刚玉尖晶石砖的抗渣性能

采用真空感应炉进行了刚玉尖晶石耐火砖的动态抗渣实验,研究了高碱度脱硫渣和铝硅镇静钢精炼渣对该耐火砖的侵蚀,分析了两种碱性渣对其侵蚀机理.结果表明,刚玉尖晶石耐火砖抗铝硅镇静钢精炼渣侵蚀性能优于高碱度脱硫渣.刚玉尖晶石耐火砖抗侵蚀性能主要受渣中氧化铝和氧化钙含量影响.高碱度脱硫渣中CaO,SiO2,CaF2含量较高,与刚玉尖晶石耐火砖中的Al2O3发生反应低熔点物质,降低了渣的粘度,侵蚀较严重;高碱度脱硫渣中Al2O3含量低,导致尖晶石中MgO直接溶解,而铝硅镇静钢精炼渣中Al2O3含量高,在MgO/渣界面形成MA尖晶石,导致间接溶解,抑制渣侵蚀.     

硫磺分解磷石膏制硫酸技术进展及推广应用

针对磷石膏资源化利用课题,开展了硫磺低温分解磷石膏制高浓度SO_2技术、氧化钙残渣的高值化利用技术及磷石膏制酸过程的系统集成及工程实施关键技术研究。硫磺分解磷石膏过程的动力学试验研究结果表明:一段反应温度为650℃,反应停留时间为1 h,反应产物可达到二段物料配比;二段反应温度为1 100℃,磷石膏分解率大于98%,系统脱硫率大于96%。氧化钙残渣配以铝矾土、磷石膏在1 250℃/60 min下可烧制成高品质的硫铝酸盐水泥熟料;采用氯化铵浸取脱硫钙渣碳酸化制备高纯度碳酸钙,残渣中钙浸取率为85.62%,硅脱除率达到95.30%,所得轻质碳酸钙产品纯度达98.90%,达到涂料用优等品指标要求。建立万吨级硫磺低温分解磷石膏制硫酸示范装置,实现了磷石膏转化率99%、分解温度为1 050℃、窑气φ(SO_2)高达12.2%的工艺指标。     

硅铝二元包膜金红石型二氧化钛的研究

采用正交实验法,利用高分辨透射电镜及光电子能谱仪等检测手段对包膜后二氧化钛的白度、消色力及吸油量进行分析,对影响硅铝包膜的几个主要因素进行研究,得到了二氧化钛表面包覆SiO2及Al2O3的最优实验条件。研究结果表明:硅包膜时搅拌速度450 r/min,反应温度75~80℃,中和时间80~100 min,熟化时间90 min;铝包膜时搅拌速度500 r/min,反应温度60~65℃,终点pH 7~8,中和时间150~180 min,可以得到均匀、致密的硅铝氧化物包膜层。     

聚硅硫酸铁铝的制备及絮凝法处理酒精废液

以硅酸钠、硫酸亚铁和硫酸铝为原料制备聚硅硫酸铁铝絮凝剂(PSFA)。考察了Al3+/Fe2+、(Al3++ Fe2+)/SiO2、反应温度、反应时间等因素对制备的聚硅硫酸铁铝处理酒精废液的絮凝性能的影响。通过正交实验确定了制备PSFA絮凝剂的最佳反应条件：n(Al3+)/n(Fe2+)＝4/1、n(Al3+ + Fe2+)/n(SiO2)=2/1、反应温度60 ℃、Al3+反应时间1.5 h,Fe2+反应时间1.0 h。通过正交实验确定了最佳絮凝条件：絮凝剂PSFA投加量为5 mL/L水样,水样温度为55 ℃,水样pH=11,该条件下浊度去除率在94％以上。同时,用酚醛泡沫作载体,对固定化聚硅硫酸铁铝絮凝剂进行研究探索。     

