多喷嘴对置式水煤浆气化炉炉渣特性研究

为实现多喷嘴对置式水煤浆气化炉炉渣资源化、减量化、无害化利用,对兖矿集团陕西未来能源化工有限公司气化炉粗渣和细渣进行分析,研究气化渣的粒度分布、烧失量、化学组成、显微结构、残碳分布、表面形态等特性,并对其综合利用方向提出建议。结果表明,气化细渣、粗渣烧失量均较高,粗渣为18.79%,细渣为30.57%,未燃碳是烧失量的主要成分,细渣未燃碳高于粗渣。未燃碳在粗、细渣中的分布具有一定规律性,细渣的碳含量随粒径增大而增加,粗渣碳主要分布在0.500~0.125 mm中等粒径。SEM结果表明,气化残渣中的物质由多孔不规则颗粒、黏结球形颗粒和孤立的大球形颗粒组成。其中,多孔不规则颗粒的主要成分为碳,球形颗粒主要成分为硅铝矿物。粗渣、细渣孔隙以4~10 nm介孔为主,细渣的孔结构和比表面积优于粗渣。试验炉渣可作为循环流化床掺烧燃料、废水处理吸附材料、建材掺混材料使用。     

气化细渣基础燃烧特性试验研究

煤气化过程中产生大量含碳量较高的气化细渣,其填埋处理不仅占用大量土地,污染土壤和水体,同时造成能源浪费,如何高效环保地对气化细渣进行资源化利用是目前研究的热点。在获得气化细渣工业分析、元素分析、粒径分布、灰成分和微观形貌等基础上,利用热重对气化细渣单独燃烧及与燃料煤混合燃烧特性进行研究,对比了气化细渣与典型煤种燃烧特性的差异,并考虑掺混比例对混燃的影响。研究结果表明:气化细渣的M_(ar)=69. 7%,A_d=54. 5%,w(C_d)=43. 4%,Q_(gr,d)=16. 14 MJ/kg,干化后的气化细渣中碳含量和发热量与对比劣质烟煤相当;干燥后的气化细渣粒径普遍小于200μm,且孔隙结构发达,电镜结果显示其微观结构由球形颗粒和不规则多孔形状颗粒组成。气化细渣与其他煤种燃烧特性对比表明:气化细渣的着火温度和燃尽温度分别为601. 6℃和680. 8℃,着火和燃尽特性比对比煤样和对应的原煤略差。气化细渣和原煤在不同掺烧比例下的热重燃烧试验结果表明,气化细渣和原煤掺烧存在显著的协同效应,与原煤掺烧能显著改进气化细渣的燃烧特性,在25%气化细渣掺烧比例下,气化细渣的燃烧特性得到显著改善,且相比于纯烧原煤,掺烧气化细渣后混煤的燃烧特性未显著下降。研究结果表明,干化后高含碳量的气化细渣极具应用价值,且与原煤掺烧对混煤的燃烧特性影响较小,还能显著改进混煤的燃烧特性,将干化后的气化细渣与原煤掺烧是一种可行的利用气化细渣热值的技术方案。     

干法电石渣杂质赋存及高效分离研究

电石渣中Ca(OH)₂含量达到了80%以上，针对电石渣中包含的大颗粒杂质影响其资源化利用的问题，采用了XRD,XRF, XPS, FTIR和化学分析等方法对杂质组分进行了系统分析，采用短程气固高效分离工艺对电石渣进行旋风分离，研究了旋风分离过程对杂质的分离效果和产品应用的影响。结果表明，电石渣中的碳主要以碳单质和碳酸盐形式存在，铝硅多以铝硅酸盐形式存在，硫主要以硫酸盐、硫化物和硫醇的形式存在；旋风分离后电石渣中粗颗粒显著富集，铁在粗渣中富集现象显著，铝硅和钙组分未富集，细渣中酸不溶物含量显著减少。利用电石渣制备活性氧化钙，旋风分离细渣所制备的氧化钙产品抗压强度达到了5.1 MPa，相对于原渣和旋风分离粗渣均提高了约50%；细渣制备的活性氧化钙产品中酸不溶物质量分数与原渣和粗渣相比也显著降低，为0.46wt%。本研究为电石渣的杂质分析及工业化应用提供了依据。     

