铁精矿内配某生物质高温高压热解及其还原行为研究

以生物质为还原剂,在温度为1 040℃、压力为30 kPa下对铁精矿内配生物质热解气化及其还原行为进行研究。研究结果表明：初期热解产生了酚类等大分子碳氢氧化合物液相,并与铁精矿形成了焦油包裹体,显著迟滞了生物质挥发分的释放;外配水和铁精矿中的晶格氧促进了大分子碳氢氧化合物逐步氧化为酮类、酸类化合物,并最终转化为CO和H₂等还原性气体;铁精矿还原生成了铁晶须,部分形成了碳铁化合物,实现了铁氧化物的高效快速还原,入炉50 min时,金属化率达96.72%。     

富氢气体直接还原铁矿石及其碳沉积行为

焦炉煤气改质后可用于生产直接还原铁, 为炼钢提供优质的原料. 利用热重分析法, 研究了H₂ 与CO 物质的量比(H₂/CO)、温度对铁矿石球团矿还原速率及其碳沉积速率的影响. 实验结果表明: H₂ 的还原能力大于CO, 且随着混合气体中H₂ 含量的增加, 铁矿石球团矿的 还原速率增大; 当H₂/CO 比大于8/2 时, 增加H₂ 含量对还原速率影响减小; 在铁矿石还原 后期出现碳沉积, 且碳沉积速率随着H₂ 含量的增加而减小; 低温易于碳沉积, 但当温度高于 850 °C 时, 碳沉积得到抑制.     

内配煤用量对某难选铁矿石压块直接还原焙烧的影响

针对某种低品位复杂难选铁矿石,研究原矿压块—直接还原—磨矿磁选工艺的影响因素和机理.将矿石破碎到粒径小于4mm后,加入一定量黏结剂C和内配煤压块,通过对压块、直接还原焙烧和磨矿磁选条件进行试验确定最佳工艺条件,采用X线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对原矿在不同内配煤用量下压块后直接还原反应机理进行研究.研究结果表明:在原矿直接还原反应中,不仅包括铁氧化物向金属铁的还原,而且存在低价铁氧化物与原矿中脉石之间的反应,生成了铁橄榄石和铁尖晶石.提高内配煤用量,有利于铁氧化物和铁橄榄石等的还原.内配煤用量较高时焙烧块中生成的金属铁晶粒出现明显地连接和长大,与脉石矿物边缘界限明显,从而其回收率较用量低时有明显升高.得到铁(晶)位为90.05％,回收率91.26％的直接还原铁产品.     

Fe/CaO载氧体作用下生物质化学链气化研究

生物质化学链气化技术是一种高效的生物质能源利用技术，其过程中载氧体能够起到载氧、载热和催化的作用。为了提高载氧体的氧化还原特性，同时提高生物质气化得到合成气的产率，研究了机械混合法和浸渍法制备的Fe/CaO载氧体在生物质化学链气化过程中的作用。制备了不同Fe负载量的Fe/CaO载氧体，对其进行了XRD、CO₂-TPD和H₂-TPR表征以分析其物理化学性能。随着Fe负载量的增大，载氧体的还原性增强，同时CO₂吸收性减弱。在固定床装置上对其反应性能进行了实验研究，结果表明在反应温度为850 ℃时，随着Fe负载量增大，气体转化率逐渐增大，CO2和CO的产气量逐渐增大，H₂的产气量减少。当Fe负载量为40%得到的载氧体能够得到最大合成气产量453.4 mL，H₂和CO的产气量分别为146.6 mL和306.8 mL。     

含碳球团直接还原熔分机理

为了探究含碳球团还原熔分机理,将分析纯的Fe₂O₃、氧化物和不同还原剂固结成球并进行等温还原实验,研究了温度、还原时间、配碳量、还原剂种类等条件对球团还原熔分行为的影响.进一步采用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段表征了含碳球团在不同还原时间的微观结构及物相变化.实验结果表明:焙烧温度过低或过高含碳球团都不能良好熔分,配碳量增加可以提高球团还原和熔分速率,适宜的温度、碳氧摩尔比、还原剂分别是1400℃、1.2和煤粉.含碳球团还原熔分包括直接还原反应、间接还原反应、碳的气化反应、渗碳反应和铁的熔化反应,最后实现渣铁分离.     

用含铁物料和煤粉直接制备金属铁粒的新工艺研究

介绍采用碱性内配煤含铁团块(或球团)高温直接还原生产金属铁粒的方法(Wcomet法),研究该方法中影响铁-渣分离及金属铁收得率的主要因素.当内配碳比(C/O原子比)大于1.0、渣相碱度(R)大于1.8、还原温度高于1300 ℃时,被还原出来的金属铁通过扩散聚集长大成粒,同时,团块中的CaO与脉石中的 SiO2反应生成2CaO*SiO2.还原产物在冷却过程中因2CaO*SiO2相变发生自然粉化,通过筛分可得到尺寸为5～20mm的金属铁粒.采用该方法可以有效回收硫酸渣和转炉污泥中的铁.     

