CO2矿物碳酸化的研究进展

CO₂的温室气体效应已为全世界环保工作者所重视。CO₂ 的矿物固定即碳酸化是减少其温室气体效应的有效方法之一。本文从矿物碳酸化的热力学、动力学方面分析了这种方法的可行性以及反应机理、速率影响因素等;总结了其工艺路线、生产成本以及产品的性能、用途等。指出用钢铁工业的废弃物-钢渣固定CO₂具有大的应用前景。     

焦炭在H2O+CO2气氛中的溶损反应特性

 为了研究富氢高炉内焦炭的溶损反应特性,开发了连续进水的全自动焦炭反应性测定装置,分别利用CO₂和N₂载带不同比例H₂O(0%～30%)提供H₂O+CO₂(H₂O和CO₂混合气体)和H₂O+N₂(H₂O和N₂混合气体)的含水气氛进行焦炭溶损试验,通过红外气体分析仪实时记录出口气体中CO和H₂的摩尔分数,研究了焦炭在H₂O+CO₂气氛下的溶损反应过程以及碳溶反应(C+CO₂=2CO)和水煤气反应(C+H₂O=CO+H₂)的动力学过程。研究表明,随着H₂O+CO₂混合反应气氛中H₂O比例的增加,焦炭的碳素溶损率和溶损速率均逐渐增大,而且水煤气反应的溶损速率逐渐变大、碳素溶损率逐渐升高,但是碳溶反应的溶损速率则逐渐减小、碳素溶损率也逐渐降低,这说明H₂O+CO₂反应气氛中H₂O和CO₂同时与焦炭反应存在显著的竞争作用。通过分析碳素溶损率和水蒸气含量线性关系的拟合斜率发现,焦炭在H₂O+CO₂混合反应气氛中发生的碳溶反应和水煤气反应的斜率均小于单纯单一气氛下的碳溶反应和水煤气反应的斜率,并提出基于斜率差值的抑制因子α表征H₂O和CO₂对碳溶反应和水煤气反应互相影响程度,CO₂对水煤气反应的抑制因子α_<sub>CO₂/H₂O为0.253,H₂O对碳溶反应的抑制因子α_<sub>H₂O/CO₂为0.179,α_<sub>CO₂/H₂O为α_<sub>H₂O/CO₂的1.41倍,CO₂对水煤气反应的抑制程度强于H₂O对碳溶反应的抑制程度。     

LaCl3·7H2O晶体的热分解

采用TG-DTG方法,得到LaCl3*nH2O晶体在空气中热分解过程及相应分解反应的活化能,即在84～112℃时,LaCl3*7H2O失去4个结晶水,分解反应的活化能为133.2kJ/mol,在123.2～137.9℃时,LaCl3*3H2O失去2个结晶水,分解反应的活化能为153.9kJ/mol,在162.5～177.4℃时,LaCl3*H2O失去1个结晶水,分解反应的活化能为454.6kJ/mol,在397.7～464.5℃时,LaCl3气相水解为LaOCl,活化能为66kJ/mol.在温度低于900℃(最高测试温度)时,LaOCl能稳定存在.     

Na2O对超高碱度连铸保护渣性能的影响

 在包晶钢连铸过程中,裂纹类缺陷频繁出现。生产实践表明,采用结晶性能较强的保护渣可以有效减少纵裂纹的发生,但会恶化保护渣的润滑功能。近年来,超高碱度保护渣由于兼具开始结晶温度低、结晶速率快的特点,可以成功协调包晶钢连铸过程中润滑与传热的矛盾。但在超高碱度条件下,有关组分对保护渣结晶性能的影响研究不多,且相应的熔渣结构特征也鲜有报道。Na₂O作为保护渣中一种常见的组元,对调节保护渣性能具有重要作用。论文采用半球点熔化温度测试仪、旋转黏度计以及高温原位结晶性能测试仪分析了超高碱度下(综合碱度R=1.75)Na₂O对连铸保护渣熔化流动特性以及凝固结晶性能的影响规律和作用机制。研究结果发现,随着Na₂O含量增加,保护渣的黏度(1 300 ℃)、熔化温度、转折温度和结晶温度都呈下降趋势,结晶速率呈现先减小后增大的趋势,当Na₂O质量分数为6%时结晶速率最低。此外,研究还发现超高碱度保护渣中主要析出相为枪晶石(Ca₄Si₂F₂O₇),随着Na₂O含量进一步增加,渣中出现新的结晶相CaF₂和Na₂CaSiO₄F。     

