粉煤灰对酸性矿井水中Cd2+的吸附动力学研究

分析研究了粉煤灰对模拟酸性矿井水中Cd²⁺的吸附.实验中选取Cd²⁺的初始浓度为0.000 1~0.010 0 mol/L.结果表明,粉煤灰对Cd²⁺的吸附符合Freundlich型吸附等温式，吸附反应符合一级反应动力学特征.在不同温度下得到了速率常数方程，表观活化能E_a=28.95 kJ/mol，指前因子A=68.9 min^-1.     

模拟流化床气基直接还原赤铁矿粉的试验研究

在竖直管式电阻炉中模拟流化床反应器,分别利用CO和H₂作还原气体对恩施赤铁矿粉进行了直接还原试验研究。结果表明,缩小赤铁矿粉粒径、提高还原反应温度、增加还原反应时间、增加还原气体流量可以提高还原速率和单质Fe的含量;在其他反应条件相同的情况下,H₂有着比CO强得多的还原赤铁矿粉的能力;在赤铁矿粉粒径为160~40 μm、还原气体H₂流量为0.36 m³/h、反应温度为950 ℃、反应时间为60 min条件下的还原产物,经磨矿、弱磁选,可以获得铁品位为74.92%、回收率为96.82%的铁精矿。     

煤矿运输胶带热解动力学参数研究

为构建矿井胶带火灾早期预警体系，防控巷道外因火灾事故，利用热重—傅里叶红外光谱联用实验，结合热解动力学，研究5、10、15、20 K/min 4种升温速率下胶带的热解历程。结果表明：不同升温速率下的热重(TG/DTG)曲线、气体产物等具有相似规律和趋势，随升温速率增加各参量特征值向高温方向滞后；胶带热解经历2个明显失重阶段，第一失重阶段发生交联缩聚热解反应，活化能E在105～107 kJ/mol,指前因子为15.92 min^-1,第二失重阶段发生脱链解聚热解吸热反应和挥发分氧化放热反应，活化能E在130～220 kJ/mol,指前因子为37.13 min^-1,高于第一失重阶段，两阶段热解过程可用Avrami-Erofeev方程表征。     

SiO2在炉渣CaO-SiO2-MgO-Al2O3体系中的熔解行为

采用直接熔解法研究了SiO₂颗粒在CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃渣系中的熔解过程, 探索了炉渣成分、温度对SiO₂颗粒熔解时间的影响规律, 通过SEM-EDS并结合factsage软件分析了SiO₂熔解机理, 确定SiO₂颗粒周围没有形成固相层, 并在此基础上结合缩芯模型构建了动力学模型。结果表明, 随着炉渣碱度及温度提高, SiO₂颗粒熔解完成所需时间逐渐降低, 而随着炉渣中MgO及Al₂O₃含量增加, SiO₂颗粒的熔解完成所需时间先降低后增加。SiO₂的熔解过程分为2个阶段, 反应前期为界面反应控制, 表观活化能为330.52 kJ/mol; 反应后期为外扩散控制, 表观活化能为480.28 kJ/mol, 控制环节的转变是由熔体黏度的变化造成的。     

矿井火区典型可燃气体对甲烷化学动力学的影响分析

为研究多元混合气体对CH₄爆炸过程的影响,选取矿井火区典型可燃气体CH₄、C₂H₆、C₂H₄、CO、H₂,利用CHEMKIN软件模拟分析了不同组分C₂H₆/C₂H₄/CO/H₂瓦斯混合气体爆炸反应过程。研究结果表明：随着混合气体组分中各可燃气体体积分数的增大,CH₄的爆炸压力和温度不断增高,CH₄体积分数和O₂体积分数迅速下降,点火延迟时间明显缩短;在爆炸产生的有毒有害气体中,CO的体积分数最高;H^*、OH^*自由基的体积分数持续增大,O^*自由基呈现先增大后减小的趋势。敏感性分析发现促进自由基生成的反应步主要是R38(H+O₂$ \\rightleftharpoons $O+OH)和R119(HO₂+CH₃$ \\rightleftharpoons $OH+CH₃O),抑制其生成的主要反应步为R98(OH+CH₄$ \\rightleftharpoons $CH₃+H₂O)和R53(H+CH₄$ \\rightleftharpoons $CH₃+H₂)。     

