础。研究结果表明:在压团焙烧阶段,晶格常数a,b的变化是由于溶质原子周围点阵膨胀所致,而晶格常数c的变化是因为氧的减小;在Fe_2O_3还原到Fe_3O_4阶段,Mg~(2+)能同时固溶在两种铁氧化物中,稳定晶格,阻碍了还原的进行;在Fe_2O_3还原到FexO阶段,随着MgO添加量的增加,FexO晶胞参数随之减小,符合Vegard线性定律;Fe_2O_3还原到Fe阶段,MgO对Fe的晶胞参数无明显影响。最终探明了MgO在Fe_2O_3压团还原过程中的行为规律。     

In-Ag/CeO_2-γ-Al_2O_3催化剂上CO-SCR脱除NO的研究

选用CO还原剂及负载不同比例In、Ag活性组分的CeO_2-γ-Al_2O_3催化剂进行脱硝实验,发现8%In-8%Ag具有较高的催化活性,在300~450℃温度区间内NO的转化率达到80%以上。研究了不同浓度CO、CO_2和H_2O对8%In-8%Ag/CeO_2-γ-Al_2O_3催化剂的影响,结果显示CO与NO体积比为1.5时,NO脱除率最高,且该催化剂具有较强的抗H_2O、抗CO_2存在性能,在有H_2O和CO_2的环境下催化剂仍有较强的脱硝活性。BET实验研究结果表明,8%In-8%Ag/CeO_2-γ-Al_2O_3催化剂具有较高的比表面积和较大的孔容,XRD和XPS分析揭示了In、Ag主要以In_2O_3与Ag_2O形式存在,且二者之间具有强相互作用而促使AgInO_2形成,从而使得8%In-8%Ag/CeO_2-γ-Al_2O_3催化剂具有高催化活性。     

烧结过程中CO还原NO的模拟研究

 为了考察烧结过程中烧结矿各主要组分对NO脱除反应的影响,研究了有O2和无O2条件下CO还原NO的反应规律,并在还原性气氛下对烧结矿催化还原NO进行了动力学分析。在500~1 000 ℃,分别以CaO、MgO、Fe2O3和烧结矿为填料层,在固定床石英反应器中研究NO的脱除规律。研究结果表明,不同填料对CO还原NO反应催化作用的强弱顺序为CaO＞烧结矿＞Fe2O3＞MgO。烧结矿作用下,CO体积分数为12%时,NO的转化率可达90%以上,CO还原NO反应的Arrhenius曲线以780 ℃为界分为两段,两段的反应机理不同。反应体系中O2存在时不利于NO还原反应的进行。