TiO2-Al2O3-CaO-SiO2低碱度高钛渣熔体黏度特性

研究了TiO₂含量、Al₂O₃含量以及二元碱度(CaO/SiO₂)对TiO₂-Al₂O₃-CaO-SiO₂低碱度高钛渣黏度的影响.实验采用旋转柱体法在1633-1873K温度范围内对渣系熔体黏度进行了测量.当TiO₂质量分数为23%-43%、Al₂O₃质量分数为3%-12%和二元碱度为0.3-0.7时,钛渣熔体黏度随TiO₂含量和碱度的增加而降低,随Al₂O₃含量的增加而增加.通过对转底炉-电炉熔分过程渣系脱硫能力计算,得知在低碱度高钛渣中TiO₂属于酸性.依据黏度测量数据和对TiO₂属性的界定,通过修正Urbain模型建立了低碱度高钛渣的熔体黏度预报模型.模型预测结果误差为11%,证明新模型对于低碱度高钛渣的黏度具有良好的预报效果.     

CO2+O2地浸采铀脉石矿物与浸矿剂相互作用研究

在CO2+O2地浸采铀应用过程中,浸矿剂不仅与载铀物质发生反应,亦与脉石矿物发生反应。为探索砂岩型铀矿主要脉石矿物与浸矿剂的相互作用,在中性条件下（pH分别为6.20、6.40、6.60、6.80和7.00）对脉石单矿物及天然铀矿石进行高压釜静态浸出试验,对比浸出溶液中各种离子浓度变化和反应后渣样的形貌变化特征。发现：1）方解石溶解可产生HCO3-和Ca2+,HCO3-升高能加速铀浸出,而Ca2+浓度升高会增加石膏和方解石沉淀风险;2）黄铁矿与浸矿剂反应易产生H+,阻碍CO2与水反应生成HCO3-,不利于铀浸出,但当黄铁矿与方解石同时存在,黄铁矿同浸矿剂相互作用会加速方解石的溶解,故对富方解石的矿石来说,黄铁矿的存在有利于铀的浸出;3）钾长石溶解可形成黏土矿物,对溶出的铀酰离子有一定的吸附性;此外,黏土颗粒细小,在地浸工业应用过程中增加黏土物理堵塞的风险;4）高岭石在浸出过程中会释放其所吸附的其他离子,同时吸附铀酰。渣样矿物学分析结果显示,各种矿物在浸出过程中均发生差异性溶解,其中方解石溶解最明显,表面逐步被侵蚀粗糙,钾长石表面溶蚀微弱;黄铁矿表面随着浸矿剂的作用逐步覆盖一层铁氧化物或者铁的氢氧化物;高岭石的微观形貌变化不明显。     

EDTA法测定电镀液中ZnSO4·7H2O

采用EDTA标准溶液滴定法测定电镀液中的锌离子,试验研究了指示剂的选择、缓冲溶液的作用和分析方法的准确度、精密度。在选定的条件下,锌离子测定范围在10～140 g/L之间,ZnSO4.7H2O测定范围在45～600 g/L之间,测定试验方法的相对误差为0.4%,RSD值为1.35%。试验结果表明,该方法成本低廉,操作简便,滴定突跃明显,符合生产检验要求,适合在企业中推广。     

Investigation of Mechanical Property of Oil Tube Steel P110S in High Temperature and High Pressure Environment Containing H2S/CO2