电石渣旋流分离制备脱硫剂及副产石膏研究

电石渣是电石法生产乙炔过程产生的固体废渣，是替代石灰石制备低碳脱硫剂的良好原料，但应用过程存在杂质含量高、粗颗粒难以分离等问题。针对以上问题，可采用多级旋流杂质分离法分离电石渣中的杂质和大颗粒组分，在优化条件下电石渣旋流分离效率可达93.97%。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线荧光光谱仪（XRF）、X射线光电子能谱仪（XPS）等对电石渣的形貌、组成和物相进行表征，系统分析电石渣旋流前后组成、粒度变化，并对电石渣中杂质的赋存形态和分布规律进行详细地探讨。研究结果表明，电石渣中钙主要以氢氧化钙形式存在且旋流分离前后含量相差不大，杂质主要包括三氧化二铁、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、硫、碳和水溶性氯离子等；旋流分离后二氧化硅、氧化铝在细渣中富集，并以铝硅酸盐形式存在；三氧化二铁、碳在粗渣中富集，其中碳以单质碳和碳酸盐形式存在；氯、镁含量较低但分布均匀，铝硅分布集中，铝硫分布集中且铝硫颗粒主要嵌在电石渣颗粒上。采用电石渣旋流细渣作为脱硫剂进行烟气脱硫，工业副产脱硫石膏含水率为13.20%，石膏中二水硫酸钙质量分数为90.01%。该研究可为电石渣资源化利用提供参考和借鉴。     

气流床水煤浆气化系统中氯元素的分布

以神府煤为原料的气流床水煤浆气化装置作为对象,对其原煤、粗渣、细渣、制浆水和废水等样品进行取样并进行实验分析,得出了气化系统中氯元素的分布情况;用化工流程模拟软件Aspen Plus构建了系统的电解质模型,模拟计算了气化系统中氯元素的分布状况以及氯元素浓度在气化系统中的变化趋势。实验结果表明:计算得到气化炉内氯元素的转化率为93.86%;气化系统中大部分的氯元素以废水形式排出系统,粗细渣及其夹带溶液中占有一小部分,合成气中含氯很少;氯元素在煤中的赋存形态会影响它的释放过程,该煤中大部分以有机态存在,占有94.27%,易释放出去。模拟出的氯元素分布结果与实验分析结果基本保持一致,氯离子浓度最高的为出真空闪蒸的黑水中的450 mg/L。     

