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。     

高炉碱金属富集区域钾、钠加剧焦炭劣化新认识及其量化控制模型

碱金属对高炉内焦炭的破坏大多通过研究碱金属碳酸盐对焦炭气化反应的影响,从而得出钾、钠破坏性相近,在控制碱金属入炉时也基本不对二者进行区分;但高炉调研表明在碱金属富集明显加剧的区域碱金属碳酸盐已分解且焦炭中钾含量均大于钠.本文通过热力学计算得知在碱富集区域碱金属主要以单质蒸气而非碳酸盐或氧化物形式存在,据此设计了模拟此区域有无CO2时钾、钠单质蒸气在焦炭上的自主吸附和破坏实验,结合原子吸收光谱法、X射线衍射法和扫描电镜-能谱分析发现钾蒸气和焦炭中灰分大量结合形成钾霞石后体积膨胀、裂纹扩展导致碱金属富集区域钾在焦炭上的吸附和破坏能力均远大于钠,因此建议尽量采用低灰分焦炭并严格控制入炉钾负荷.进一步研究体系中不同钾蒸气含量对气化反应的影响规律,得出当钾蒸气与焦炭的气固质量比率超过3%后焦炭反应性陡升.依据碱金属富集区域钾、钠在焦炭上的不同吸附和破坏性,建立了钾、钠各自入炉上限及总量上限的量化控制模型.     

不同反应性焦炭溶损劣化行为

为了研究不同反应性焦炭的溶损劣化行为与孔隙结构变化的关系,以不同温度下溶损反应前后焦炭气孔结构变化为主要研究对象,采用自主研发的焦炭综合热性质检测装置,对6种焦炭进行国标实验以及1 050、1 100、1 150、1 200、1 250和1 300℃恒温等溶损率为25%的溶损实验,通过I型转鼓检测焦炭溶损后强度,采用低温N2吸附法检测溶损反应前后气孔结构。结果表明:国标法评价焦炭的热性质值得商榷,应采用等溶损率为25%,且通过调整溶损温度来改变溶损速率的方法,模拟焦炭在高炉内实际溶损过程。通过焦炭溶损-转鼓后比表面积变化得到焦炭在不同温度下溶损反应模型存在差异,相同溶损温度下高反应性焦炭溶损区域较大,低反应性焦炭溶损反应区域较小。     

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.     

焦炭溶损反应动力学研究

作者用未反应核收缩模型研究了焦炭溶损反应动力学以及碱金属对焦炭溶损反应动力学的影响规律。     

BP复合抑制剂改善焦炭热态性能的实验研究

将一定浓度的劣化抑制剂均匀负载于焦炭表面,考察其对焦炭热态性能的影响,以优选抑制剂,并用SEM对焦炭结构和形貌进行表征,初步探讨其抑制机理.结果表明:负载抑制剂后焦炭热态性能明显改善,反应性CRI降低,反应后强度CSR提高,且随着浓度的递增,改善效果呈增加趋势.BP复合抑制效果最佳且成本较低.SEM结果表明,劣化抑制后焦炭表面气孔直径和深度减小呈封闭状态,减少了CO2对焦炭的侵蚀作用;BP抑制剂可覆盖或取代焦炭溶损反应的活性点,使焦炭对溶损反应的抵制能力增强.     

钾掺杂单壁碳纳米管吸附CO_2气体的Monte Carlo模拟研究

减少化工企业对大气层的二氧化碳(CO_2)排放量以避免温室效应仍然是当前环境保护的重要任务之一.为促进研发储存和分离CO_2的纳米材料,采用巨正则蒙特卡洛(Monte Carlo)方法模拟了温度为300K时一系列压强下CO_2气体在不同类型的钾掺杂单壁碳纳米管中的吸附情况.结果表明:碱金属钾的掺杂可以在一定条件下显著提高碳纳米管对CO_2气体的吸附能力.由等温吸附曲线和吸附热曲线可知,多数情况下钾原子的掺杂量越大、钾原子嵌入管壁越深,则吸附能力越强.然而必须注意,某一压强下钾掺杂碳纳米管对CO_2气体的吸附量不仅受纳米管和气体分子之间的作用力强度的影响,还取决于吸附空间的大小;特定压强下的吸附量是这两种因素综合作用的结果.     

焦炭强度在高炉内的变化规律

使用一台连续性高炉块状带热模型对焦炭在高炉中上部的失碳率与温度的对应关系进行了模拟研究.使用一台可调气氛高温抗压试验机研究了焦炭强度与温度和失碳率的关系.讨论了实际条件下焦炭失碳率及其强度在高炉内的变化规律.     

模拟焦炭在高炉软融带碳溶反应的研究

分析了国内外常用的几种测定焦炭与CO2反应性的方法,发现用这些方法测得的反应性指标CRI和反应后强度指标CSR对高炉软融带碳溶反应缺乏模拟性.为此,用特制的大型高温反应炉进行模拟高炉软融带碳溶反应条件实验,得出碱对焦炭的碳溶反应具有正催化作用;随着所加碱的质量分数的增加,焦炭的反应性增大,反应后强度略有降低,反应后焦炭的平均粒径略有减小.     

不同结构的磷酸盐对蛇纹石的分散作用

通过单矿物和人工混合矿的沉降实验,研究三聚磷酸钠、三偏磷酸钠和磷酸三钠3种不同结构的磷酸盐对蛇纹石的分散作用;通过Zeta电位测试、镁溶出量测试、吸附量测试,探讨磷酸盐与蛇纹石的作用机理.研究结果表明:缩合磷酸盐对蛇纹石有良好的分散作用,正磷酸盐无分散作用;对于相同磷原子的缩合磷酸盐,链状聚磷酸盐的分散能力比环状偏磷酸盐的强;3种磷酸盐的分散能力从大至小分别是三聚磷酸钠、三偏磷酸钠和磷酸三钠;不同结构的磷酸盐影响蛇纹石表面镁溶解量的程度不同以及在蛇纹石表面的吸附量不同,导致其改变蛇纹石表面电位的能力不同,这是导致其分散能力差异的重要原因.     

