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1-羟基辛叉-1,1-双膦酸捕收剂对白云鄂博铌矿中铌铁金红石的浮选机理研究

过程工程学报 2024年第12期24卷 1442-1452页

作者：徐伟张敏于宏东陈芳芳彭冠李敬中国科学技术大学稀土学院安徽合肥230026 中国科学院赣江创新研究院江西赣州341119 中国科学院稀土重点实验室江西赣州341119 中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190

本研究提出了一种改进的1-羟基辛叉-1,1-双膦酸(HOBA)合成方法,选取铌铁金红石(一种重要的白云鄂博代表性含铌矿物)作为研究对象,并对比研究了辛基异羟肟酸(OHA)。通过接触角、Zeta电位、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜-能量散射谱... 详细信息

本研究提出了一种改进的1-羟基辛叉-1,1-双膦酸(HOBA)合成方法,选取铌铁金红石(一种重要的白云鄂博代表性含铌矿物)作为研究对象,并对比研究了辛基异羟肟酸(OHA)。通过接触角、Zeta电位、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜-能量散射谱(SEM-EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等表征方法,系统研究了HOBA在人工合成铌铁金红石浮选过程中的作用机理。结果表明,在酸性条件下,HOBA与铌铁金红石表面离子形成螯合物,以化学吸附的方式稳定结合在铌铁金红石表面,显著增强其疏水性。相较于OHA,HOBA对铌铁金红石展现出更高的选择性,有效解释了HOBA在白云鄂博实际含铌矿物体系中浮选结果优于OHA的原因。此外,通过溶液化学计算分析探讨了浮选过程中HOBA与铌铁金红石表面离子之间的相互作用,进一步讨论了HOBA与铌铁金红石作用过程中Ce^(3+)的抑制作用和Pb^(2+)的协同增强作用的原因。研究表明,在合适的pH范围和离子条件下,HOBA可以作为白云鄂博铌铁金红石和其他含铌矿物的有效捕收剂,合成路线的优化使其具有工业化应用的潜力。

关键词： 1-羟基辛叉-1,1-双膦酸白云鄂博含铌矿物铌铁金红石浮选机理

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循环流化床粉煤灰钙的赋存形态及选择性脱除

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有色金属（冶炼部分） 2022年第8期 126-133页

作者：孙志刚张建波李少鹏中石化宁波工程有限公司浙江宁波315103 中国科学院过程工程研究所中科院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190

循环流化床(CFB)粉煤灰是燃煤过程产生的大宗固体废弃物,由于其钙含量高,无法满足建材化利用要求,目前主要以堆存为主,环境污染风险较大。分析了CFB粉煤灰中钙的元素分布与矿相赋存形态,明确CFB粉煤灰中主要矿相为非晶相铝硅酸盐、石英... 详细信息

循环流化床(CFB)粉煤灰是燃煤过程产生的大宗固体废弃物,由于其钙含量高,无法满足建材化利用要求,目前主要以堆存为主,环境污染风险较大。分析了CFB粉煤灰中钙的元素分布与矿相赋存形态,明确CFB粉煤灰中主要矿相为非晶相铝硅酸盐、石英相、Ca(OH)_(2)、CaSO_(4)及少量CaPO_(3)(OH)。钙元素的赋存形态主要分为两种,大部分钙与铝硅酸盐矿物结合,夹杂于铝硅酸盐矿物形成固熔体,少部分以硫酸钙形式存在。基于钙的元素赋存形态,提出了循环流化床粉煤灰pH调控选择性高效脱钙技术思路,在最佳工艺条件下,溶液钙离子浓度可达到20 g/L以上,钙脱除率高达80%,脱钙灰中氧化钙含量低于5%,基本满足建材利用标准要求。

关键词：循环流化床粉煤灰赋存形态选择性脱钙分布资源化利用

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粉煤灰基土壤调理剂中重金属赋存形态和溶出规律

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环境科学与技术 2021年第S02期44卷 292-298页

作者：刘宝勇姚同宇马淑花王晓辉李明哲刘晨旭辽宁工程技术大学环境科学与工程学院辽宁阜新123000 中国科学院绿色过程与工程重点实验室(中国科学院过程工程研究所) 北京100190 中国科学院绿色过程制造创新研究院北京100190 中国科学院过程工程研究所战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190

