从煤矸石中提取活性氧化铝的清洁化工艺

煤矸石中含有大量的铝,将其作为一种新的铝资源加以利用,有助于减小铝需求的压力,缓解煤矸石所引起的环境污染问题。煤矸石中铝、硅主要以高岭土形式存在,活性非常低,通过热活化可以提高煤矸石活性,增加氧化铝的浸出率。用XRD对熟料和赤泥矿物组成进行分析,并通过正交试验确定了煤矸石的烧成条件和浸出条件。结果表明,烧成条件为:石灰饱和系数LSF=0.9,烧成温度1 260℃,反应时间90 min,平均颗粒直径0.085 mm。浸出条件为:Na2CO3质量浓度100 g/L,液固比3 L/mg,浸出温度85℃,浸出时间100 min。在最适宜的条件下,煤矸石中氧化铝的浸出率达85.6%。     

高铁低铝煤矸石酸法提取铝、铁研究

以高铁低铝煤矸石为原料,经机械活化,酸浸提取有价元素铝、铁.首先利用硫酸盐在不同温度和不同硫酸质量分数条件下的溶解度差异,通过结晶分离法从酸浸液中转移出硫酸盐,然后利用新鲜煤矸石中和酸浸液中的游离酸,调节pH值至1.5～2.0,制备酸浸初步净化液.以初步净化液为研究对象,利用不同离子水解pH值的差异进行物质分离,再经纯化处理制备相应产品.用XRD对原料和产品进行了表征.结果表明,在硫酸质量分数为75％的条件下,反应液固比为4、温度为125℃、3h时煤矸石中铝、铁溶出率分别为92.5％、99.7％.通过项目经济效益分析可知,该法可以产生良好的环境效益、社会效益,同时可实现煤矸石增值,产生较好的经济效益.     

柠檬酸、天冬氨酸复合酸浸法去除污泥中的重金属研究

研究柠檬酸和天冬氨酸对污泥中重金属的去除效果,以柠檬酸和天冬氨酸比例、pH、添加相差时间、反应时间为因素设计正交实验。结果表明,各反应条件因素对各重金属的去除影响大小依次为:pH值添加相差时间反应时间物质的量浓度比;最佳工艺条件:pH值为1.5,添加相差时间为9h,反应时间为18h,柠檬酸与天冬氨酸物质的量浓度比0.2:0.4;各重金属的去除率:Zn为43.9%,Cu为18.7%,Pb为30.7%,Cd为74.7%,Cr为27.4%。     

煤矸石制备聚合氯化铝的试验研究及应用

以三氧化二铝质量分数为22.58％的煤矸石为原料,采用酸溶法制备高效絮凝剂聚合氯化铝(PAC).在聚合时间为30 min,温度为60℃,pH值为3.7的条件下制成的PAC符合国家标准(GB 15892-2009).对自制和市售PAC的混凝性能进行了试验研究.结果表明,在优化后的试验条件下,自制PAC处理高岭上废水的效果优于市售PAC.     

改性煤矸石吸附废水中磷酸盐的研究

以煤矸石和氧化钙为原料,通过热碱改性方式,制备改性煤矸石吸附剂(Ca-CG).通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)方法分析证明了改性煤矸石比表面积增加,在其表面及其内部孔径中成功引入了 Ca2+.试验研究了氧化钙添加量和pH值对磷酸盐吸附的影响.动力学和热力学分析表明:Ca-CG吸附磷酸盐过程符合准二级动力学方程,且该过程是自发进行;在煅烧温度为1 073 K,煤矸石与氧化钙比例为1:0.5条件下,对10 mg/L磷酸盐去除率超过95％.     