硝酸法磷酸脱氟工艺研究

针对以硝酸法湿法磷酸直接制备饲料级磷酸氢钙存在磷氟比（五氧化二磷与氟的质量比）较低的问题,采用化学沉淀法,以钙盐作为脱氟剂,通过间歇实验考察了反应时间、反应温度、反应pH、酸解液中五氧化二磷和氧化钙浓度等因素对酸解液中磷沉淀率和磷氟比的影响。结果表明,反应时间和反应温度的变化对溶液的磷沉淀率和磷氟比影响不大,而降低五氧化二磷和氧化钙的浓度能够有效地提高溶液的磷氟比、降低磷沉淀率。通过对比脱氟溶液制备饲料级磷酸氢钙的收益变化可得出较优操作条件：反应温度为40 ℃,反应时间为20 min,酸解液中五氧化二磷质量分数为7.6%、氧化钙质量分数为3.4%,钙盐中和溶液pH为2.4。在此条件下,脱氟溶液的磷氟比达到230以上、磷损失率小于30%,可为后续饲料级磷酸氢钙的制备提供合格的原料。     

Sol-Gel法制备莫来石粉末的研究

本文研究了以正硅酸乙酯（TEOS）和硝酸铝为原料，用溶胶-凝胶法制备莫来石粉末的过程。探讨了温度和pH值对Al2O3-SiO2凝胶时间的影响；用IR和XRD研究了凝胶在热处理过程中的晶相变化。研究结果表明：温度升高，凝胶时间缩短；pH=3时，溶胶的聚集速度减慢，胶凝时间较长；莫来石相是经铝硅尖晶石转化而成．铝硅尖晶石在1000℃开始转化为莫来石，至1250℃全部转化；制备的莫来石粉末晶粒尺寸为100-200nm。     

冶炼含氟废酸制备冰晶石的工艺优化

以冶炼含氟废酸为原料,通过中和除杂、合成反应和洗涤烘干等工艺制备冰晶石。考察了中和除杂pH值对金属离子去除率的影响及反应pH值、投料比Na∶Al∶F、反应温度、反应时间对氟回收率和剩余氟离子浓度的影响,并通过XRD、EDAX、SEM对产品的物相和形貌进行了表征。结果表明,在中和除杂pH值为7.5、反应pH值为8.0、投料比Na∶Al∶F为4∶1∶6、反应温度为80℃、反应时间为60min的最优条件下,氟回收率可达98.9%,剩余氟离子浓度可降至200mg·L~(-1);制得的冰晶石产品质量达到GB/T 4291-2007的要求,钠铝物质的量比为2.5。实现了冶炼含氟废酸的资源化利用。     

磷石膏脱硫钙渣制备轻质碳酸钙

为了有效利用磷石膏脱硫钙渣资源,以磷石膏脱硫钙渣为原料合成了球形轻质碳酸钙。本文首先利用XRD和SEM等测试手段分析了磷石膏脱硫钙渣的主要组成是氧化钙,主要杂质为二氧化硅以及少量铁铝镁。在此基础上首次提出了氯化铵浸取磷石膏脱硫钙渣,而后碳化合成轻质碳酸钙的新工艺。探讨了浸取过程中氯化铵的添加量,水与钙渣的液固比(质量比),温度工艺参数对钙浸取率和硅脱除率的影响,确定了较优工艺条件为:氯化铵添加量为总固体质量的50%,水与钙渣的液固比为9:1,温度为40℃。在该工艺条件下,钙的浸取率可达67.98%,硅的脱除率可达97.80%。对上述浸取液经碳化制备出的轻质碳酸钙,其纯度为97.90%,白度为94.2度,沉降体积为3.5mL/g,均符合《普通工业沉淀碳酸钙》(HG/T 2226-2010)标准对一等品指标要求,且主晶型为球文石型,表明了该工艺效果良好。     