明确粉煤灰中重金属的赋存形态和溶出规律,是实现粉煤灰在农业上大宗利用的先决条件。作者以内蒙古锡林郭勒盟未进行重金属预脱除粉煤灰改性制备的土壤调理剂作为研究对象,首先采用BCR连续浸提法初步探究其重金属赋存形态,然后在模拟土... 详细信息

明确粉煤灰中重金属的赋存形态和溶出规律,是实现粉煤灰在农业上大宗利用的先决条件。作者以内蒙古锡林郭勒盟未进行重金属预脱除粉煤灰改性制备的土壤调理剂作为研究对象,首先采用BCR连续浸提法初步探究其重金属赋存形态,然后在模拟土壤酸碱条件下研究其溶出规律,即采用水平振荡方法,在水溶液中25℃、液固体积质量比恒定为20∶1、pH 4~10、作用时间0~120h下研究典型五大重金属Hg、Pb、Cd、As、Cr的溶出规律,并与地表水、地下水毒理学指标进行对比,最后结合重金属溶出规律和BCR法形态分析结果,明晰调理剂中重金属的具体赋存形式。结果表明:在粉煤灰未进行重金属预脱除处理的情况下,调理剂中五大重金属的弱酸可溶态含量均小于10%,除As主要以可还原态形式存在外,其他重金属主要以残渣态形式存在。调理剂在不同pH值、不同时间下其中的重金属虽有少量溶出,但五大重金属在整个溶出过程中的溶出量均低于地下水Ⅳ类标准限值、地表水Ⅴ类标准限值,符合农业用水标准,环境风险较小。综合BCR法分析结果和重金属在不同条件下溶出规律,可知Cr、As、Cd、Hg、Pb主要存在形式分别为晶格Cr、As^(5+)、Cd(OH)_(2)、HgS和PbS,各占总量的61%、91%、54%、70%和95%。

关键词：调理剂重金属赋存形态溶出规律粉煤灰

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煤矸石改性方法及其资源环境利用研究进展

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化学学报 2024年第5期82卷 527-540页

作者：张华林赵梦飞江晓亮田少静滕泽栋李庭刚中国科学院过程工程研究所、中国科学院绿色过程与工程重点实验室、中国科学院绿色过程制造创新研究院、战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心、北京市过程污染控制工程技术研究中心北京100190 中国科学院赣江创新研究院、中国科学院稀土重点实验室、江西省稀土清洁生产重点实验室江西赣州341003 江西理工大学冶金工程学院江西赣州341099 生物药制备与递送重点实验室(中国科学院)生化工程国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

煤矸石是一种煤炭开采和洗选过程中产生的典型工业废弃物,其大量的堆积造成了较大的环境问题.通过不同的改性方法对煤矸石进行改性,可以显著提升其在环境保护、资源回收方面的应用潜力.改性煤矸石在环境应用方面的研究涉及多个领域,这... 详细信息

煤矸石是一种煤炭开采和洗选过程中产生的典型工业废弃物,其大量的堆积造成了较大的环境问题.通过不同的改性方法对煤矸石进行改性,可以显著提升其在环境保护、资源回收方面的应用潜力.改性煤矸石在环境应用方面的研究涉及多个领域,这些应用不仅有助于减轻煤矸石对环境的压力,而且可以通过回收和再利用,为环境保护和经济发展提供新的动力,实现煤矸石综合利用的可持续发展.本综述从煤矸石的环境问题出发,强调了通过改性技术提升其环保潜力的重要性并详细分析了改性煤矸石在废水处理、土壤修复、建筑材料制备等方面的应用,并探讨了面临的挑战和未来发展方向,为煤矸石资源化利用奠定了基础.

关键词：煤矸石改性方法环境应用资源化

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晶硅切割废硅粉熔渣精炼制备低磷再生硅

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过程工程学报 2023年第12期23卷 1685-1693页

作者：金磊张雪峰王东林勇王志钱国余马文会魏奎先昆明理工大学冶金与能源工程学院真空冶金国家工程实验室云南昆明650093 中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190 中国科学院赣江创新研究院稀土全国重点实验室江西赣州341119

晶硅切割废硅粉是重要的新能源固废,切片过程电镀金刚线上磷的污染导致普通熔炼得到的再生硅磷含量高、品质差,无法满足有机硅行业对高品质原料的需求。本工作采用熔渣精炼一步去除晶硅切割废料的表面氧化层和非金属杂质磷元素,成功制... 详细信息