碱金属离子对SDS-PEG软团簇形成边界的影响及其在软团簇上的缔合量

采用超滤法和原子吸收分光光度法对外加碱金属(锂、钠或钾)硫酸盐的十二烷基硫酸钠一聚乙二醇软团簇体系进行研究，实验结果表明，其超滤曲线与表面张力曲线相似，也存在双拐点(c1和c2)，且c1随外加电解质浓度增加而降低，c2随外加电解质浓度增加而增加，因而软团簇形成的边界随外加电解质浓度增加而变宽，表明十二烷基硫酸钠与聚乙二醇间具有更显著的团簇化作用，外加碱金属(锂或钾)离子在软团簇上的缔合量与软团簇中表面活性离子含量之比随该金属离子的浓度增加而增加，在相同外加碱离子浓度下，钾离子在软团簇上的缔合量大于锂离子在软团簇上的缔合量，这是由于锂水合离子半径较钾水合离子半径大的缘故。     

碳氮纳米管对对硝基苯酚的吸附研究

研究了碳氮纳米管对对硝基苯酚的吸附,采用分光光度计测量溶液浓度,计算出不同质量的碳氮纳米管对对硝基苯酚的吸附量及吸附效率,探讨了其可能的吸附机理,并与文献报道的碳纳米管对对硝基苯酚吸附性能进行比较.结果表明,在相同条件下,碳氮纳米管对对硝基苯酚的吸附效率43.6 mg/g,高于碳纳米管对对硝基苯酚的吸附效率39.35 mg/g,其吸附量也高于碳纳米管.     

模拟焦炭在高炉软融带碳溶反应的研究

分析了国内外常用的几种测定焦炭与CO2反应性的方法，发现用这些方法测得的反应性指标CRI和反应后强度指标CSR对高炉软融带碳溶反应缺乏模拟性．为此，用特制的大型高温反应炉进行模拟高炉软融带碳溶反应条件实验，得出碱对焦炭的碳溶反应具有正催化作用；随着所加碱的质量分数的增加，焦炭的反应性增大，反应后强度略有降低，反应后焦炭的平均粒径略有减小.     

钾助剂对Co(311)面上碳吸附影响的理论研究

采用密度泛函理论计算了碳原子在Co(311)表面的吸附和沉积,并对钾(K)助剂的影响进行了研究.发现低覆盖度时,碳原子以分散吸附的构型稳定存在,随着碳覆盖度的增加,表面形成二聚体C2.表面碳原子的最大饱和覆盖度为0.875 ML.二聚体C2是最关键的基本单元.在K助剂掺杂后,表面碳物种的吸附均比在纯净钴表面的吸附更稳定...     

不同预处理对多壁碳纳米管储氢性能的影响

研究了经不同预处理后多壁碳纳米管的储氢性能.结果表明:多壁碳纳米管的吸附量在0～12 MPa范围内有一个极大值,极值点的压力和吸附量与样品的种类,处理方法等密切相关;不同量不同碱金属的掺杂对多壁碳纳米管吸附的影响稍有不同;加热活化对提高多壁碳纳米管的吸附量很有效,常温下,在将近9 MPa的平衡压力下,可以达到4.48%...     

钠原子在二维碳材料上的吸附、 迁移和存储

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究碱金属钠原子在二维碳材料M-石墨烯上的吸附、 迁移和存储. 计算结果表明, 钠原子在M-石墨烯上吸附的最佳位点为M-石墨烯的7环中心, M-石墨烯具有迁移势垒低、 存储容量大、 平均开路电压值低的特性. 因此, M-石墨烯可作为钠电池的负极材料.     

活性硼酸锌表面改性及其在PVC中的阻燃应用

以硫酸锌、硼砂、硼酸为原料,表面活性剂为改性剂,采用ZnSO4-硼砂法的工艺一步法制备活性硼酸锌.研究了表面活性剂的种类、添加量对产物改性效果的影响,用吸水率、接触角检测,SEM分析对样品改性效果进行表征.结果表明:所选用的阴离子表面活性剂改性效果优于阳离子和非离子表面活性剂;以一系列碳链长度不同的脂肪酸钠作为改性剂,碳链越长,改性效果越佳.将硼酸锌应用于PVC阻燃研究,单独使用时具有良好的消烟作用;与Sb2O3复配使用时具有很好的阻燃协同作用.在PVC配方中加入改性硼酸锌,在质量分数低于15%时复合材料的力学性能下降较慢,且优于加入相同量未改性硼酸锌的复合材料.     

焦炭强度在高炉内的变化规律

使用一台连续性高炉块状带热模型对焦炭在高炉中上部的失碳率与温度的对应关系进行了模拟研究。使用一台可调气氛高温抗压试验机研究了焦炭强度与温度和失碳率的关系。讨论了实际条件下焦炭失碳率及其强度在高炉内的变化规律。     

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.     

碱金属对焦炭质量的影响及焦炭抗碱性的研究

本试验研完了碱金属对焦炭高温反应性能的影响。金属钾及其氧化物对焦炭与CO_2反应具有强烈的催化作用,它使焦炭反应性增加,反应后强度降低,焦炭质量劣化、同时还研究了硼族元素化合物硼酸对焦炭与CO_2碳素溶解反应的抑制作用,它提高了焦炭的抗碱性能,因而使焦炭的反应性降低,反应后强度增加,焦炭的高温性能得到改善。