以富锰渣制备4A分子筛

研究了以富锰渣为原料，经过硫酸浸出、酸浸渣与碱固相高温煅烧熔融制备分子筛的工艺。以10％（质量分数）的硫酸为浸取介质，在90～100℃下反应2h，将富锰渣中锰、铁、钙、镁等可溶性物质溶出，液相中的锰用来制备硫酸锰。酸浸渣与碱固相反应，将硅铝溶出，补氢氧化铝，调整比例到4A分子筛合适的硅铝比，使溶液中各物质的量比为n（二氧化硅）／n（三氧化二铝）=2，n（水）／n（氧化钠）=28，n（氧化钠）／n（二氧化硅）=0．9。浓缩溶液至过饱和状态，在空气中冷却到30℃，再升温至90℃，恒温5h。加入氯化钠少许，放冷使之结晶。过滤并洗涤晶体至pH=9-10，于马弗炉中500℃左右煅烧1h即得4A分子筛产品。     

微波法由富锰渣制备4A分子筛

研究了以富锰渣为原料制备分子筛的工艺.作者以浓硫酸为浸取介质,在90～100 ℃下反应3 h,将富锰渣中锰、铁、钙、镁等可溶性物质溶出,液相中的锰用来制备硫酸锰.过滤所得固相酸浸渣在微波反应器中与碱反应将硅铝溶出,以分析纯Al(OH)3为铝源,补铝调整比例到4 A分子筛合适的硅/铝比,使溶液中各物质摩尔比为SiO2/Al2O3≈2,H2O/Na2O≈28,Na2O/SiO2≈0.9.浓缩溶液至过饱和状态,为结晶做准备.将过饱和状态的溶液放在空气中冷却到30 ℃,稍等片刻,再升温至90 ℃左右,恒温5 h左右,加入NaCl少许,放冷使之结晶.过滤并洗涤晶体至pH值至9～10,于马弗炉中500 ℃左右煅烧1 h脱水,即得4A分子筛产品.4A分子筛的质量指标符合GB1768-93,XRD分析与文献数据基本吻合.     

钢渣改性用于烟气脱硫研究进展

钢渣结构上疏松多孔、组分上富含氧化钙、氧化镁等碱性氧化物,因此其在溶液中碱性较高,酸中和能力强,能有效去除烟气中二氧化硫实现有效脱硫。目前钢渣主要用于湿法脱硫工艺,基本机理是气液两相间的传质过程,包括二氧化硫由气相进入液相、液相中钢渣碱性物质溶解析出、进入液相的二氧化硫与钢渣中碱性物质发生化学反应3个过程,但脱硫效果主要受前两个过程影响,主要影响因素包括入口二氧化硫质量浓度、液气比、浆液pH、反应温度、钢渣粒径等。但目前对钢渣中除氧化钙、氧化镁外其他组分对脱硫效果的影响机理研究还不够深入。因此,下一步要积极探索钢渣中不同化学组分在烟气脱硫过程中的协同作用和机理,完善钢渣用于烟气脱硫的理论基础,进而实现钢渣脱硫的工业化应用。     

碳酸钠焙烧铝系钒铁炉渣共提取钒与铝

通过对铝系钒铁炉渣碳酸钠焙烧-水浸全过程的矿物分析、热力学计算及对比实验,研究了炉渣中钒、铝同步转化、溶出的机理与规律. 结果显示,焙烧进程中渣中镁铝尖晶石MgO×Al2O3相、CaO×2Al2O3相逐渐消失,MgO相生成,并生成碱熔相Na2O×Al2O3和钒酸盐. 随焙烧温度及时间增加,Na2O×Al2O3和钒酸盐相明显增多,钒、铝溶出率增加. 焙烧熟料经水浸后,液相呈碱性,钒、铝分别以可溶性钒酸钠和铝酸钠的形式进入水相,固相残留物为少量未反应的镁铝尖晶石及新生成的MgO和Ca(OH)2. 在磨矿粒度<75 mm、配碱系数1.0、焙烧温度1000℃及焙烧时间4 h的优化条件下,钒的溶出率可达90%,铝的溶出率可达75%.     