With the exploitation of high sour and deep oil well in china,the corrosion medium containing CO 2,H 2 S,Cl-and organic acid threaten the safety of oil equipment and tube steel severely.In this article,many experiments,including corrosion tests,tensile tests,hydrogen concentration measurement tests and SEM examinations,were performed to investigate the effect of H 2 S partial pressure and loading stress on the mechanical property of oil tube steel P110S in high temperature and high pressure environment containing H 2 S/CO 2.The tensile strength and yield strength during fracture process of P110S steel were obtained experimentally and the fracture morphology was analyzed by SEM.The results indicate that both tensile strength and yield strength decreased after corrosion.The damage of tensile strength and yield strength became serious with an increase in H 2 S partial pressure and loading stress.According to the fracture analysis,the fracture mode exhibited quasi-cleavage and dimple mixed fracture,and the area of quasi-cleavage pattern increased with H 2 S partial pressure and loading stress increasing.According to the results of tensile test and hydrogen concentration measurement test,the tensile property degradation is closely associated with diffusible hydrogen concentration of P110S steel in the H 2 S/CO 2 environment.     

残留CO2对石灰在转炉初渣中溶解的影响

 在转炉炼钢过程中,石灰快速溶解对转炉高效脱磷具有十分重要的意义,石灰溶解过程中熔渣/石灰界面处形成的2CaO·SiO₂产物层被认为是阻碍石灰溶解的关键因素。制备了具有两种不同CO₂含量的部分煅烧石灰石,采用浸泡法研究了部分煅烧石灰石在转炉初渣中的溶解行为,并与纯石灰、石灰石的溶解行为进行比较。结果表明,石灰石溶解时在液态熔渣中CaO的传质系数为石灰的2.1倍,残留CO₂质量分数为10%的部分煅烧石灰石的传质系数高达石灰石的6.7倍。在CO₂质量分数为0～43.5%时,石灰的溶解速率先增大后减小。石灰溶解过程中形成的2CaO·SiO₂层严重阻碍了FeO_x的扩散,从而减缓了石灰的溶解。与石灰不同,石灰石分解产生的CO₂能够破坏2CaO·SiO₂层并破坏自身结构,有利于熔渣的渗透,这也适用于残留CO₂的部分煅烧石灰石。制备纯石灰的过程中为了确保石灰芯部完全煅烧,因此极易导致石灰外表面发生过烧,而制备部分煅烧石灰石能在一定程度上解决表面过烧的问题。此外,与石灰石相比,部分煅烧石灰石由于表面是石灰外壳,溶解初期其表面附近的炉渣温降相对更低,能够避免溶解初期出现停滞阶段。在转炉富余热量有限的情况下,部分煅烧石灰石的石灰替换比高于石灰石,这取决于部分煅烧石灰石中的CO₂残留量。     

Na2O对CaO-SiO2-Fe2O3-P2O5渣中磷的富集行为影响

通过MoSi₂高温箱式炉试验和FactSage、扫描电镜及XRD等分析方法,对渣中Na₂O对含磷渣中磷的赋存形式、物相析出规律以及含磷渣中磷的富集行为的影响规律进行系统研究。结果表明:对于CaO-SiO₂-Fe₂O,-P₂O₅渣系,Na₂O的加入会取代nC₂S-C₃P固溶体中部分钙,形成Na₂Ca₄(PO₄)₂SiO₄固溶体,随着Na₂O进一步增加直至过量时,前述反应生成的高磷固溶体(Na₂Ca₄(PO₄)₂SiO₄)中Ca和Si组分的比例进一步降低,逐渐富集成为更高磷固溶体Na₃PO₄,富磷相中磷的品位得以提...     

P2O5对CaO-SiO2-FetO-P2O5渣中富磷相的影响

以CaO-SiO₂-Fe_tO-P₂O₅四元渣系为研究对象,结合理论计算和热态实验综合分析 P₂O₅含量变化对该四元渣系物相组成以及富磷相的影响。应用Factsage软件equilib模块计算CaO-SiO₂-Fe_tO-P₂O₅四元渣系在400~1800℃温度区间的多相平衡,再结合SEM+EDS与XRD对热态实验结果进行分析知,随着渣中P₂O₅含量的增加,富磷相中Ca₃(PO₄)₂的含量随之增加。此外,P是以nC₂S-C₃P固溶体的形式存在于富磷相中,但当渣中P₂O₅含量达到18%时,富磷相中的P将以Ca₃(PO₄)₂的形式独立存在。热态实验的分析结果进一步验证了Factsage的理论计算结果。     

