煤、煤泥和煤矸石燃烧过程锂镓稀土元素的迁移规律

掌握煤中伴生有价微量元素在燃烧过程的迁移规律,对伴生元素的利用意义重大。选取4种高铝煤炭、1种煤泥和2种煤矸石等不同组成特性的样品为研究对象,采用逐级化学提取方法分析了锂（Li）、镓（Ga）和稀土（REE）在原料中的赋存形态,考察了以上元素在300~1100℃燃烧过程逸出情况和在燃烧灰中的富集行为,探讨了元素迁移规律与原料组成特性的关联。结果表明,Li、Ga和REE在7种样品中的赋存形态均以硅酸盐态为主,在燃烧过程的逸出率有与原料灰分呈负相关、与挥发分和含碳量呈正相关的趋势。以上元素在灰中均发生了不同程度的富集,REE的富集倍数高于Li和Ga。原料中微量元素含量和挥发分越高、灰分越低,同等燃烧条件下所得灰中微量元素的含量就越高。     

煤中黄铁矿对活性焦SO2和NO吸附性能的影响及机制

黄铁矿(FeS₂)是煤中主要含铁矿物质,且对煤利用具有重要影响,本研究以物理混合的方式在脱灰宁夏无烟煤上负载不同质量分数(0.5%,1%,2%,3%)的黄铁矿,通过水蒸气活化制备活性焦,分析黄铁矿对活性焦制备及污染物脱除性能的影响。结果表明:黄铁矿在活性焦制备过程中发生分解,在水蒸气的参与下最终转化为赤铁矿(Fe₂O₃),且对活性焦的孔结构、微晶结构和表面化学性质等理化结构的形成起调控作用;黄铁矿的加入进一步促进了活性焦微中孔的发育,过量的黄铁矿使煤焦碳结构的无序性增加、石墨化程度降低、孔结构坍塌,NX-1%FeS₂-AC(NX为宁夏酸洗煤,AC为活性焦)的比表面积最高,达到了771 m²/g;黄铁矿可以促进活性焦酸碱官能团的生成,随着黄铁矿含量的增加,活性焦硫容呈现先升高后下降趋势,NX-1%FeS₂-AC表现出最佳的脱硫能力,为68.49 mg/g;与SO₂吸附相比,NO的吸附效果较差,随着黄铁矿含量的增加,NO转化率降低;同时脱硫脱硝过程中,NO吸附迅速达到饱和,整体硫容升高。     

铬铁复合掺杂锂离子筛的制备及其吸附性能研究

利用具有选择性高、吸附容量大、吸附速率快的锂离子筛从低浓度液相中吸附和分离锂已成为最有前途的方法之一,但锂锰氧化物锂离子筛因其Mn溶损率大、循环性能差在工业应用中受到限制。以LiOH·H₂O、MnO₂、Fe₂O₃、Cr₂O₃为原料,通过高温固相法制备了尖晶石型铬铁复合掺杂锂离子筛。重点研究了Cr掺杂量和煅烧温度对锂离子筛结构、吸附性能和Mn溶损率的影响。结果表明,当锂、锰、铁、铬的摩尔比为1∶2∶0.05∶0.05、煅烧温度为550℃时,合成的锂离子筛饱和吸附容量为27.30 mg/g, Mn溶损率仅为0.43%。选择吸附实验表明该锂离子筛对Li⁺具有优异的选择性能。此外,经过5次循环实验后,铬铁复合掺杂锂离子筛的饱和吸附容量仍能保持第二次循环的89%,为18.51 mg/g,优于未掺杂锂离子筛的56%。     

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。     

AlCl3·6H2O在FeCl3-CaCl2-HCl-H2O体系中溶解度的模拟和测定

在25~60 ℃的条件下,采用静态法测定了AlCl₃·6H₂O在FeCl₃-CaCl₂-HCl-H₂O体系中的溶解度。同时以OLI软件为平台,采用Bromley-Zemaitis活度系数模型预测了该温度范围内AlCl₃·6H₂O在FeCl₃-CaCl₂-HCl-H₂O体系中的溶解度,并将实验和预测结果做了对比。结果表明,在FeCl₃-HCl-H₂O和CaCl₂-HCl-H₂O这2个体系中,温度对AlCl₃·6H₂O溶解度的影响均可忽略;在相同温度和盐酸浓度下,随着FeCl₃和CaCl₂浓度的增大,AlCl₃·6H₂O的溶解度均减小;在相同温度、相同FeCl₃和CaCl₂浓度下,盐酸浓度对AlCl₃·6H₂O在2个体系中溶解度的影响均显著,随着盐酸浓度的增大,AlCl₃·6H₂O的溶解度急剧减小。比较后发现,实验数据和模型预测值吻合良好。     