钒铬还原渣酸浸液中钒铬初步分离工艺

钒铬还原渣是钠化提钒过程的典型危险固体废弃物,其资源化利用需求迫切。中国科学院过程工程研究所提出钒铬还原渣硫酸酸解-钒铬初步分离-铬/钒/铁络合深度分离技术路线,并在攀钢集团建成万吨级示范工程。本文重点考察钒铬还原渣酸解液中钒铬初步分离原理及工艺,研究了H₂O₂和Na₂S₂O₈两种氧化剂对沉钒效果的影响,并通过实验确定了最佳工艺条件。结果表明：以H₂O₂为氧化剂时,H₂O₂与钒摩尔比为0.75、氧化温度为60℃、初始溶液pH为2.0、氧化时间为60min、水解温度为95℃、水解时间为2.5h的条件下可得到84.2%的沉钒率;以Na₂S₂O₈为氧化剂时,Na₂S₂O₈与钒摩尔比为0.65、氧化温度为90℃、氧化时间为45min、沉钒初始溶液pH为2.5、沉钒温度为90℃、沉钒时间为2.5h的条件下可获得93.1%的沉钒率。过硫酸钠氧化过程温和,沉钒率高,铬损失小,更适合工业推广应用。采用SEM获得了沉淀产物的微观形貌,煅烧后得到V₂O₅产品,采用XRF获得了产品组成,通过X射线衍射确定得到的V₂O₅产品为正交晶型。     

磷化渣废液除锌制备高纯度磷酸三钠

为了实现磷化渣碱溶后所得废液的综合利用,采用中和沉淀法和硫化钠沉淀法去除磷化渣废液中的杂质锌,对中和沉淀法和硫化钠沉淀法的工艺条件进行优化,并由此设计磷化渣废液除锌制备高纯度磷酸三钠的生产工艺。对于中和沉淀法,在反应体系pH=8.85,反应时间为10 min时,Zn2+去除率可达97.96%;对于硫化钠沉淀法,在反应体系pH=6.85,硫化钠投加量与Zn2+的摩尔比为1:1,反应时间为10 min时,Zn2+去除率可达99.80%。相比于中和沉淀法除锌制备磷酸三钠工艺,硫化钠沉淀法除锌制备磷酸三钠工艺具有更高的磷酸三钠纯度,为98.85%,固相产品中Zn2+含量更低,仅为0.0004%,符合化工行业分析纯标准。该工艺大幅度地回收了磷化渣废液中的PO43-离子和Na+离子,为实现磷化渣综合利用的工业化提供新思路。     

粗四氯化钛有机物精制除钒尾渣提钒技术

从四氯化钛有机物精制除钒尾渣中提钒并制备V2O5产品,研究了精制除钒尾渣焙烧温度、浸出剂加入量、液固比、浸出温度、浸出时间对尾渣中钒转化和溶出率的影响。结果表明,焙烧温度大于600℃时,可高效脱除精制除钒尾渣中的碳和氯(?0.1%),且低价钒被氧化为高价,钒主要以V2O5形式存在。对焙烧后的尾渣以Na2CO3水溶液为浸出剂,液固比6 mL/g及80℃下浸出60 min,钒浸出率为85.5%,浸出液仅含少量Si, Al, Ti杂质,以NH4+:V=2.5:1(摩尔比)直接加铵盐沉钒,得到NH4VO3,经干燥、煅烧制得V2O5产品,可满足99级粉钒指标要求,全流程钒收率为75%。     

