高炉渣资源化生产绿色建材的环境效益评估——基于生命周期的视角

高炉渣是钢铁厂高炉炼铁产生的矿渣,具有较高的资源化价值,可用于生产多种绿色建材产品。熔融高炉渣经水急冷后形成的粒化高炉矿渣,粉磨成矿渣微粉可作为水泥混合材和混凝土掺合料。以高炉渣资源化过程为研究对象,采用生命周期清单分析方法,并基于GaBi 4软件平台,对我国某建材企业综合利用高炉渣生产矿渣硅酸盐水泥和商品混凝土全过程的能源消耗、原材料消耗和温室气体排放进行了分析,进而从节能、降耗和碳减排三方面评估其环境效益。结果表明,与普通硅酸盐水泥相比,矿渣硅酸盐水泥可分别实现节约能源1 911 MJ/t(节能26%),降低原材料消耗1 158 kg/t(降耗27%),减少碳排放236 kg/t(碳减排26%);与复合硅酸盐水泥相比,矿渣硅酸盐水泥可实现节约能源352 MJ/t(节能6%),降低原材料消耗278 kg/t(降耗8%),减少碳排放47 kg/t(碳减排7%)。与不掺加矿粉的普通商品混凝土比较,掺矿粉的商品混凝土可实现节约能源97 MJ/m3(节能5%),降低原材料消耗7 kg/m3(降耗0.3%),减少碳排放12 kg/m3(碳减排5%)。高炉渣资源化生产矿渣硅酸盐水泥和商品混凝土具有明显的环境效益。     

预煅烧铜渣与生物质混合催化气化

在热重分析仪上,以1 000℃预煅烧5h铜渣为催化剂,在氧气气氛下,进行生物质的催化气化实验.在预煅烧铜渣/生物质(质量比)为0.5～2.5范围内,考察铜渣的催化性能.实验结果表明,在所研究的比例范围内,生物质热解阶段和气化阶段的最大失重速率呈现先增大后减小的趋势,且在比例为2时都达到最大值.研究表明,铜渣中的铁氧化物在气化过程中被还原为金属Fe和FeO,而生成的FeO与SiO2反应生成Fe2SiO4.在铜渣与生物质混合催化气化反应中,金属Fe从铜渣中的铁氧化物中被还原出来而提供了活性位,表明铜渣因含有易还原的铁元素而具有催化作用.     

炉渣制光催化剂催化降解水中罗丹明B的研究

以废弃的钢铁冶炼炉渣为原料制备了光催化剂GN,并对其进行了X衍射、紫外-可见漫反射吸收光谱、比表面积及孔径分布等物性测试,通过在三相内循环流化床光催化反应器中对罗丹明B废水进行处理,确定了GN的最佳光催化氧化条件.将GN与传统的光催化剂TiO2作比较,结果表明,GN不仅具备较高的光催化活性,而且成本更低,为钢铁冶炼炉渣的循环再利用提供了一种新思路,同时也为光催化氧化技术的工业化应用提供了一条新颖、经济、可行的途径.     

不锈钢钢渣单颗粒成分分析及用于烟气脱硫的模拟试验

为研究不锈钢钢渣化学成分及用于烟气脱硫的可行性,采用电子探针微区分析技术对太原钢铁(集团)有限公司不锈钢钢渣进行单颗粒形貌和组分分析,然后测定钢渣中游离氧化钙含量和浆液的pH,在此基础上,开展了将其用于烟气脱硫的模拟试验,研究了钢渣干湿状态、粒径对脱硫效率和失效时间的影响。结果表明,不锈钢钢渣颗粒呈不规则形状,主要成分包括CaO、MgO、Al2O3、SiO2等,其中游离氧化钙占4%~7%;钢渣浆液呈碱性。浸湿状态下80目以上钢渣脱硫率大于60%,失效时间170min。表明不锈钢钢渣具备一定的烟气脱硫潜力,可以考虑用来"以废治废"。     

镁盐和炉渣对印染废水的脱色处理简

实验研究了不同pH、温度、Mg²⁺投量和沉降时间下,镁盐、炉渣、镁盐+炉渣3种处理对模拟和实际印染废水的脱色效果。结果表明,在pH为11~11.5、沉降30 min、30℃及Mg²⁺投加量为500~600 mg/L的最优脱色条件下,3种处理对艳红FXC模拟废水的最大脱色率分别为98.41%、98.43%和99.37%,对实际印染废水的最大脱色率分别为90.18%、89.63%和93.33%,其中,镁盐+炉渣脱色效果最好,这可能与炉渣吸附和起到协同增强Mg（OH）₂沉淀效果的作用有关。对水样的液相色谱初步检测分析表明,实际废水脱色处理前后染色基团峰高和种类发生了变化。该研究对盐田富镁卤水和炉渣等废物的资源化开发有重要参考价值。     

Volatilization behavior of lead from molten slag under conditions simulating municipal solid waste melting

To reutilize molten slag derived from an ash melting process, the lead volatilization mechanism under reducing conditions was investigated. Reducing conditions were established by introducing a CO-CO₂-N₂ gas mixture to the reactor or by adding graphite to the molten slag prior to the experiments. As samples, two types of simulated molten slag composed of CaO-SiO₂-Al₂O₃ mixed with PbO were used and the lead volatilization behavior was studied at 1773 K. It was found that the lead volatilization rate increased on increasing the amount of reducing agent for both graphite and the CO-CO₂ gas mixture. For the CO-CO₂ reducing gas mixture, this increase was mainly attributed to PbO conversion to Pb. For the addition of graphite, the increase in lead volatilization ratio was considered to partially result from PbO conversion to Pb and partially from a reaction of graphite with SiO₂ yielding volatile SiO. The volatile SiO gas was then emitted from the furnace, which brought about a reduction in the SiO₂ content of the slag. As a result, the slag viscosity decreased, which led to an enhancement of the lead volatilization ratio.     