高铁氧化锰矿还原过程中铁锰氧化物同步还原动力学研究

分别采用气基(CO)和煤粉为还原剂,在管炉中进行了高铁氧化锰矿还原焙烧试验,探究了焙烧温度和焙烧时间对高铁氧化锰矿中锰和铁氧化物同步还原的影响。结果表明,气基还原焙烧条件下,Mn₂O₃还原过程受化学反应控制,还原反应表观活化能为42.64 kJ/mol; Fe₂O₃还原过程受内扩散控制,还原反应表观活化能为21.30 kJ/mol。与煤基焙烧相比,气基还原焙烧过程中Mn₂O₃和Fe₂O₃还原反应更容易进行,且锰氧化物由Mn₂O₃直接还原为MnO,不需要先还原为Mn₃O₄中间产物。     

双氧水氧化预处理载金黄铁矿研究

基于Fenton反应,采用双氧水(H₂O₂)氧化浸出黄铁矿,试验探究了在H₂O₂氧化体系中H₂O₂初始浓度、浸出温度、初始酸度、矿浆浓度、H₂O₂协同过硫酸盐以及不同活化剂对黄铁矿纯矿物氧化浸出的影响。试验结果表明：在矿浆浓度为10 g/L,H₂O₂初始浓度为1.76 mol/L,H₂SO₄初始浓度为0.24 mol/L,反应5 h,黄铁矿的浸出率达到94.05%。通过动力学计算知,浸出温度为25～70℃时,H₂O₂氧化浸出黄铁矿的表观活化能为12.31 kJ/mol,符合扩散控制的固体反应核收缩模型。     

酸性H2O2氧化预处理浮选金精矿及其机理研究

酸性 H₂O₂ 氧化法是一种有效的难选金精矿预处理方法,可以使黄铁 矿、毒砂等载金矿物被有效溶解, 从而使金暴露出来,提高金浸出率。 研究了酸性 H₂O₂ 体系中黄铁矿的氧 化机制,并探究了该系体中温度、矿浆浓度、 H₂SO₄ 和 H₂O₂浓度等对浮选金精矿的预处理效果。 结果表明:H₂O₂ 氧化 过程中没有固相生成物,黄铁矿中的 Fe 转 化为 Fe²⁺和 Fe³⁺ 于溶液中,Fe²⁺ 与 H₂O₂ 可发生 Fenton 反应生成氧 化性极强的羟基自由基(·OH);氧化过程中有 H₂SO₄ 生成,体系的 pH 值随着反应进行逐渐降低;黄铁矿主要被酸性 H₂O₂ 、·OH 和 Fe³⁺氧化,体系中 S 最终转化为 SO₄ ^2-或 HSO₄^- 。 浮选金精矿在温度为 30 ℃ 、矿浆浓度为 100 g/L、 H₂SO₄ 初始浓度为 0. 18 mol/L 和 H₂O₂ 初始浓度为 1. 76 mol/L 的条件下氧化预处理后,Fe 浸出率、试样失重率分别为 95. 33%和 51. 42%;浮选金精矿直接浸出时金浸出 率仅为 11. 68%,而经过酸性 H₂O₂预处理—浸出后,金浸出率可达 92. 69%。     

高硫铁精矿固硫氧化焙烧反应动力学分析

针对高硫铁精矿氧化焙烧释放SO₂气体的问题, 进行了固硫焙烧实验及其反应动力学研究。通过XRD、SEM和EDS等检测手段考察了高硫铁精矿固硫氧化焙烧过程的矿相变化规律。根据热重曲线, 采用Coats-Redfern积分法和Achar-Brindley-Sharp-Wendworth微分法进行动力学计算, 确定了不同温度段高硫铁精矿固硫焙烧的反应机制。结果表明, 在理论配碱量、保温时间30 min、温度550 ℃条件下, 固硫剂Na₂CO₃的固硫率为93.3%, 焙烧产物为Fe₂O₃和水溶性Na₂SO₄。动力学分析表明, 在300~550 ℃范围内, 高硫铁精矿固硫氧化焙烧分为3个阶段: 在前两个阶段, 脱硫反应机理均符合Avrami-Erofeev方程, 为随机成核和随后生长的化学反应控制, 只是反应级数和表观活化能有所不同; 在第3阶段, 固硫反应属于三维扩散控制的Z-L-T模型, 反应表观活化能分别为142.73 kJ/mol和150.66 kJ/mol。     

温度对半焦非催化还原CO2的影响

2021年我国CO₂排放约120亿t,碳减排压力巨大。为实现双碳目标,将CO₂转化为CO等基础化工原料是减排CO₂、实现其资源化利用的重要途径。采用自主设计的连续给料流态化立式炉装置,以榆林半焦为原料,在CO₂气氛下考察了温度(900～1 100℃)对半焦非催化还原CO₂的影响,并对底渣和飞灰(灰渣)的理化特性进行了表征。结果显示：随着温度的升高,CO₂还原率、CO₂转化率、CO体积分数、碳转化率以及煤气热值均增大,而CO₂体积分数大幅下降,CO₂被有效转化为CO,但是在温度超过1 050℃后,增长趋势变缓。温度为1 050℃时气体组分中CO占64%左右,CO₂占30%左右,CO₂还原率为50.37%,CO₂转化率为0.72 m³/kg。随温度上升,榆林半焦颗粒表面由光滑致密向多孔、海绵状、粗糙过渡,底渣...     