焦化污泥添加对活性焦结构和Pb2+吸附的影响及机制

将两种焦化污泥(S1和S2)分别配入无烟煤中,通过水蒸气活化制备高比表面积分级多孔活性焦,采用BET、Boehm滴定和SEM等手段探究污泥对活性焦结构和Pb 2+吸附性能的影响及其机制。结果表明:两种污泥的添加均对活性焦比表面积和表面碱性官能团具有明显的促进作用,污泥S2的添加对活性焦的比表面积和表面碱性官能团的提高更加明显;随着两种污泥添加量的增加,活性焦比表面积均呈先增加后减少的趋势,当污泥添加量为10%(质量分数,下同)时,比表面积最大,分别达到756 m 2/g和759 m 2/g;污泥添加量的增加还能促进活性焦表面碱性官能团的生成,当污泥添加量为20%时,表面碱性官能团分别达到1.10 mmol/g和1.38 mmol/g;此外,两种污泥均可提高活性焦对Pb 2+的吸附量,其中添加S2制备的活性焦吸附效果更好,活性焦对Pb 2+的吸附符合Langmuir等温吸附模型,吸附量最大可达60.6 mg/g。     

V2O5/AC催化剂吸附NH3及其选择性还原脱硝活性

在不同活性焦(Activated Coke, AC)载体上以等体积浸渍法负载V2O5,制备出一系列V2O5/AC催化剂. 通过NH3暂态响应实验和NH3穿透时间实验考察了在200℃下V2O5/AC的表面积、灰分、表面官能团和V2O5对NH3的吸附量及NO的选择性催化还原活性的影响. 结果表明,对于载体未经硝酸处理的催化剂,NH3的吸附位主要是V2O5(参与脱硝反应的NH3的吸附量与催化剂上V2O5负载量的比值为1:5),活性焦及其中的灰分对NH3的吸附量很小;硝酸处理在活性焦表面引入的含氧和含氮酸性官能团对参与脱硝反应的NH3的吸附量是V2O5上吸附量的1.3倍,这些官能团不影响V2O5对NH3的吸附;活性焦上吸附的NH3的脱硝活性很低,但可迁移至V2O5上参与脱硝.     

硅烷偶联剂改性粉煤灰基白炭黑及其分散性能

采用3种硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、3-巯丙基三乙氧基硅烷(MPTES)与3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷(GPTES)对粉煤灰基白炭黑进行表面改性。借助FTIR、TGA、Zeta电位仪和SEM考察并比较了氨基、巯基、环氧类硅烷偶联剂对改性白炭黑分散性能的影响。结果表明,3种硅烷偶联剂均可接枝于白炭黑表面,且改性后白炭黑粒子分散性得到明显改善。分散性不仅与改性后白炭黑产品粒径相关,而且与硅烷偶联剂的负载量有一定关联。其中,MPTES对白炭黑的改性效果最佳,当pH为10、MPTES/SiO_2物质的量比为1.0∶1.0时,得到的改性白炭黑在乙醇中的分散性最好,粒径为557 nm,Zeta电位绝对值为36.43 mV。     

煤矸石综合利用的产业化及其展望

综合分析了我国在煤矸石综合利用方面的工业化进展。我国循环流化床煤矸石发电技术已引领国际先进发展水平,已开始发展超临界和超超临界煤矸石发电技术;全煤矸石烧结砖装备技术也达到国际先进水平,单套设备生产能力达到年消纳百万吨煤矸石;大规模利用煤矸石进行充填采空区和塌陷区、筑基修路、土地复垦等成为煤矸石无害化处理的主要方式。煤矸石的综合处理能力超过4亿吨/年。然而相对于煤矸石巨大的产生量,现有利用途径仍难以满足其处理需求。高附加值利用是煤矸石综合利用的重要补充,将成为煤矸石综合利用的发展方向。基于目前高附加值利用的发展现状,构建了煤矸石高附加值利用的循环经济路线,对于进一步提高其资源利用水平和利用率有重要意义。     

煤矸石和赤泥协同提取氧化铝过程矿相转变研究

开展了煤矸石和赤泥协同提取氧化铝研究,考察了添加赤泥对煤矸石活化提取氧化铝及对助剂碳酸钠消耗量的影响,并利用TG-DSC和XRD研究了赤泥添加对煤矸石活化过程的影响。结果表明,"煤矸石-赤泥-Na_2CO_3"混合样中氧化铝的溶出率随Na/Al摩尔比和煅烧温度的增加而增加,在Al/Si摩尔比为1的条件下,当Na/Al摩尔比为1.2、煅烧温度为850℃时,混合样的氧化铝溶出率可达到91.7%,与碳酸钠直接活化煤矸石相比,碳酸钠消耗量可降低77.9%。TG-DSC和XRD的结果表明,煤矸石、赤泥以及碳酸钠在低于700℃时相互作用比较弱,在高于800℃时三者发生相互作用,赤泥的加入由于调整了样品中的Al/Si摩尔比,使反应的最终物相选择性地向Na∶Al∶Si摩尔比为1∶1∶1的霞石和沸石相转化。