钒渣钠化焙烧熟料浸出液除磷工艺研究

以钒渣钠化焙烧熟料浸出后得到的含钒溶液为原料,分析了二水硫酸钙在碱性条件下对含钒溶液中磷的去除机制,研究了二水硫酸钙用量、溶液pH、反应时间、反应温度等因素对磷去除率、钒损失率以及溶液中五氧化二钒与磷质量浓度比的影响。研究结果表明：在弱碱性条件下,二水硫酸钙可有效去除含钒溶液中的磷,磷去除率达到70%以上、钒损失率小于1%、五氧化二钒与磷质量浓度比大于2 300,满足后续沉钒的要求。确定的除磷工艺条件：二水硫酸钙与磷物质的量比为5.3,溶液pH为9.0,反应时间为30 min,反应温度为25 ℃。除磷后的含钒溶液经沉钒、洗涤、煅烧得到五氧化二钒产品,沉钒率大于99%,五氧化二钒产品质量满足YB/T 5304—2011《五氧化二钒》中99级的要求。     

弱氧化剂CO2(g)对含钒铁水吹炼制钒渣的影响

采用弱氧化剂选择性氧化含钒铁水,先弱氧化脱硅,再强氧化提钒,以获得高品位的钒渣。对弱氧化剂CO2浅度氧化含钒铁水炼制钒渣进行了理论分析,确定脱硅保钒反应的物理化学条件,研究了温度、CO2气体流量、搅拌和熔剂等因素对脱硅保钒反应的影响及脱硅反应产物的分布。结果表明,温度1450℃及CO2气体流量1 L/min、有搅拌条件下,脱硅率高达68.62%,而钒氧化率仅为0.73%。     

电石渣喷淋吸收烟气二氧化硫工艺及动力学

在喷淋吸收装置中对电石渣浆液吸收SO₂进行了系统研究。研究结果表明：脱硫效率随烟气SO₂浓度的增加先升高,然后下降;随体系pH的增加而升高,pH从3升到13时,脱硫效率由52.3%升到94.7%;增加浆液电石渣浓度和减小电石渣粒径均有利于SO₂的吸收去除;液气比从10 L·m^-3增加到50 L·m^-3时,脱硫效率提高了59.9%;以电石渣烟气脱硫的化学反应为基础,建立电石渣烟气脱硫反应动力学模型,总反应级数n=α+β=1.67,反应活化能E_a=51396.59 J·mol^-1,频率因子k₀=0.37894×10⁶(mol·m^-3)^-0.67·s^-1。     

高钙钒比钒渣钠化焙烧熟料浸出条件研究

采用高钙钒比钒渣[钙钒比ω(CaO)/ω(V2O5) 0.32]在适宜钠化焙烧条件下的熟料,通过单因素控制法,进行水浸出和碳酸铵浸出实验. 对比钒渣熟料两种浸出的适宜条件和浸出效果,分析其特点. 对浸出前后的钒渣进行物相分析,考察和对比两种浸出的浸出机理. 结果表明,钒渣熟料水浸适宜条件为,温度90℃,时间30 min,液固比8.0 mL/g. 此条件下的钒浸出率为89.4%;钒渣熟料碳酸铵浸出适宜条件为,温度60℃,时间20 min,碳酸铵含量12%. 此条件下钒的浸出率为90.2%;与熟料水浸相比,碳酸铵浸出钒的浸出率提高0.8%,浸出温度下降30℃,浸出时间缩短10 min;熟料水浸时只有水溶性钒酸盐被浸出,而碳酸铵浸出时水溶性钒酸盐和部分水不溶性钒酸盐都被浸出.     

含钒渣对铝碳材料的侵蚀

为了探讨含矾渣对铝碳材料的侵蚀机制,用动态感应抗渣法研究了w(V2O5)=10%、碱度2.8,w(V2O5)=6%、碱度2.8,w(V2O5)=6%、碱度1.44的3种含钒渣对铝碳材料的侵蚀。结果表明:随着V2O5含量(w)由6%增加到10%,铝碳材料的熔损指数增加;随着碱度的增加,铝碳材料的熔损指数也增加;添加电熔镁砂有助于提高铝碳材料的抗侵蚀性能。显微分析表明:V、Ti元素渗透能力强,渗透深,而尖晶石可固溶少量V2O5、MnO及FeO。