采用响应面优化酸浸法回收报废三元电池中有价金属的研究

为简化传统报废锂离子电池(LIBs)处理工艺,对报废镍钴锰三元(NCM)电池正极材料进行浸出处理,在单因素试验的基础上,利用响应面分析法分析浸出温度、抗坏血酸浓度、固液比和浸出时间对正极材料中Co、Li、Mn、Ni浸出率的影响。建立数学回归模型,分析因素间的交互作用。结果表明,各金属的回归方程模型均显著(p<0.05),R^2≥0.88,信噪比N>4,C.V.较低,可用于报废NCM电池中Co、Li、Mn、Ni浸出工艺的分析与预测,其中浸出温度和抗坏血酸浓度的交互作用对Li和Ni的浸出率影响最大。各金属浸出率的最佳工艺条件为:浸出温度69.26℃,抗坏血酸浓度1.24 mol/L,固液比31.30 g/L,浸出时间59.79 min。在此条件下,Co、Li、Mn、Ni浸出率分别为96.35%、92.53%、89.28%、56.32%。结合回归分析及可操作性原则,进行3次平行试验,试验结果与模型理论预测值接近。试验过程简单,处理方法对环境友好,有利于工业化生产。     

太原地区煤矸石作为建筑回填材料的试验研究

为了利用煤矸石作为建筑回填材料,控制其压实质量,以室内土工试验的方法,对太原地区某矿煤矸石进行了物理、力学等指标的试验研究。结果证明,所用煤矸石性能良好,性质较稳定,适合作为回填材料。并回归出该煤矸石的应力-应变关系式,得出了物理力学参数。     

煤矸石自燃过程中多环芳烃含量的变化研究

采用室内模拟实验的方法,综合分析了煤矸石堆积自燃过程中多环芳烃(PAHs)含量的变化规律。研究发现,煤矸石自燃过程中,PAHs的生成与散失同时存在。较低的温度(60℃)对多环芳烃的生成具有一定的促进作用;500℃之后,PAHs全部散失或者降解为小分子物质,含量几乎为0。单个PAH的含量变化与总含量基本一致,仅是某一个PAH在不同温度下在总含量中所占的比例不同。自燃过程中高环的PAHs可能生成低环的PAHs使其含量增加。     

煤矸石作为道路材料的应用研究

为实现煤矸石的合理利用,结合集配、压碎值、膨胀崩解性分析煤矸石的物理性质,通过化学组成、活性等分析煤矸石化学性质,采用不同无机结合料对其进行针对性改良。分析煤矸石及石灰、粉煤灰混合料作用机理,通过无侧限抗压强度试验及回弹模量试验对煤矸石材料路用性能进行评价。     

油页岩灰渣酸法制备聚合氯化铝的酸溶工艺研究

以油页岩灰渣为原料,采用酸法制备聚合氯化铝,考察了酸溶条件对产品的铝浸出率与盐基度的影响。制备聚合氯化铝的最佳酸溶条件为:酸的质量分数22%,酸量比n(Al2O3)/n(HCl)为1∶13,酸溶温度125℃,酸溶时间3 h。此条件下,铝浸出率为73.65%,制备的液体聚合氯化铝的盐基度为77.51%。所制聚合氯化铝符合国家标准(GB 15892—2003)中Ⅰ类液体一等品标准。     

煤矿采空区充填用煤矸石泡沫混凝土发泡剂的研究

为防止地表沉陷,煤矿采空区需要充填,目前采用的充填方法为胶结充填、高水速凝充填等.泡沫混凝土具有质轻、流动性好的特点,可作煤矿采空区的充填材料.制备低水泥用量、含粗颗粒煤矸石的泡沫混凝土对发泡剂的泡沫稳定性要求较高,目前市售的发泡剂难以满足要求.在探讨发泡剂发泡、稳泡原理的基础上,研究了稳泡剂(D)的加入量对发泡液黏度、发泡倍率和泡沫稳定性的影响,以D与十二烷基硫酸钠(SDS)复配,研制出了高泡沫稳定性的发泡剂KD-1,该发泡剂的发泡倍率为21.3,开始泌水时间为7 min,90 min后沉降距为38 mm,并且考察了KD-1与混凝土早强剂的相容性.用此发泡剂制备出了最大粒径为5 mm、煤矸石掺量为63％(质量分数)、体积密度分别为800 kg/m3、900 kg/m3和1000 kg/m3的煤矸石泡沫混凝土,其90d单轴抗压强度分别为0.4 MPa、0.63 MPa和1.75 MPa.     