CO对铁丝网卷还原NO的影响实验研究

采用模拟烟气在水平布置的陶瓷管反应器中对金属铁丝网卷直接还原NO气体的特性进行了实验研究.烟气中NO的体积百分比为0.05％,配平气体采用N2,反应温度为300℃-1100℃.实验研究结果表明铁丝卷具有非常好的直接还原NO的能力.在N2气氛中,在500℃以下温度范围铁的脱硝效率低于40％,在500℃-800℃铁的脱硝效率迅速增加,当温度超过900℃后不同尺寸的铁丝卷对NO的脱除效率都超过99％.对铁表面的X光衍射分析(XRD)结果表明铁与NO反应后生成了铁氧化物,在550℃时铁的主要氧化物为Fe3O4,在1100℃时铁的主要氧化物为Fe2O3.扫描电子显微镜(SEM)结果表明550℃时铁样品表面比较细密,而1100℃时铁样品表面比较疏松,有利于NO气体向铁内部的扩散,从而利于提高NO脱除率.还原性气体CO通过还原铁的氧化物以保证金属铁和NO的连续反应,从而进一步提高NO的脱除效率.CO气氛中铁和NO反应后的XRD检测结果表明铁样品的主要成分是金属铁,此外含有少量的FeO.在含有16.8％ CO2以及1％-2％O2的模拟烟气条件下,当温度超过1000℃后,反应器中分别加2％和4.1％的CO气体后,铁丝卷脱硝效率可达到大约95％.     

高铁锰矿直接还原及其还原行为

采用JSM-5600LV型扫描电镜和FEI-Sirion200场发射扫描电子显微镜分析高铁锰矿矿石性质结构,并对高铁锰矿直接还原进行研究。实验结果表明:赤铁矿和少量褐铁矿呈粒状(1~2μm)不均匀分布于板状的方铁锰矿中,其中49.53%(质量分数)的锰与铁氧化物以类质同象存在。热力学研究表明:在还原过程中,铁和锰的氧化物还原遵循逐级还原的原则,同时,锰的高价氧化物优先还原。通过SEM图分析可知,随着还原温度的升高,高铁锰矿在还原过程中,金属铁颗粒不断迁移、聚集、兼并长大,采用无烟煤在1 100℃还原,100 min时,铁氧化物中81.03%(质量分数)的铁还原成金属铁,金属铁中局部仍存在MnO。     

高炉热储备区温度对煤气利用率的影响

研究了高炉热储备区内温度与煤气利用率的关系.结合热力学和实际情况,热储备区内只发生氧化亚铁的还原.因此需要利用吉布斯自由能计算和单界面未反应核模型对热储备区内还原反应进行热力学和动力学分析.结果表明:只有在H₂+H₂O体积分数小于0.3时降低热储备区温度才能提高煤气利用率.从1273K降温到1223K,氢气还原速率降低得比CO还原速率降低得多,说明温度对氢气还原的影响更大.对一般高炉来说,炉料在热储备区中还原所需的时间比其停留时间长或接近,说明热储备区内的还原反应没有达到平衡,降低温度不利于提高煤气利用率.     

不同还原度铁氧化物球团在微波场中的升温及还原行为

为深入了解氧化球团在微波竖炉中的升温以及煤基直接还原行为,实验采用铁精矿氧化球团作为基础原料,在气体还原剂条件下进行预还原,通过控制还原时间得到不同还原度铁氧化物球团,并从不同还原度铁氧化物球团的结构以及性能出发,研究它们在微波场中的升温性能及其还原变化.电磁性能测试结果表明,球团中的铁及其氧化物在微波场中的升温速度从快到慢依次为:Fe3O4,Fe2O3,Fe,FeO.微波加热还原结果分析及矿相结构观察显示,Fe2O3的深还原时间较长,物相多重转变,造成过程温度和还原气氛跟不上氧化物的还原反应速度;Fe3O4阶段升温速度快,结构松散,有助于进一步的还原,但进入浮士体(FeO的固溶体)阶段后孔隙率降低,升温速度骤降,造成还原的困难;在还原度达到66.90％时,表层以金属铁相为主,孔洞发达,吸波性能强,在气化反应有效进行的条件下,球团将会实现快速还原.     