煤气化渣综合利用研究进展

我国富煤、贫油、少气的能源结构特点,石油、天然气对外依存度高的实际情况以及对煤炭高效清洁利用的重视赋予了煤化工产业发展的机遇,作为煤化工产业龙头的煤气化技术在中国蓬勃发展。随着煤气化技术的大规模推广,煤气化渣的堆存量及产生量越来越大,造成了严重的环境污染和土地资源浪费,对煤化工企业的可持续发展造成不利影响,煤气化渣处理迫在眉睫。笔者介绍了煤气化渣的产生及其带来的环境问题,煤气化渣的基本特点,综述了国内外煤气化渣在建工建材(骨料、胶凝材料、墙体材料、免烧砖)、土壤水体修复(土壤改良、水体修复)、残碳利用(残碳性质、残碳提质、循环掺烧)、高值化利用(催化剂载体、橡塑填料、陶瓷材料、硅基材料)等方面的研究进展,提出了煤气化渣综合利用思路。煤气化渣主要由SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、C组成,气化细渣残碳含量较气化粗渣高,煤气化渣的主要矿相为非晶态铝硅酸盐,夹杂着石英、方解石等晶相,富含硅、铝、碳资源的化学组成特点和特殊的矿相构成是煤气化渣回收利用的基础。目前煤气化渣规模化处置利用主要聚焦在建工建材、生态治理等方面,但因其碳含量高、杂质含量高等特点,导致建工建材掺量低、品质不稳定,生态治理二次污染严重等问题,经济和环境效益差。在资源化利用方面,结合煤气化渣资源特点,目前主要在碳材料开发利用、陶瓷材料制备、铝/硅基产品制备等方面引起广泛关注,虽然经济效益相对显著,但均处于实验室研究或扩试试验阶段,主要存在成本高、流程复杂、杂质难调控、下游市场小等问题,无法实现规模化利用。为了提高企业经济效益,同时解决企业环保难题,结合煤气化渣堆存量大、产生量大、处理迫切的现状以及富含铝、硅、碳资源的特殊属性,建议煤气化渣的综合利用思路为"规模化消纳解决企业环保问题为主+高值化利用增加企业经济效益为辅"。开发过程简单、适应性强、具有一定经济效益的煤气化渣综合利用技术路线,是目前煤气化渣利用的有效途径和迫切需求。     

航天炉粉煤气化系统氯元素迁移规律的研究

氯元素的迁移规律对粉煤气化系统及环境有着重要影响。以航天粉煤加压气化工艺系统为基础,实际生产运行数据为依据,采用分析化验的方法,研究了航天炉气化过程中氯元素的迁移特性。研究结果表明:气化系统中氯元素主要进入废水中,约为72.90%,存在于粗渣和细渣中的氯元素共计12.64%,随粗合成气进入下游系统的氯元素约为10%,排放至大气中的氯元素约为4%,氯元素的平衡率为99.73%。研究结果可为煤气化装置设备、管道、仪表材料的选型提供理论支撑,并通过对系统氯元素浓度的控制,保障气化装置的长周期稳定运行。     

气氛和化学组成对高铁煤灰熔融特性的影响机理

采用灰熔点仪、XRD和热力学模拟,研究气氛和化学组成对高铁煤灰熔融特性的影响机理。研究结果表明,灰熔融温度随铁含量、钙含量或硅铝比增加而降低。弱还原气氛下低钙或低硅铝比煤灰熔融存在明显的初始熔融阶段,熔融过程遵循“软化-熔融”机理,而空气气氛下高钙或高硅铝比煤灰熔融过程属于“熔融-溶解”机理。弱还原气氛下铁含量增加显著促进石英和钙长石熔融,空气气氛下钙含量增加促进刚玉和石英熔融或转化为钙基硅铝盐。弱还原气氛下液相含量随硅铝比或铁含量增加而增加,液相黏度随钙含量或铁含量增加而降低,促进熔融传质;空气气氛下低钙或低硅铝比煤灰中铁存在于含铁固溶体,导致液相黏度高或液相含量低,熔融传质受阻。     

气氛和化学组成对高铁煤灰熔融特性的影响机理

采用灰熔点仪、XRD和热力学模拟,研究气氛和化学组成对高铁煤灰熔融特性的影响机理。研究结果表明,灰熔融温度随铁含量、钙含量或硅铝比增加而降低。弱还原气氛下低钙或低硅铝比煤灰熔融存在明显的初始熔融阶段,熔融过程遵循“软化-熔融”机理,而空气气氛下高钙或高硅铝比煤灰熔融过程属于“熔融-溶解”机理。弱还原气氛下铁含量增加显著促进石英和钙长石熔融,空气气氛下钙含量增加促进刚玉和石英熔融或转化为钙基硅铝盐。弱还原气氛下液相含量随硅铝比或铁含量增加而增加,液相黏度随钙含量或铁含量增加而降低,促进熔融传质;空气气氛下低钙或低硅铝比煤灰中铁存在于含铁固溶体,导致液相黏度高或液相含量低,熔融传质受阻。     

