钾、钠对焦炭劣化作用

为了研究碱金属钾、钠对焦炭劣化作用的区别,首先将焦炭置于不同含量的钾、钠气氛下进行吸附实验,然后对吸附碱金属后的焦炭进行扫描电镜观察、能谱及X射线衍射分析和热态性能测试.由于钠更加容易以表面吸附的形式覆盖在焦炭表面,所以在碱蒸气质量比相同的气氛下,钠的吸附量要高于钾.表面吸附的碱金属对焦炭溶损反应有阻碍作用.在相同吸附量情况下,吸附钾后的焦炭中与碳化学结合的钾居多,反应性更高.另外,钾金属本身对焦炭破坏作用就很大,钾原子会插入碳层引起微晶多维膨胀,使焦炭微观组织产生破裂,并且这些新生的裂纹导致吸附钾焦炭与吸附钠焦炭在溶损方式上的不同.     

不同气氛下钠对焦炭微观结构侵蚀的影响研究

碱金属对焦炭结构的破坏是导致焦炭劣化的重要因素之一。本文以高炉用普通焦炭和高反应性焦炭为研究对象,将其置于5%的Na气氛下进行吸附实验,然后分别开展N_2和CO_2气氛下焦炭的劣化实验,对实验后试样进行扫描电镜、能谱及X射线衍射分析。结果表明,在N_2气氛下,Na对普通焦炭结构的侵蚀破坏高于高反应性焦炭,高反应焦炭表面及孔隙中吸附一定量的CaO,对焦炭吸附碱金属蒸汽有阻碍作用,从而保护了焦炭基质强度;而在CO_2气氛下,高反应焦炭与CO_2的起始反应温度降低,加剧了焦炭气化溶损反应的进行,Na原子会插入碳层引起微晶多维膨胀,使焦炭微观组织产生破裂,导致高反应性焦炭微观结构的破坏更为严重。     

包钢炉瘤岩相学研究

本文采用偏光、反光及高温显微镜的研究方法为主,并配合x射线分析和扫描电子显微镜分析等研究方法,较详细地研究了包钢高炉炉瘤中的矿物组成及其显微结构的特征。研究表明: (1)在包钢炉瘤中存在有大量的钾、钠硅铝酸盐矿物,如钾霞石(K_2O·Al_2O_3·2SiO_2)、白榴石(K_2O·AlO_3·4SiO_2)、斜长石(Na2O·Al_2·6SiO_2—CaO·Al_2O_3·2SiO_2)、氟云母(KAl_3Si_3O_(10)F_2—K(Fe,Mg)_3AlSi_3O_(10)F_2)等,还有氟硅钾石(K_2SiF_6)、冰晶石(Na_3AlF_6)、枪晶石(3Ca0.2SiO_2.CaF_2)萤石(CaF_2)、碳酸钾(K_2CO_3)硅酸钾K_2SiO_3)、硅铝酸钾(K_2O.Al_2O_3.SiO_2)及氟化钾(KF)、氟化钠(NaF)等。研究认为钾、钠碱金属在炉内的循环富集,是高炉结瘤的根本原因。 (2)除钾、钠碱金属在炉内循环富集外,同时还存在着氟的循环富集,研究认为氟对高炉炉瘤的生成起到一定的促进作用。 (3)通过对高炉炉瘤以及高炉终渣矿物组成的研究证明,防止高炉结瘤最根本的措施是减少入炉原料中的碱金属含量。在当前入炉原料条件下,采用低碱度酸渣冶炼,以利在高炉终渣中生成碱金属硅酸盐矿物,提高终渣排碱率,减少碱金属在炉内的富集,已为当前生产中防止结瘤的有效措施。     

碱金属单质的奇异高压行为

碱金属元素单质(锂、钠、钾、铷和铯)的原子最外层只有一个近自由的s电子, 在常温和常压下碱金属单质具有简单的体心立方结构. 在压力的作用下, 碱金属原子间距减小, 电子轨道重叠程度增加, 导致电荷发生重新分布(如, s→p或s→d电荷的转移), 引起一系列复杂的结构相变发生(如长程无序非公度结构的形成). 伴随结构相变的发生, 碱金属单质的电子性质也发生了很大的变化, 比如锂和铯出现了超导电性, 更令人惊奇的是锂和钠在高压下还发生了有违传统高压理论的金属到绝缘体的转变. 文中总结了5种碱金属元素单质锂、钠、钾、铷和铯在高压下的丰富结构相变行为, 介绍了各种新型高压相结构, 分析了相变产生的物理机制, 阐述了锂和铯的高压超导电性, 并重点介绍了锂和钠的金属-绝缘体相变. 最后我们还展望了碱金属元素单质的未来高压研究的重点.     