超临界水甲烷制氢的分子动力学研究

煤-超临界水气化过程中重要中间产物挥发分的反应机理尚未明晰,采用反应分子动力学方法对重要挥发分组分甲烷(_CH4)在超临界水氛围的反应机理及制氢机制进行了探究。系统比较了反应模拟时间和燃料分子规模对目标反应体系关键组分数时程和重要反应通道占比的影响,量化分析了反应温度、反应压力、_CH4质量分数对超临界水相反应中CH₄消耗路径和H₂生成反应的影响规律。仿真结果表明,CH₄在超临界水中氧化可转化为H₂、CO及少量C基中间体,H₂O+—H→—OH+H₂是贡献H₂生成的主导反应,反应过程中—OH自由基和—H原子的相对数量显著影响H₂产量。降低反应温度和压力对CH₄主要氧化路径影响较小,但H₂净产量增加;降低CH₄质量分数,_H2净产量先增加后减少,存在“最佳质量分数”。研究结果可为优化煤-超临界...     

铁酸锌气体还原的热力学分析

根据热力学原理,计算并分析了含锌冶金粉尘中的重要成分ZnFe2 O4在CO- CO2气体还原过程中的热力学行为. ZnFe2 O4的气体还原遵循逐级还原规律,且ZnFe2 O4很容易被CO还原到ZnO和Fe3 O4.较高温度条件下,ZnO的气体还原易于FeO的还原.随着反应温度升高,锌完全反应和挥发所需要的CO含量不断降低,当反应温度从1100 K升高到1400 K时所需的CO体积分数由0.4降低到0.01以下.要达到还原分离金属锌的目的,不必将铁氧化物还原到金属铁,而只需将铁氧化物还原到Fe3 O4或FeO,同时满足锌的还原条件即可.在高炉炉身中上部,由于发生锌的还原反应和内部循环,给高炉生产带来危害,因此应减少和控制高炉的锌负荷.     

Rh1-ZSM-5分子筛催化乙烷选择性氧化反应的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)对单核铑负载的沸石催化剂(Rh₁-ZSM-5)上铑活性氧(Rh-oxo)物种与CO和H₂O的吸附行为及其催化的乙烷氧化反应进行理论研究.结果表明:CO和H₂O可共吸附在Rh-oxo物种形成四配位铑配合物Rh(O)(CO)(H₂O);与Rh-oxo物种催化甲烷氧化不同,在乙烷的选择性氧化反应中,羰基化产物丙酸的生成在热力学和动力学上均是不利的,反应产物是以乙醇为主的C₂氧化产物.     

TSR 反应中地球化学条件的热力学估算

从化学热力学的角度, 通过热力学计算和绘制热力学相图, 针对硫酸盐热化学还原反应(TSR反应)和H₂S对碳酸盐岩的溶蚀两个化学反应过程, 判别其发生的可能性、方向和物理化学条件, 求取不同温度下CaSO₄ (或SO₄²⁻)被直接还原为H₂S的离子浓度、pH和氧化还原条件; 指出在地质体系中, 当CaCO₃处于沉淀–溶解的边界时, 少量酸性流体的加入就会使沉淀转为溶解, 而当Ca²⁺和CO₃²⁻浓度升高时, 又达到新的沉淀–溶解平衡。H₂S对CaCO₃的溶蚀在深度约为1000 m时达到最佳效果, 长期、多次的TSR反应才能产生充足的酸性流体(即H₂S), 这是溶蚀改造碳酸盐岩储层达到明显效果的必要条件。     

高磷矿氢气还原过程的原位研究

通过原位观察的方法,研究了H2气氛、不同温度下高磷矿还原过程的矿相结构演变规律和温度对金属铁析出形态的影响。高磷矿的鲕状结构在还原过程中未被破坏掉;随着温度的提高,矿相结构的演变加快,温度较高时Fe发生明显偏聚,金属铁从赤铁矿相中加快析出。还原温度对高磷矿中金属铁的析出形态影响显著：在700℃时金属铁析出在矿石颗粒表面形成致密铁层;800℃时析出的金属铁形貌复杂化,铁层致密度下降,出现孔洞,同时有少量的短小铁晶须;900℃时铁晶须数量明显增多,同时伴随着大量多孔海绵铁的析出。因此,可以通过调节还原温度和时间,使得气基还原过程避免黏结失流,同时高效还原高磷矿。     

钒钛磁铁矿直接还原试验研究

在热力学分析的基础上研究了实验室条件下钒钛磁铁矿配煤直接还原的特点,考察了还原机理及还原温度、反应时间和配碳量对金属化率的影响.结果表明:采用直接还原可使钒钛磁铁矿中铁的氧化物优先还原为金属铁,钛仍以氧化物的形态存在;随着温度升高,球团金属化率呈上升趋势,且上升趋势随之减缓;在xC/xO=0.9∶1时,延长反应时间金属化率增加,但反应时间过长金属铁会被再氧化,反应时间控制在20 min为宜;在xC/xO=1.1∶1时,40 min内未出现再氧化现象;低配碳(xC/xO=0.8∶1)时,球团的金属化率随还原时间、还原温度的增加而增加,1 300℃下还原10 min后金属化率即达到了90%以上.     