煤矸石中某些物淋溶释放特点的实验分析

为全面了解煤矸石中污染物的释放特点,定量预测煤矸石中污染物在大气降水作用下对土壤-地下水污染的强度,对新邱露天矿不同风化程度的煤矸石溶解释放污染物进行了动态淋溶实验研究.采用国家标准分析方法进行分析,并绘制了实验曲线.结果表明,煤矸石风化程度越高,溶解释放物的总硬度(CaCO3)、硫酸盐(SO42-)、钠(Na )、总溶解性固体(TDS)越多,并释放出一定量的氟化物(F-)、化学需氧量(CODMn)、总铁(Fe)等.淋滤液pH值在6.6～7.0间,有少量氯化物(C1-)、锰(Mn)、锌(Zn),微量其他重金属和砷(As).新鲜混合煤矸石溶解释放出较多的氟化物(F-)、化学需氧量(CODMn)和总铁(Fe).淋滤初期,污染物溶解释放速率较快,之后随降水量增加,污染物溶出速率也越来越慢,煤矸石中污染物的溶解释放主要受扩散控制.采用最小二乘法拟合得出各污染物浓度与降水量间呈指数衰减曲线关系,即Cv=Co Vn模型,该模型可定量预测煤矸石中污染物对土壤-地下水污染的强度.     

Study on acceleration and suppression properties of coal gangue with different void fractions on gas explosion propagation

Gas explosion is one of the main disasters in coal mining. Plenty of coal gangue are generally distributed in the disaster areas in gob. Experiments were carried out to explore the propagation law of the gas explosion distributed by coal gangue. The variation characteristics of the overpressure, pressure rise rate, and flame shape with void fractions were analyzed. The results showed that the effect of the coal gangue on the explosion intensity changed from suppression to acceleration with the increase of void fraction, the flame front upstream blockage area changed from laminar state to turbulent divergent state, and a reverse flame was formed. When the void fraction of the coal gangue was 0.50–0.65, the maximum overpressure downstream of the blocked area were positively correlated with the void fraction and the critical suppression range was between 0.50 and 0.55. When the void fraction was lower than 0.50, the flame was quenched in the coal gangue, neither the flame nor the pressure could pass through the blocked area. It is helpful to guide the improvement of coal recovery process to avoid the expansion of the explosion impact in coalmine gob.     

温度对煤体坚固性系数的影响试验

为了研究煤体坚固性系数(f)随温度变化的规律,对f的测量试验装置进行了改进,然后在温度为-20-60℃时测定了若干组贵州煤样的f,并对温度为0～60℃时的数据进行了分析.结果表明,无论是突出还是非突出煤体的f均随温度升高而变小,随温度降低而增大,且呈线性关系;非突出煤样的f随温度变化的幅度往往大于突出煤样.研究表明,尽管f受温度影响较小,但当f接近现行的突出指标临界值0.5时,须根据井下煤层的环境温度测定其对应的f,才可将此时的f作为判断突出危险性的可信参数,否则容易误判.     

不同煤质煤尘层最低着火温度特性及其影响因素研究

为研究不同煤质的煤尘层最低着火温度特性及其影响因素,选取褐煤、长焰煤、不粘煤、气煤、焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤8种不同变质程度的煤尘样品,测试分析8种煤尘层的最低着火温度及最低着火温度工况下煤尘层着火类型、着火时间,并研究了粒径和煤尘层厚度对煤尘层最低着火温度的影响。结果表明,随变质程度由褐煤逐渐增大,最低着火温度T_L由290℃不断增大。褐煤、长焰煤、不粘煤和气煤为a类着火,其着火时间较为接近,均值为19. 5 min,而焦煤、瘦煤和贫煤为c类着火,着火时间均值为11 min,表明随变质程度增大,虽然TL增大,但着火时间明显缩短。通过分析最低着火温度工况下不同煤质的温度T-时间t变化情况,认为褐煤、长焰煤、不粘煤和气煤煤尘层温度曲线中出现明显上下波动现象,是因为煤尘层厚度有限,无法长时间积聚能量。通过构建TL与粒径r、煤尘层厚度d的三维空间拟合模型,发现粒径小、厚度大的煤尘层具有更大的着火敏感性和爆炸潜伏性,更应加强防范。     