神华煤直接液化残渣热解动力学研究

运用分布活化能模型（DAEM）对神华煤直接液化残渣热解过程进行了分析,得出残渣热解活化能E的算术平均值为144.6 kJ/mol,分布在60.1～280.4 kJ/mol范围内,活化能分布函数f(E)为非正态分布函数;指前因子k₀与活化能E之间存在补偿关系.     

矿井输送带在不同气氛下的热解特性及动力学研究

采用热重实验,结合热解动力学参数,研究矿井输送带在N₂和空气氛围下的热解特性。结果表明：输送带在两种气氛下热解均有两个主要的失重阶段,其中一阶段主要发生的是脱HCl反应,质量损失达到70%左右;二阶段N₂氛围下主要反应为脱链解聚和分子间进一步的环化反应,空气氛围下主要发生氧化反应,质量损失分别为13.84%和22.71%;两种气氛下,一阶段活化能和指前因子较为接近,热解气氛对输送带一阶段的热解影响不大;二阶段空气氛围下的活化能远小于N₂氛围,指前因子远大于N₂氛围,在空气氛围下,二阶段的热解反应更易进行。     

O2氧化含氮焦炭释放CO和NO的量子化学研究

选用简化的含氮焦炭模型,在分子水平上对O₂氧化含氮焦炭释放出CO和NO的异相反应机理进行研究。采用B3LYP/6-31G(d)密度泛函理论方法优化了反应路径上的反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型,得到各结构的相对能量,进而得到整个反应的势能面。研究表明,O₂氧化含氮焦炭的第1步为在焦炭表面的吸附,吸附反应释放出414.5 kJ/mol的热量。CO和NO从O₂吸附产物中释放所需克服的最大能垒分别为397.4 kJ/mol和197.0 kJ/mol。CO从O₂吸附产物释放后生成的产物可经吸热反应释放出NO、经放热反应转化为五元含氮杂环或六元含氮杂环。NO从O₂吸附产物释放后生成的产物可经吸热反应进一步释放出CO、转化为五元环酮结构或六元环吡喃结构。     

自燃煤矸石山爆炸的热力学模拟

通过对自燃煤矸石山内部烟气的平衡浓度(ψ)与温度(T)、 压力比(p/p^θ)、 水－空比(α)之间关系的热力学模拟，得到了自燃煤矸石山发生爆炸的热力学条件.当α=100，p/p^θ=100， T=800~1 200 K时，煤矸石燃烧烟气中CO,CO₂,H₂,CH₄和水蒸气的平衡浓度分别为：0.002~0.422,0.034~0.170,0.049~0.126,0.005~0.355和0.004~0.904，CO,H₂,CH₄爆炸性气体可发生化学爆炸.当α=100，p/p^θ=100，T=1 200~1 800 K时，煤矸石燃烧烟气中CO,CO₂,H₂,CH₄和水蒸气的平衡浓度分别为：3.8×10^-5~0.002,0.004~0.034,0.003~0.055,0~0.005和0.904~0.993，“烟气”中主要是高温高压水蒸气，可发生物理爆炸.     

煤炭地下气化过程产气特征数值模拟研究

为了提高煤炭地下气化产气效率,采用数值模拟方法,建立了煤炭地下气化通道数值模型,研究了气化通道内产气组分的时空分布和可燃气体的热值特征。结果表明：气化产气过程可分为初始产气、中期产气和稳定产气三阶段,CO₂浓度在气化初期快速达到峰值,CO和H₂浓度则在气化中期快速增加,气化20d后通道内气体组分浓度分布和热值均趋于稳定;气化剂中氧含量对通道内CO₂和CO的浓度分布影响明显,对H₂影响相对较小;C的氧化反应、CO₂和水蒸气的还原反应同时存在于氧化区和还原区,随着气化剂中氧含量的提高,还原区范围逐渐扩大,CO和H₂的浓度逐渐升高;氧含量每增加20%,通道出口可燃气体热值增加约10%。模拟结果与工业性试验结果具有较好的一致性。     