晶硅切割废硅粉是重要的新能源固废,切片过程电镀金刚线上磷的污染导致普通熔炼得到的再生硅磷含量高、品质差,无法满足有机硅行业对高品质原料的需求。本工作采用熔渣精炼一步去除晶硅切割废料的表面氧化层和非金属杂质磷元素,成功制备了有机用硅。首先使用石英砂模拟了硅粉表面氧化层的高温熔解行为,对比了CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)和CaO-SiO_(2)-CaF_(2)两种渣系对二氧化硅的熔解效果,并考察了精炼时间(2~6 min)、精炼温度(1400,1450和1500℃)下二氧化硅的熔解率。然后以晶硅切割废硅粉为原料,对比了两种精炼渣系对废硅粉的除磷效果,对氧化层和除磷结果进行了机理解析。结果表明,二氧化硅的熔解主要受精炼渣系的黏度影响,降低精炼渣的黏度能加快二氧化硅的熔解速率。相同条件下,二氧化硅在CaO-SiO_(2)-CaF_(2)渣系的熔解速率更快。精炼实验表明,提高CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)和CaO-SiO_(2)-CaF_(2)精炼渣系的碱度有利于废硅粉中磷的去除,两种精炼渣的最大磷去除率分别为53.81%和62.04%。

关键词：废硅粉 CaO-SiO_(2)-CaF_(2)渣系 CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)渣系氧化层脱除精炼除磷

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干法电石渣杂质赋存及高效分离研究

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过程工程学报 2023年第5期23卷 734-743页

作者：杨悦朱干宇孟子衡刘鑫辉杨靖颜坤彭宗贵王秋剑李会泉中国科学院过程工程研究所中科院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190 华能沁北发电有限责任公司河南济源454650 北京亘源环保有限公司北京101300 中国科学院大学化学工程学院北京100049

电石渣中Ca(OH)_(2)含量达到了80%以上,针对电石渣中包含的大颗粒杂质影响其资源化利用的问题,采用了XRD,XRF, XPS, FTIR和化学分析等方法对杂质组分进行了系统分析,采用短程气固高效分离工艺对电石渣进行旋风分离,研究了旋风分离过程... 详细信息

电石渣中Ca(OH)_(2)含量达到了80%以上,针对电石渣中包含的大颗粒杂质影响其资源化利用的问题,采用了XRD,XRF, XPS, FTIR和化学分析等方法对杂质组分进行了系统分析,采用短程气固高效分离工艺对电石渣进行旋风分离,研究了旋风分离过程对杂质的分离效果和产品应用的影响。结果表明,电石渣中的碳主要以碳单质和碳酸盐形式存在,铝硅多以铝硅酸盐形式存在,硫主要以硫酸盐、硫化物和硫醇的形式存在;旋风分离后电石渣中粗颗粒显著富集,铁在粗渣中富集现象显著,铝硅和钙组分未富集,细渣中酸不溶物含量显著减少。利用电石渣制备活性氧化钙,旋风分离细渣所制备的氧化钙产品抗压强度达到了5.1 MPa,相对于原渣和旋风分离粗渣均提高了约50%;细渣制备的活性氧化钙产品中酸不溶物质量分数与原渣和粗渣相比也显著降低,为0.46wt%。本研究为电石渣的杂质分析及工业化应用提供了依据。

关键词：干法电石渣分离杂质赋存规律氧化钙化学分析

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铝灰基聚合氯化铝处理选煤废水试验

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洁净煤技术 2022年第12期28卷 143-148页

作者：李占兵李会泉刘青青张建波黄形中吴秀文李少鹏中国地质大学(北京)材料科学与工程学院北京100083 中国科学院过程工程研究所中科院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049

铝灰是电解铝、铝加工和铝再生行业产生的危险废弃物,直接堆存易造成严重的环境污染和资源浪费。铝灰中氧化铝质量分数达70%以上,可用于制备聚合氯化铝净水剂。为实现铝灰废弃物利用和解决选煤废水的污染问题,以铝灰基聚合氯化铝(Alumin... 详细信息