淮南矿区不同煤组煤灰熔融温度变化规律及机理

淮南矿区煤是优质动力煤，但日常煤质检测发现部分槽别煤样的煤灰软化温度较低，单独使用有导致燃煤锅炉结渣的风险。为了系统掌握淮南矿区不同煤灰熔融温度煤在不同煤组中的分布规律，揭示煤灰熔融温度变化原因，本研究采集淮南不同矿区的A组、B组和C组共40个煤层煤样，对其灰熔融温度进行测定，并利用热力学平衡计算的方法对高温下煤灰矿物组成的转化机理进行研究。结果表明：淮南矿区煤灰化学组成主要以硅铝为主，硅铝总量的平均值达到82.44%,A组煤中硅铝总量低于B组煤和C组煤中硅铝总量；A组煤中铁、钙、镁、钾和钠的总量高于B组煤和C组煤中铁、钙、镁、钾和钠的总量，钙镁主要以方解石或白云石形式存在于原煤中。A组煤中，煤灰软化温度位于1 350℃～1 449℃的煤样个数占60.0%,低于1 350℃的煤样个数占20%;B组煤和C组煤中，煤灰软化温度高于1 500℃的煤样个数分别占75.0%和92.3%。煤灰软化温度随酸碱比的增大而升高，当酸碱比大于7.5时，煤灰软化温度高于1 500℃。但煤灰软化温度与硅铝比之间没有显著相关性。A组煤煤灰(815℃)中主要矿物为石英、氧化钙、硬石膏、钾云母和赤铁矿；B组煤煤灰和...     

流化床气化中小龙潭褐煤灰结渣行为

为探索小龙潭褐煤流化床气化过程中的煤灰结渣行为,采用化学成分、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)相结合对小龙潭煤气化炉内残留渣块和不同温度热处理后煤灰的成分、形貌和晶相组成进行了表征和对比分析,并对升温过程中煤灰的矿物质演变进行了研究。结果表明:在小龙潭气化过程中流化床气化过程中渣块形成时铁元素发生了明显的富集,小龙潭气化残留渣块和950℃煤灰的微观形貌和晶相组成基本相同。小龙潭褐煤在流化床气化过程中950℃左右生成低熔点共融物钙长石、钙黄长石和铁钙辉石等是引起结渣的主要因素。     

煤气化渣资源化利用

煤气化技术作为清洁利用技术得到迅速发展，但同时产生大量的煤气化渣。本文从煤气化渣的来源及危害、煤气化渣的基本性质、煤气化渣制备材料（介孔材料、活性炭、复合材料）和煤气化渣的应用（废气废水处理、建工建材、农业） 4个方面进行概述总结，对存在的问题、应用前景分别进行了分析和展望。文中指出：煤气化渣含碳量高、铝硅资源丰富、比表面积较大、孔隙结构比较发达，可用于制备高值化产品，但制备过程中所产生的废液需要进行处理与处置，剩余的含铝、硅和碳残渣也需要进行回收利用。煤气化渣的研究虽然取得了良好的效果，但大都处于实验室研究阶段或试验推广阶段，无法实现规模化利用。建议开发工艺简单、可行性强且具有经济效益的煤气化渣资源化利用技术，在分级利用的基础上实现铝、硅、碳资源的协同利用；在全利用的基础上实现其规模化利用。     