污泥和煤泥的共燃烧行为研究

山西省乃至全国大量煤泥和城市污泥处理面临前所未有的挑战。清洁燃烧技术是污泥-煤泥协同处理的优选方法。为探究污泥-煤泥混燃过程中的相互作用,为清洁高效燃烧利用提供依据,采用热重质谱联用技术(TG-MS),研究了污泥和煤泥单独燃烧和共燃烧过程中的燃烧特性和污染性气体产物(CH₄、CO、CO₂、NH₃、HCN、NO、NO₂、H₂S、CH₃SH、COS、SO₂、CS₂、SO₃)的析出特性,同时采用Coats-Redfern积分法对污泥和煤泥单独燃烧和共燃烧过程进行动力学特性分析,对两者的相互作用机制进行了深入探讨。结果表明：在污泥和煤泥共燃烧过程中,存在很明显的交互作用。污泥和煤泥相互促进,提高了整体的反应性能,其中煤泥掺混20%时燃烧特性最优,表明污泥比例的增加不会对燃料整体的燃烧性能造成影响。污泥和煤泥的质均活化能E_m分别为51.170 kJ/mol和78.538 kJ/m...     

Ni,Pd, Pt负载α-MoC催化水煤气变换反应理论

氢能因清洁高效、可再生等优点,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。水煤气变换反应是工业上常用的反应,在将CO废气回收利用的同时也是一种重要的制氢手段,具有治理环境和节能减排的双重优点。α-MoC作为一种催化载体,显示出优异的特性。Pd, Ni, Pt基催化剂是水煤气变换反应常用的催化剂。为了进一步了解α-MoC载体在水煤气变换反应中的作用和其负载不同金属时的催化性能,密度泛函理论和动力学蒙特卡洛方法考察了Ni₄/α-MoC(111),Pd₄/α-MoC(111)和Pt₄/α-MoC(111)上的反应机理和活性。研究结果显示,在Ni₄/α-MoC(111)和Pd₄/α-MoC(111),水煤气变换反应为氧化还原路径:CO直接与H₂O分解产生的氧结合,生成CO₂;在Pt₄/α-MoC(111)催化剂上,水煤气变换反应通过羧酸盐路径发生:CO与H₂O分解产生的羟基结合,生成羧酸盐中间体,最后分解...     

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。     

煤的光-热耦合氧化研究

研究了神府煤光氧化和热氧化耦合反应性.在O₂气氛中,CO₂释放量大幅度增加,气体产物主要为CO₂和CO,同时有CH₄释放,各组分的浓度大小表现为：CO₂CO＞CH₄,其中CO₂的浓度随反应温度升高而增加,并在反应2 h时达到最大值,紫外光照射可明显促进CO2和CO释放,温度升高,CO和CH₄释放速率增加.光氧化主要生成CO和腐植酸,热氧化导致C-C键断裂生成CH₄,特别是在高温条件下,能把CO和腐植酸进一步氧化为CO_2.光氧化和热氧化耦合不仅提高了反应气体产物的选择性,而且对提高煤中总腐植酸含量有明显的协同作用,同时导致酚羟基官能团的形成.     

铜钼硫化矿浮选分离中H2O2的作用机理研究

基于铜钼浮选分离试验,结合微量热法和 X 射线光电子能谱（XPS）揭示了 H₂O₂对黄铜矿和辉钼矿的 氧化机理和热动力学规律,旨在为铜钼硫化矿绿色、高效浮选分离提供参考。结果表明：pH=10 时,浓度为 0.01% 的 H₂O₂对黄铜矿与辉钼矿单矿物浮选回收率并未产生显著影响,其中黄铜矿回收率从 88.64% 下降至 83.34%,辉钼 矿回收率从 88.61% 下降至 88.50%;浓度为 1% 的 H₂O₂对黄铜矿与辉钼矿具有较好分离效果,黄铜矿浮选回收率显 著降低至 6.8%,而辉钼矿回收率为 78.48%;浓度为 0.01% 的 H₂O₂ 与黄铜矿、辉钼矿的反应热分别为 2 228.9 mJ、 521.6 mJ,而 H₂O₂浓度增加至 1% 时,黄铜矿的反应热急剧上升至 101 328.6 mJ,反应速率常数 k 从 0.14×10-3 s^-1上升 至 0.37×10-3 s^-1;XPS 分析结果表明,经 H₂O₂处理后黄铜矿表面可能生成 FeOOH 和硫酸盐等亲水物质,导致其可浮 性降低,说明高浓度 H2O2在黄铜矿表面产生了强烈氧化作用,但对辉钼矿的氧化效果并不显著。