变温滴管炉中的闪速还原过程数值模拟

闪速炼铁技术（FIT）被认为是一种很有潜力的绿色炼铁技术。为了准确预测闪速炼铁过程，本文基于实验室规模的高温管式炉构建了包含颗粒反应动力学在内的计算流体动力学（CFD）模型。与此同时，在相同尺寸的滴管炉中进行了对应的闪速还原实验，用以验证CFD模型的准确性。矿石颗粒的还原度被选作模型预测主准确性的关键指标，最终结果表明，数值模拟与实验结果中的还原度吻合较好。本文还利用数值模型进一步研究该过程的影响因素，包括不同粒径（20-110 μm）、峰值温度（1250-1550℃）和还原气氛（H₂/CO）。高度随时间的变化表明，小颗粒（50 μm）比大颗粒具有更长的停留时间（3.6 s），在CO气氛中的颗粒停留时间略比长于H₂气氛。然而，实验和分析结果均表明，CO中颗粒的还原程度明显低于H₂气氛中的还原程度，这是由于在同等条件下，H₂还原铁矿石的动力学速率要快于CO还原。数值模拟的结果表明，制备90%以上高还原度颗粒的最佳实验粒度和峰值温度分别为氢气气氛下的50 μm和1350℃，CO气氛下的40 μm和1550℃。     

含锌尘泥球团直接还原过程中渣相行为与固结强度关系研究

通过表征不同直接还原温度下碱性含锌尘泥球团外观形貌、物相组成、微观结构及抗压强度变化,并结合FactSage热力学计算,分析了碱性尘泥球团直接还原过程中渣相行为及其对球团固结强度的影响。结果表明,随着还原温度升高,碱性尘泥球团体积先膨胀后收缩,对应抗压强度也先减小后增加,碱性氧化物一直参与球团渣相的形成过程并最终形成复杂的含钙化合物渣相。固相反应是渣相形成的基础,其中间产物Ca₂SiO₄良好的固溶性促进了钙铁和钙镁低熔点物相的固相生成,铁氧化物的初步还原产物FeO有利于液相生成,促进球团中物相的迁移和重新排列,球团体积收缩,强度明显提高。     

当量比天然气发动机Pd/Rh基三元催化器起燃特性研究

为开发一款天然气发动机高效专用三元催化系统,文章建立一种适用于当量比燃烧天然气发动机的三元催化器(three-way catalyst, TWC)整体模型,研究贵金属种类、排气温度和组分浓度对CH₄、NO和CO起燃特性的影响。研究结果表明：Pd基催化器上CH₄的起燃温度T₅₀和完全转化温度T₉₀较低;在Pd基催化器中添加Rh贵金属能促进NO还原,但抑制CO转化;增加H₂O的体积分数能促进CH₄、NO和CO催化转化,但不同贵金属催化器上CH₄、NO和CO起燃性能受H₂O体积分数影响的程度不一样;增加O₂的体积分数可以促进CH₄、NO和CO催化转化,O₂体积分数过高时,CH₄和NO转化被抑制;不同贵金属催化器上NO和CO起燃性能受O₂体积分数的影响从大到小顺序为Pd、Pd/Rh、Rh,不同贵金属催化器上CH<...     

碳酸钠辅助碳热还原钒钛磁铁矿

碳酸钠辅助碳热还原钒钛磁铁矿工艺具有一步熔炼,高效分离提取钒、钛的优势。然而,碳酸钠在反应中的作用以及反应机理尚未系统研究。 本文在1073–1473 K的反应温度和氩气气氛下,研究了在碳酸钠辅助下钒钛磁铁精矿的碳热还原过程,并通过X射线衍射和扫描电子显微镜研究了反应过程的相转变。研究结果表明,钒钛磁铁矿、石墨和碳酸钠的质量比为100:25:60,温度为1473 K为较好的反应条件。通过研究碳酸钠和钒钛磁铁矿的焙烧过程,发现熔融碳酸钠和酸性氧化物（如Fe₂O₃, TiO₂, Al₂O₃和SiO₂）结合,破坏钒钛磁铁矿的结构,形成富含钠的熔体,同时释放出FeO和MgO。因此,碳酸钠加快了铁氧化物的还原速率。此外,碳酸钠的加入降低了熔渣的黏度,有利于还原铁颗粒的团聚和渣-铁分离。因此,碳酸钠辅助碳热还原是一种具备良好前景的低温处理钒钛磁铁矿的方法。