B2O3对高铝渣稳定性的影响

为了明确B₂O₃对高Al₂O₃渣稳定性的影响,基于现场高炉渣的实际成分,通过熔体物性测定仪、扫描电镜、红外光谱仪分析了B₂O₃对高Al₂O₃渣黏度和基础玻璃微观结构的影响。结果表明,随着B₂O₃含量的增加,炉渣黏度降低;当炉渣温度低于1 360 ℃时,炉渣随着B₂O₃的增加稳定性增强;炉渣温度为1 216 ℃、B₂O₃质量分数为2.0%时,炉渣的稳定性最好。随着B₂O₃含量的增加,炉渣不断玻璃化,当B₂O₃质量分数为2.0%时,炉渣微观结构完全是玻璃态结构,表现为假性酸性渣的性质;随着B₂O₃含量的增加,[Si-O-Al]键断裂,[AlO₆]八面体结构振动峰增加,炉渣的稳定性越来越好。     

氢气竖炉内气固热质传递行为的数值模拟

随着对钢铁行业绿色低碳发展要求的日益迫切,氢气竖炉已成为目前涉及氢冶金工艺的研发焦点.由于H2还原铁氧化物为强吸热反应,氢气竖炉的供气强度主要由还原反应和加热固相炉料对应的物理能需求决定,因此造成炉内物理能与化学能的利用严重不匹配.为定量研究氢气竖炉内复杂的气固两相热质传递行为,基于双流体假设,建立氢气竖炉CFD模型,...     

中国重点区域钢铁产业能耗和CO2排放趋势分析

钢铁产业是区域工业发展的重点,也是区域协调发展的重要因素。采用自下而上的方法建立了重点区域钢铁产业能耗和CO₂排放模型,分析区域特征对钢铁产业节能减排的影响。模型以2015年为基准年,基于粗钢产量预测结果,设置了与节能减排技术普及和生产结构调整相关的4个情景,用于分析2015—2030年国内重点区域钢铁产业的能耗和CO₂排放。结果表明,降低钢产量是区域钢铁产业节能和CO₂减排的根本措施。随着重点区域的粗钢产量进入峰值区,技术普及因素的节能贡献力将持续减少,生产结构调整的节能减排贡献力则逐渐增强,成为重点区域钢铁产业节能减排的关键红利来源。同时还可得出,对重点区域钢铁产业发展影响最大的区域特征是市场需求,经济产业政策和环保要求对钢铁产业发展的影响程度逐渐增强。未来重点区域钢铁产业的发展仍以市场需求为导向,新增产能更倾向于布局在水资源丰富、交通便利的地区。     

N2-CO-CO2-H2O气氛下K(g)对焦炭高温气化反应动力学的影响

为了掌握高温区碱金属对焦炭气化过程的影响,在N₂-CO-CO₂-H₂O和N₂-CO-CO₂-H₂O-K_(g)气氛下,利用热失重法分别研究了焦炭在1 413~1 773 K的气化反应特征。结果显示,K_(g)对焦炭的气化反应具有较强的正催化作用,可以显著提高有效内扩散系数(D_e)和界面反应速率常数(k₊),降低内扩散活化能与界面反应活化能,且K_(g)对内扩散的影响程度高于对界面反应的影响。随着反应率的增加,内扩散阻力(η_i)和界面反应阻力(η_C)均逐渐增加,K_(g)可以促进η_i和η_C降低。在N₂-CO-CO₂-H₂O气氛、1 413 K时,气化反应的限制性环节逐渐由界面反应转为内扩散;而在1 473、1 573、1 673和1 773 K时其限制性环节始终为界面反应。在N₂-CO-CO₂-H₂O-K_(g)气氛下,气化反应的限制性环节始终为界面反应。     