船舶载运煤炭甲烷释放特性研究

为了研究船舶载运煤炭甲烷释放规律,基于Fick扩散定律建立了货舱甲烷体积分数计算模型,分析了不同扩散系数条件下甲烷释放量与时间的关系,确定了空隙系数的取值范围,通过对某船舶煤炭运输过程中甲烷体积分数随船实测对模型进行了验证.结果表明,货舱甲烷体积分数随运输时间增加而增加,扩散系数为1.0×10-8 cm2/s时,甲烷释放量达到极大值;煤炭的空隙系数基本在0.53～ 0.57 m3/t之间.当煤炭极限甲烷解吸量为1.6 ～ 3.83 m3/t时,货舱甲烷最高体积分数在0.53％ ～ 1.22％,5个货舱中4个货舱的甲烷释放量与理论计算相吻合,1个货舱的最大甲烷释放量高出理论计算量6％,船运煤炭过程中的甲烷释放计算模型与实测结果较为吻合.对于甲烷体积分数超限的货舱,及时通风可使甲烷体积分数迅速降低,有效地解决船运煤炭过程中甲烷体积分数超限的问题.     

硫酸储罐爆炸事故分析及预防

介绍了山东省某化工有限公司苯胺厂的工人在废硫酸罐顶部焊接管线时发生的一起废硫酸罐爆炸事故。通过对事故发生经过及现场情况的调查分析,找出了导致事故发生的原因,由于废硫酸罐耐酸瓷瓦破损,废硫酸渗漏与罐体接触反应产生的氢气,与由苯-稀硫酸萃取分离器串入废硫酸罐的苯或硝基苯蒸气及罐内空气混合形成爆炸性混合物,遇到因违章操作产生的明火、高温发生爆炸。通过对这次事故的详细描述、分析,在吸取事故教训的基础上,提出了相应的预防措施,为预防类似事故的发生提供参考。     

封存过程中CO2流体与煤中矿物作用关系研究进展

利用深部煤层封存二氧化碳(CO2),既能减排主要人为温室气体CO2,又能同步开采煤层气(主要成分为甲烷,即CH4)。在适宜CO2封存的含煤储层条件下,CO2属于超临界流体,其易与煤中部分无机矿物发生作用,进而改变煤的理化性质,最终影响煤层的CO2封存效果。为此,归纳了煤中易与CO2发生作用的矿物分布特征,分析了CO2与矿物间的作用规律及其对煤理化性质的影响,并指出了后续研究方向。结果表明,煤中易与CO2流体发生作用的无机矿物主要包括碳酸盐矿物和黏土矿物。上述矿物的分布与煤变质程度和沉积环境有关。在封存过程中,超临界CO2流体与煤中矿物间的作用会改变煤体孔隙结构、煤的CO2吸附能力和含煤储层渗透率。针对CO2与煤中矿物的作用关系,后续需开展以下研究:CO2流体与煤中矿物之间的微观作用机理;CO2流体与煤层顶底板中主要无机矿物的作用规律;实际储层条件(温度、压力和地应力等)对CO2与矿物之间作用关系的影响;CO2与矿物之间的相互作用对同步采收CH4的影响。     

煤层注水抑制瓦斯解吸效应试验研究

煤层注水宏观上具有疏松煤体、卸压排放瓦斯的效应,这是人们对煤层防突机理的初步认识。为进一步认清煤层防突机理,采用实验室试验和现场测试相结合的方法,在实验室中使干燥煤样在煤样罐中预先吸附瓦斯来模拟原始煤层,然后向试验煤样高压注入水分,注水后再测试瓦斯解吸等温特性曲线、瓦斯解吸速度及残存瓦斯含量。测验结果表明,注水后瓦斯解吸等温特性曲线上移,初始瓦斯解吸速度变小且衰减速度变慢,残存瓦斯含量增加,现场测试钻屑瓦斯解吸指标值降低。通过分析测试结果认为,注水后,水分进入并留存在煤体的微孔隙中,对煤层瓦斯具有抑制解吸效应,而抑制解吸效应可以降低瓦斯初始解吸速度,使瓦斯解吸过程变缓,避免瓦斯突然快速解吸。这是煤层注水防治煤与瓦斯突出的一项重要机理。