高温气体中碱金属蒸气的脱除

以NaCl蒸气为研究对象，通过实验室自建的碱金属蒸气脱除装置，在850℃和气体流速为11．Om／h的条件下对6种天然矿物及活性氧化铝的脱碱性能进行比较，结果得出活性氧化铝具有最高的碱容量，高岭土次之，铝土最低；实验结果表明吸附剂对碱金属蒸气的吸附不仅与吸附剂的化学成分有关，还与吸附剂内部的孔结构有关；xRD和SEM结果证明活性氧化铝对NaCl的吸附属多分子层的物理吸附，吸附的主要阻力集中在碱金属蒸气扩散至吸附剂的内孔；反应动力学研究表明反应同时受吸附和产物层的扩散所控制。     

未燃烧煤粉对焦炭粉化性能的影响

为了弄清楚高炉内未燃烧煤粉（简称ＵＰＣ）对焦炭性能的影响，我们在实验炉内做了纯焦炭恒温处理，气化反应以及焦炭层喷吹ＵＰＣ后气反应一小时后焦炭样的粉化情况，得出的主要结；（ａ）同一温度条件下，纯焦炭气化反应一小时粉化最严重，而焦炭层喷吹ＵＰＣ后粉化程降低；（ｂ）同一温度条件下，随着焦炭层喷吹ＵＰＣ量的增加，气化反应后焦炭的强度提高，粉末量减少。     

碱金属对生物质化学链气化过程的影响

在固定床上研究了碱金属对稻杆水蒸气气化和化学链气化过程的双重影响规律.实验发现:700℃下碱金属盐浸渍处理后生物质水蒸气气化产气率显著提高,H_2体积分数提高到56%~57%,而CO降低到13%左右,表明碱金属极大促进了焦的重整反应和水煤气反应,且原料中固有有机钾元素作用大于添加的无机钾;提高气化温度到900℃后,碱金属催化含氧官能团的二次裂解提高了CO产率,但催化水煤气反应同时消耗CO,两者相互竞争造成CO的产气呈现非线性特性.在5%碳酸钾浸渍浓度附近获得最高的CO、H_2综合含量和最高气化效率;相比于传统生物质水蒸气气化,添加载氧体后H_2产率得到了提升,钾修饰后的载氧体可明显提高H_2含量和产气率,750℃时H_2产气率都达到最大值0.82 m~3/kg,且气化效率达到75%;提高温度虽然增加了CO产率但H_2产率反而下降,分析认为钾修饰后的载氧体在高温下易于形成熔融硅酸钾盐,在阻塞载氧体表面的同时抑制焦和水蒸气反应.     

焦炭在碱金属负荷条件下对炉料熔滴性能的影响

通过模拟炼铁高炉内炉料的熔滴过程,研究了焦炭在不同碱金属负荷下对熔滴过程的影响.对不同碱金属负荷与炉料的最大压差Δpmax和熔滴总特性值S的关系进行了分析.研究发现焦炭影响炉料熔滴性能主要是由于碱金属对其熔损反应的催化作用造成的.由扫描电镜观察到熔滴反应后的焦炭形貌可知,随着碱金属负荷的增加,其表面的气孔增多,气孔变大,焦炭表面被侵蚀得越来越严重,最终焦炭强度下降,甚至崩裂,最终影响到炉料的熔滴性能,使Δpmax,S值指标变差.     

碱金属碳酸盐在煤气化中的催化作用——(一)在CO_2 C2CO反应中的催化活性

本文介绍在常压的实验室装置中,用14种不同的碱金属化合物,浸渍在含碳试样中作为催化剂,对碳——二氧化碳反应催化效应的实验结果。实验表明,含有重量13%碳酸钾的焦炭、无烟煤和炭黑(含碳试样:K_2CO_3=10:1.5)在800—900℃温度范围内获得了满意的气化结果;同不含有碳酸钾的试样在相同的二氧化碳转化率下进行比较,可以分别降低气化温度约300,300,200℃。试验证明:碱金属碳酸盐,碱金属氢氧化物和碳酸钠同四氧化三铁的复合剂,都表现出相接近的催化活性。另外,含碳试样的氯化,未获得明显的对二氧化碳的反应性。     

焦炭反应性对高炉块状带含铁炉料还原的影响

研究了五种具有不同反应性的焦炭对高炉块状带含铁炉料还原的影响规律,并对料层的压差、CO体积分数以及含铁炉料的还原程度进行了分析.当炉内通入的原始气体中CO体积分数（仅考虑CO和CO₂）为72.22%时,随着焦炭反应性的增强,焦炭气化速率加快,含铁炉料颗粒周围的CO体积分数升高,含铁炉料的还原度依次增高,还原度从使用低活性焦炭时的33.18%增大到使用高活性焦炭时的53.83%;而当原始气体成分中CO体积分数为66.67%时（低于900℃还原FeO的平衡气相体积分数）,使用高反应性焦炭也可还原出金属铁.由此可见,适当增加入炉焦炭的反应性,可促进焦炭与含铁炉料间的耦合反应,提升料层CO体积分数,提高含铁炉料进入软熔带区域的金属化率.     