循环流化床粉煤灰组成与含量对其水化胶凝性能的影响

循环流化床粉煤灰(CFBFA)的组成显著影响其水化胶凝性能,明晰组成和含量对其水化胶凝性能的影响规律有助于进一步阐明CFBFA水化胶凝机制。本文通过力学性能测试、X射线衍射分析、扫描电子显微镜-能谱分析方法,研究了CFBFA的组成与含量对其水化胶凝力学性能、物相组成、微观形貌和元素分布的影响。结果表明：不同组成CFBFA胶砂试块的水化胶凝性能具有差异性,主要与CFBFA中所含铝、硅、钙、硫等含量有关,当铝、硅质量分数超过75%时,CFBFA胶砂试块28 d抗压强度约为38 MPa,铝、硅含量高,有利于胶凝体系形成含水化硅酸钙的致密块体;当钙、硫质量分数超过28%时,CFBFA胶砂试块28 d抗压强度降至14.5 MPa左右,钙、硫含量较高会导致胶凝体系出现不利于强度发展的棒状钙矾石;随着水泥添加质量分数从50%增加到90%,CFBFA胶砂试块28 d抗压强度增加了27.2 MPa, CFBFA胶砂试块的力学性能与水泥添加量呈正相关,这是因为水泥不仅自身可发生水化反应并生成自硬性水化产物,而且能促进CFBFA中铝、硅组分的水化反应。该研究可为CFBFA在建筑材料领域的应用提供参考。     

转炉钢渣的显微形貌及矿物相

利用扫描电子显微镜的背散射电子像观察了3个钢厂转炉钢渣共80个试样的矿物形貌,用扫描电子显微镜、X射线能谱仪测定了这些矿物中共2613个微区的元素成分,进而用统计分析的方法确定了具有相同形貌特征相的矿物类别,并用X射线衍射分析验证了这些试样中矿物的种类.结果表明:在高碱度钢渣中,硅酸二钙(C2S)呈圆粒状和树叶状,硅酸三钙(C3S)呈六方板状,铁铝钙相和镁铁相呈不规则形貌;主要矿物相为C2S、铁铝钙及镁铁相固溶体,还含有少量的C3S,游离CaO和MgO;铁铝钙相的典型组成是铁铝酸钙,其表达式为Ca2(Al,Fe)2O5,还发现长期以来由于组成未知而被人们定名为RO相的物质成分是镁铁相固溶体,其代表性组成是MgO·2FeO.     

白色硅酸盐水泥熟料及结球料的矿物组成分析

白色硅酸盐水泥(简称白水泥)是装饰用的特种水泥。白水泥熟料的石灰饱和系数和通用硅酸盐水泥熟料相差不大,但硅率较高(一般在3.5~5.0),铝率很高。这种低铁、高硅、高饱和比的熟料,要求煅烧温度达　1 500℃以上,为降低烧结温度,在生料中必须加入少量矿化剂,最常用的矿化剂是萤石,其掺量控制在0.5%之内。白水泥熟料矿物组成范围为：C3S (55%~60%),C2S (20%~30%),C3A (12%~14%),C4AF(<1%)。     

循环流化床粉煤灰理化特性及元素溶出行为研究进展

综合论述了循环流化床（CFB）粉煤灰粒度、微观形貌、化学及物相组成、化学结构等理化特性,并与煤粉炉（PC）粉煤灰进行对比分析,突出了CFB灰在理化特性方面的独特性。其次,总结了CFB灰在酸碱体系中主要元素溶出行为及浓度、液固比、反应时间和温度等因素对溶出行为的影响。结果表明,CFB灰中铝硅聚合度低于PC灰,物相以无定形硅铝酸盐为主,晶体矿物质质量分数之和仅为灰质量的20%~30%。同等条件下CFB灰中铝在酸溶液的溶出活性高于PC灰,使得CFB灰在有价元素提取方面更具优势。然而,随着铝在酸溶液中的溶出,硅逐渐累积并附着在颗粒表面,阻碍了铝的进一步溶出。因此,综合考虑CFB灰有价元素温和提取及酸浸渣利用可大幅提高技术经济性。在碱性体系中CFB灰主要溶出元素为硅和铝,目前对CFB灰无定形硅铝酸盐中硅铝在碱性体系溶出行为缺乏深入的认识,加强该方面研究可提高对CFB灰碱激发过程胶凝机理的认识,从而促进CFB灰制备胶凝材料方面的发展。     