不同含量Al2O3烧结矿矿相结构与RDI+3.15 mm的定量关系

目前高碱度烧结矿中铝含量明显增多,其低温还原粉化现象亦日趋严重。以化学纯为原料,固定碱度为2.0,采用微型烧结的方法实验室自制烧结矿,从工艺矿物学角度入手,运用偏光显微镜,厘清Al₂O₃对烧结矿矿相结构的影响规律及其与烧结矿低温还原粉化指数RDI_{+3.15 mm}的定量关系。结果表明,随着Al₂O₃质量分数由1.0%提高至3.0%,烧结矿的显微结构不均匀化加剧,由以交织-熔蚀结构为以主变为熔蚀结构为主,斑状结构有所增多;气孔率由32.47%减小至20.68%,且裂隙及不规则薄壁大气孔增多;黏结相总体含量增加,局部出现硅酸盐玻璃相,铁酸钙形态由针状向板柱状和他形发展;金属相磁铁矿、赤铁矿含量均有所较低,但骸晶状赤铁矿明显增多;RDI_{+3.15 mm}明显降低。分析探讨了铝对烧结矿矿相结构影响的机理及低温还原粉化的根本原因,提出改善高铝烧结矿低温还原粉化性能的建议。     

高钛焊丝钢CaO-Al2O3基专用保护渣熔化特性分析

高钛焊丝钢连铸过程中结晶器内钢渣界面反应严重,首先对存在严重钢渣界面反应现象的A钢种进行了凝固特性分析。设计一种低反应性的高钛焊丝钢专用的CaO-Al₂O₃渣系保护渣。通过相图计算保护渣的基础组分w(CaO)/w(Al₂O₃)=1.0,Na₂O质量分数为8%,MgO质量分数为3%,CaF₂质量分数为4%~6%,B₂O₃质量分数为4%~10%,SiO₂质量分数为4%~12%,TC质量分数为8%~10%。利用熔点熔速测定仪和旋转黏度计等设备重点研究了保护渣的熔化特性。得出适宜组分的CaO-Al₂O₃基高钛焊丝钢专用保护渣,熔点为1 037~1 129 ℃,熔速为64~79 s,黏度(1 300 ℃)为0.325~0.554 Pa·s。     

M23C6析出相对节镍型奥氏体不锈钢冷轧表面裂纹的影响

为找出生产的节镍型奥氏体不锈钢冷卷表面裂纹形成原因,通过光学显微镜、扫描电镜对表面裂纹进行检测分析并结合热处理试验及热力学软件JMatPro进行分析计算研究。检测分析发现裂纹处晶界存在大量的析出相,据此推测析出相是导致钢材冷轧形成表面裂纹的主要原因。模拟连续退火工艺开展热处理试验,结果表明正常退火工艺无法完全消除热轧工序钢卷晶界处聚集的大量析出相。计算研究该成分体系下奥氏体不锈钢的平衡相图,结合能谱及透射电镜衍射斑点分析,结果表明M₂₃C₆碳化物的沉淀温度范围为500～925 ℃,钢卷从高温缓慢冷却下来会析出M₂₃C₆碳化物,析出鼻温区为850～900 ℃。以此结合实际工艺流程对减少钢卷中M₂₃C₆碳化物析出提出了可能的措施。     

中国钢铁生产“碳中和”解决方案探讨

根据某工程各工序碳素流计算出全流程吨热轧钢材的直接CO₂排放量为1.786 t。以此为基数,就高炉-转炉长流程工艺的几种主要减碳技术的减碳效果进行了定量评估,发现减碳效果有限,只能作为从“碳达峰”到“碳中和”的过渡方案或最终解决方案的补充。从“碳中和”要求的角度看,以全废钢或气基还原铁+废钢为原料的电炉炼钢短流程无疑是最佳解决方案。结合中国资源条件就几种典型短流程组合方案进行了适应性分析,提出了以“氢基竖炉直接还原铁+电炉炼钢方案”为主、以“高炉-转炉长流程工艺减碳技术+碳捕集与封存(CCS)方案”和“全废钢电炉炼钢方案”为补充的“碳中和”解决方案,最后给出了安全低成本获取氢基竖炉直接还原铁所需的“绿氢”方案建议。