Kinetics of petroleum coke/biomass blends during co-gasification

The co-gasification behavior and synergistic effect of petroleum coke, biomass, and their blends were studied by thermogravimetric analysis under CO₂ atmosphere at different heating rates. The isoconversional method was used to calculate the activation energy. The results showed that the gasification process occurred in two stages: pyrolysis and char gasification. A synergistic effect was observed in the char gasification stage. This effect was caused by alkali and alkaline earth metals in the biomass ash. Kinetics analysis showed that the activation energy in the pyrolysis stage was less than that in the char gasification stage. In the char gasification stage, the activation energy was 129.1–177.8 kJ/mol for petroleum coke, whereas it was 120.3–150.5 kJ/mol for biomass. We also observed that the activation energy calculated by the Flynn–Wall–Ozawa (FWO) method were larger than those calculated by the Kissinger–Akahira–Sunosen (KAS) method. When the conversion was 1.0, the activation energy was 106.2 kJ/mol when calculated by the KAS method, whereas it was 120.3 kJ/mol when calculated by the FWO method.     

气化灰渣的理化性质及其对石油焦/CO2气化反应特性的影响

采用XRF、XRD和SEM/EDS等分析手段对神华煤气化灰渣的理化性质进行了表征,并考察了气化灰渣对金山石油焦/CO2气化反应活性的影响。结果表明:炉底灰渣和炉顶飞灰的灰分质量分数分别为78.39%和62.71%;炉底灰渣中Ca和Fe的质量分数较炉顶飞灰高,而炉顶飞灰中Si和Al的质量分数则比炉底灰渣高;气化灰渣中的矿物质主要以对气化反应无催化活性的惰性物质形态存在,炉底灰渣中对含碳物料气化反应有催化作用的主要是少量的硫酸钙、氧化铁和钾芒硝(K3Na(SO4)2),而炉顶飞灰中则是少量的硫酸钙;随着气化灰渣添加量的增加,石油焦催化气化反应速率达到最大值时所对应的转化率逐渐减小。当气化灰渣的添加量为5%~30%时,石油焦的气化活性提高了2~7倍,其中炉底灰渣的催化活性稍优于炉顶飞灰。     

玉米芯生物质灰的物理化学特性

采用X射线荧光光谱、X射线衍射、扫描电镜、粒度分析等实验方法研究了不同灰化温度(600℃和815℃)下制得的玉米芯灰的理化特性.利用马弗炉灼烧实验考察了灰化温度和保温时间对灰分量的影响,并通过扫描电镜-能谱联用技术对生物质气化站现场采集的玉米芯灰的灰成分和灰形态进行了分析.研究发现,灰化温度对灰粒度、灰分量、灰成分、灰形态和物相变化均有明显影响,但对积灰结渣特性影响不明显;灰的主要组成元素为钾和氯,玉米芯热解气化排放钾的主要形式是氯化钾;灰表面的形态各异,600℃灰化时形成絮状的大颗粒,815℃时灰表面发生软化熔融,絮状物减少.该研究可为生物质燃料经热化学转化后的燃气净化及生物质灰的综合利用提供指导.     

湘钢高炉锌平衡的研究

分别对湘钢3#、4#高炉取样检测,进行了锌负荷和锌平衡计算,结果表明,高炉中的锌富集主要来自烧结矿,3#,4#(特别是4#)高炉中的锌主要由渣、铁(含除尘灰)排出,这三者的排锌量占总排锌量的92.83%。     

准东煤掺烧油页岩后矿物质的转化迁移研究

研究准东煤和油页岩混合燃料在100 MW锅炉燃烧过程中的矿物质演变规律,解决火力发电厂大比例和大规模掺烧准东煤引起的沾污和结渣问题。对现场试验收集的入炉煤、飞灰和炉渣样品进行化学分步萃取、XRD、灰成分等分析。结果表明,在100 MW机组锅炉燃用准东煤掺混15%油页岩的混合燃料,油页岩灰分中镶嵌或者包裹的可燃物燃烧后,炉渣将形成多孔和酥松形态,从炉渣的结构方面缓解准东煤引起的炉膛结渣问题。掺混15%油页岩后,燃烧过程中碱金属和碱土金属基本不挥发,炉渣中Na_2O、MgO、CaO和SO_3的含量较准东煤分别降低了2.07%、3.42%、15.08%和10.5%;飞灰中Na_2O、MgO、CaO和SO_3的含量也较准东煤明显下降。同时炉渣和飞灰中的钠主要为钠长石,钾在掺烧前后都以KAl_2(Si_3Al)O_(10)(OH)_2存在。在炉膛中碱土金属的碳酸盐和硫酸盐分解后,大部分转化为钙黄长石。油页岩通过降低碱金属和碱土金属含量及改变其存在形态,解决了准东煤引起的炉膛结渣和受热面沾污的问题。     