还原铁法重构钢渣及其矿物组成

分别采用直接还原法和熔融还原法对柳钢和宝钢2种钢渣进行了铁还原重构试验，利用 X射线衍射、扫描电子显微镜研究了重构钢渣的矿物组成，并采用水泥胶砂强度试验法测定重构钢渣的活性指数。结果表明：直接还原法可将钢渣中铁氧化物还原成铁珠，尺寸范围为1～50μm，金属铁颗粒均匀分布在各种矿物之间；铁酸钙相、镁蔷薇辉石在重构过程中分解，柳钢钢渣硅酸三钙(C3S)和宝钢钢渣硅酸二钙(C2S)分解，钢渣重构后硅酸钙相组成由原钢渣中Ca/Si摩尔比决定；RO相被还原成金属铁和MgO，原钢渣总铁含量越高，铁还原越彻底。熔融还原法可将钢渣中铁氧化物还原成金属 Fe，在重力作用下渣铁分离，还原率近乎100%；随炉冷却渣矿物组成为钙铝黄长石、镁黄长石、C2S，与硬矿渣相似；水淬渣以玻璃体为主，柳钢和宝钢重构渣玻璃体含量分别为97%和73%，与水淬矿渣组成相近。采用还原铁法所得重构钢渣的活性指数显著提高。     

碱融ICP-AES法测定磷矿石中多元素含量

磷矿石中各元素含量含量的准确分析对于磷矿石的综合开发利用有着重要的意义。本文采用氢氧化钠碱融,样品经过一次稀释,降低样品中各元素的浓度,消除基体效应,测定磷矿石中磷、硅、铝、铁、钛、钙、镁、锰等元素含量,用国家标准物质GBW07210和GBW07211验证。结果表明,6次测定结果的相对标准偏差在1.2%~16.8%之间,国家标准物质的测定结果与推荐值的相对误差在0.1%~7.6%之间。能够满足于磷矿石中多元素含量的测定。     

铁元素对煤气化过程矿物转化和熔融特性影响的研究进展

铁是普遍存在于煤中的重要元素，其含量和价态等参数是影响煤气化灰渣理化特性(矿物转化和熔融、结晶、黏温和流变性等)的关键因素。气化炉用煤的种类和操作工况(气氛和温度)等变化影响铁的赋存形态，含铁的煤气化灰渣呈不同理化性质，其研究对指导气化炉的顺畅排渣具有重要意义。综述了近年来学者对铁元素在气化灰渣的赋存形态、铁对煤气化灰渣的熔融特性、降温过程结晶性和黏温特性等研究进展。铁主要以FeO、Fe₂O₃、FeS和FeS₂等形式存在于原煤中，在煤气化过程中转化为含铁的硅铝酸盐类物质，且受气体组分(CO/CO₂/O₂/H₂)、化学组成和温度影响显著。因Fe³⁺具有强极性，难以与其他矿物反应，在氧化性气氛下的灰渣熔融温度较高；而CO、H₂等气体具有较强的还原性，灰渣中的Fe₂O₃被还原为亚铁(Fe²⁺),其熔融温度降低，但还原为金属Fe时，其具有高熔点特性，灰熔融...     

煤气化细渣浮选脱碳分析

对煤气化细渣的浮选脱碳进行了研究。因煤气化细渣含残炭量高,制约了煤气化细渣的应用;而煤气化细渣的矿物组成和润湿性能与粉煤灰的指标大体相似,粉煤灰浮选已经工业化,气化细渣也具有浮选脱碳的可行性。通过分析论证发现,浮选脱碳是煤气化细渣脱碳的合适方法;气化细渣粒度微细,分布范围广,应采用分级浮选方法脱碳;对于40μm以下的颗粒,适合采用旋流-微泡浮选柱,而对于40μm以上的颗粒,适合采用机械搅拌式浮选机进行浮选。