氧化锰矿渣改性制备SCR脱硝催化剂

以锰酸钾生产过程中产生的氧化锰矿渣为原料,制备了一系列Mn基SCR脱硝催化剂。研究了活性炭、二氧化钛、以及含锰量的变化对催化剂的脱硝活性的影响。结果表明,直接由矿渣制备的催化剂和添加活性炭、二氧化钛制备的催化剂,其最大脱硝率分别为40%和78%。XPS表征发现催化剂中的锰元素存在多种氧化价态,活性炭的加入在一定程度上改变了不同价态之间的相对含量;在矿渣中加入硫酸锰后,发现总锰含量达到10%时,催化剂的最大脱硝率从78%降低至57%,XRD测试发现硫酸锰的加入导致S2O27-物种的生成,可能是引起催化剂活性下降的原因之一;而加入醋酸锰至总锰含量达到10%时,增大了催化剂的活性温度窗口,当总锰含量达到20%时,在空速10 000 h-1条件下,催化剂的最大脱硝率达到86.7%。     

湿地介质高炉矿渣磷吸附与再生能力研究

通过批实验和长期动态柱实验评价了湿地介质高炉矿渣吸附和截留P能力,并利用水位落干操作提高P吸附再生能力.结果表明,长期柱实验可以精确评价矿渣吸附磷的能力,矿渣磷截留能力达到1.65 g/kg;湿地保持落干4周,磷吸附能力再生,吸附能力提高58％.矿渣磷吸附饱和后磷组分分析得到树脂提取磷(P₁）占13％,Fe-P 39%,Al-P 21%,Ca-P 13%(1 mol/L HCl),Ca-P 14%(热浓HCl).吸附饱和前后X射线荧光衍射分析介质成分发现：K₂O和P₂O₅分别提高3倍和1.7倍,Al₂O₃和FeO提高8％.高炉矿渣吸附特性的研究表明该材料能长期有效去除P,适当干湿交替操作可以延长人工湿地运行年限.     

三叶草和黑麦草修复对炼锌废渣剖面养分及重金属分布特征的影响

为评价两种草本植物修复5年后的土法炼锌废渣剖面上养分及重金属分布特征,以废渣堆场上人工种植的三叶草（Trifolium repens）和黑麦草（Lolium perenne）为研究对象,分析两种草本植物剖面（0~60 cm）上不同粒径废渣中养分和重金属的分布特征.结果表明：随着废渣剖面深度增加,废渣中全氮、碱解氮、全磷、有效磷含量逐渐降低,表层废渣（0~10 cm）中有机质含量大多显著（p<0.05）低于深层废渣（10~60 cm）;而表层废渣（0~20 cm）的有效态氮磷含量大多显著（p<0.05）高于深层废渣（20~60 cm）.有机质和全氮含量随着废渣粒径增大呈先增加后降低的趋势,其含量在粒径为0.25~0.5 mm的废渣中最高,而碱解氮和有效磷含量则随废渣粒径增大逐渐降低.三叶草修复作用下其剖面不同粒径废渣中有机质、全氮、碱解氮、全磷含量高于黑麦草.As、Cu、Pb、Zn含量随着废渣深度增加呈先降低后增加的趋势,且其在表层废渣（0~20 cm）中的含量高于深层废渣（20~60 cm）.除As外,Cd、Cu、Pb、Zn的含量总体表现为随废渣粒径增大而降低.两种植物修复作用下,酸可交换态As、Cd、Cu、Zn占比均随废渣剖面深度增加而增加,酸可交换态Cd、Cu、Pb、Zn占比均随废渣粒径增大而增加.综上,三叶草和黑麦草参与下垂直剖面上不同粒径废渣养分及重金属含量分布特征具有明显的差异.     

工业固体废物生命周期管理方法及案例分析

通过分析工业固体废物管理过程与工业生产过程间的耦合关系,提出了涵盖减量化过程的工业固体废物生命周期管理框架和方法,并应用于铜渣管理的方案评估与决策过程中.结果表明,铜渣3种不同管理方案的环境负荷值依次为2800.46,2156.00,2162.04Pt.与熔池熔炼法相比,闪速熔炼法虽有利于铜渣的源头减量,但其减少的铜渣量并未导致精铜生产与铜渣管理全过程环境影响的整体下降.单从铜渣的内部再循环工艺来看,处理同样数量的铜渣,选矿法的环境表现优于电炉贫化法.案例研究证实了工业固体废物管理应将减量化过程纳入全生命周期管理方案中进行综合评估,而非简单遵循废物管理的优先顺序和等级制度.