不同碱当量、粉煤灰和矿渣掺量对碱激发粉煤灰-矿渣地聚物力学性能及微观结构的影响

粉煤灰、矿渣复配组成碱激发复合水泥可以改善单一组分碱激发水泥的性能劣势。为了研究不同碱当量、不同粉煤灰和矿渣掺量对碱激发粉煤灰-矿渣砂浆力学性能、干燥收缩及微观结构特性的影响,采用抗压、抗折强度试验、吸水率试验、干燥收缩试验、微观扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)及傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer, FTIR)试验进行表征。结果表明:3、7、28 d龄期时,随着碱当量和矿渣掺量增加,粉煤灰-矿渣砂浆抗压、抗折强度呈逐渐增加趋势,吸水率和干燥收缩率呈逐渐下降趋势。其中龄期为28 d,碱当量为6%、矿渣掺量为100%时,碱激发粉煤灰-矿渣砂浆抗压强度达到峰值110.84 MPa,抗折强度达到峰值10.77 MPa,吸水率最小,为1.2%,与4%的粉煤灰-矿渣砂浆相比,碱当量为6%的砂浆干燥收缩率均减少10%以上。由微观分析知,粉煤灰-矿渣砂浆在碱激发作用下水化产物主要为铝硅酸盐凝胶和水化硅酸钙凝胶,粉煤灰掺量越大,凝胶结晶度越低。碱当量越大,体系水化产物数量越多,结构越密实。     

论高炉精料

提出高炉精料应考虑铁矿石、焦炭及合理的炉料结构三个方面。对铁矿石精料的要求八字诀是：“高、熟、稳、好、少、净、匀、小”；对焦炭精料要求的四字诀是：“高、低、少、好”。并认为今后应更加重视铁矿石及焦炭的热态冶金性能。     

辣椒中的金属元素测定及其分布研究

用火焰原子吸收法测定了不同品种的辣椒及辣椒籽中的金属元素如铜、锌、锰、铁、镁、钠、镍、钾等的含量。测定结果表明,辣椒籽中的微量金属元素铜、锌、锰、铁、镁的含量明显高于辣椒皮,由此提出了对辣椒籽进行深加工,从而对其营养元素充分利用的商业前景。     

不同膳食纤维饮食下大鼠粪便矿物元素的测定及其吸收特点

矿物元素是动物体的组成部分,对维持机体正常生理有着重要作用,矿物元素的吸收代谢与膳食纤维密切相关,为研究不同结构的膳食纤维对钾、钠、钙、镁吸收的影响,本文采用原子吸收光谱法对大鼠（Rattus norregius）粪便中的4种矿物元素进行检测,比较2种预处理方法对矿物元素的提取效果,以及7种膳食纤维对4种矿物元素肠道吸收的影响。结果表明,干法灰化-混酸消解更适合提取钙、镁元素,而酸法浸提适合提取钾、钠元素;膳食纤维对钙、镁元素吸收率的影响大于钾、钠元素,总体钙、镁吸收率显著低于钾、钠的吸收率;在钾的吸收率上,纤维素组和麦麸组显著高于木聚糖组、果胶组、菊粉组和魔芋组;在钠的吸收率上,纤维素组和果胶组显著低于其他各组;对于钙的吸收率,木聚糖组和魔芋组显著低于纤维素组和麦麸组;镁吸收率果胶组和魔芋组最低,麦麸组最高,差异具有显著性。不同膳食纤维对矿质代谢有不同的影响,与麦麸相比,木聚糖和魔芋降低钙的吸收,果胶降低钾、钠、镁的吸收,纤维素和麦麸对矿物元素吸收率总体大于其余膳食纤维。     

含碱高炉渣的氧化铁活度

为了研究高炉渣化学成分与FetO活度、钾容量、硫容量间的规律,采用氧化锆固体电解质电池测定了气-渣-金平衡时的含碱高炉渣中FetO活度.结果表明:二元碱度增加,FetO活度增加,钾容量减小,硫容量增大;MgO,Al2O3含量增加,FetO活度降低,钾容量增大,硫容量先增大后减小;当高炉的碱负荷较高时,控制炉渣的化学成分,使FetO活度保持在0074~0078之间,可以使炉渣具有适宜的脱硫能力和较大的排碱能力,有助于降低碱金属的危害.