铝灰是电解铝、铝加工和铝再生行业产生的危险废弃物,直接堆存易造成严重的环境污染和资源浪费。铝灰中氧化铝质量分数达70%以上,可用于制备聚合氯化铝净水剂。为实现铝灰废弃物利用和解决选煤废水的污染问题,以铝灰基聚合氯化铝(Aluminum dross-based poly aluminum chloride,AD-PAC)为原料处理选煤废水,系统考察了AD-PAC投加量、絮凝温度、pH、快搅速度、快搅时间、慢搅速度、慢搅时间、静沉时间等因素对选煤废水浊度去除率的影响;通过絮凝体粒径变化研究了AD-PAC与选煤废水颗粒物结合机制,初步明确了AD-PAC对选煤废水的絮凝机理。结果表明:在AD-PAC投加量100 mg/L、絮凝温度40℃、pH=10、快搅速度300 r/min、快搅时间30 s、慢搅速度100 r/min、慢搅时间45 min、静沉时间20 min的条件下,选煤废水浊度由54.63 NTU降至0.50 NTU,浊度去除率达99.08%。絮凝过程形成的絮凝体中位粒径由59.67μm增至145.90μm;AD-PAC通过电中和/吸附、网捕作用使废水中的颗粒物脱稳,转变成大颗粒絮凝体,实现选煤废水净化,为AD-PAC在废水处理行业中的应用提供技术支撑。

关键词：铝灰聚合氯化铝絮凝浊度选煤废水

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湿法磷酸体系磷石膏结晶过程与机理研究

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无机盐工业 2022年第7期54卷 110-116页

作者：贺雷朱干宇郑光明武文粉张建波李防李会泉陈雯昆明理工大学冶金与能源工程学院云南昆明650093 中国科学院过程工程研究所中科院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心宜都兴发化工有限公司中国科学院大学化学工程学院

湿法磷酸生产过程中硫酸钙结晶制约着磷石膏的品质,良好的硫酸钙结晶不仅能提高磷收率,还有利于磷石膏资源化利用。针对硫酸钙结晶调控问题,系统考察了在添加正辛醇条件下硫酸钙物相形貌随反应时间的变化规律,综合研究了磷石膏晶体结构... 详细信息

湿法磷酸生产过程中硫酸钙结晶制约着磷石膏的品质,良好的硫酸钙结晶不仅能提高磷收率,还有利于磷石膏资源化利用。针对硫酸钙结晶调控问题,系统考察了在添加正辛醇条件下硫酸钙物相形貌随反应时间的变化规律,综合研究了磷石膏晶体结构变化和生长规律。结果表明,反应时间为7 h时磷石膏内残余总磷为0.36%,其中水溶性磷为0.18%,磷收率达到98.79%;磷石膏以(002)为主要晶面生长,结晶过程分为磷矿酸解、硫酸钙晶体颗粒长大、晶体破碎与二次结晶3个阶段,均匀的二水硫酸钙板条状结晶有助于提高磷石膏洗滤性能和洗涤效果。通过磷石膏结晶调控和变化过程研究,为湿法磷酸生产工艺参数选择和硫酸钙结晶过程调控提供参考和基础支撑。

关键词：湿法磷酸磷石膏硫酸钙结晶调控

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电石渣旋流分离制备脱硫剂及副产石膏研究

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无机盐工业 2023年第5期55卷 78-84页

作者：杨悦朱干宇张建波孟子衡刘鑫辉杨靖颜坤彭宗贵王秋剑李会泉中国科学院过程工程研究所中科院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190 华能沁北发电有限责任公司河南焦作454650 北京亘源环保有限公司北京101300 中国科学院大学化学工程学院北京100049

电石渣是电石法生产乙炔过程产生的固体废渣,是替代石灰石制备低碳脱硫剂的良好原料,但应用过程存在杂质含量高、粗颗粒难以分离等问题。针对以上问题,可采用多级旋流杂质分离法分离电石渣中的杂质和大颗粒组分,在优化条件下电石渣旋流... 详细信息

电石渣是电石法生产乙炔过程产生的固体废渣,是替代石灰石制备低碳脱硫剂的良好原料,但应用过程存在杂质含量高、粗颗粒难以分离等问题。针对以上问题,可采用多级旋流杂质分离法分离电石渣中的杂质和大颗粒组分,在优化条件下电石渣旋流分离效率可达93.97%。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线光电子能谱仪(XPS)等对电石渣的形貌、组成和物相进行表征,系统分析电石渣旋流前后组成、粒度变化,并对电石渣中杂质的赋存形态和分布规律进行详细地探讨。研究结果表明,电石渣中钙主要以氢氧化钙形式存在且旋流分离前后含量相差不大,杂质主要包括三氧化二铁、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、硫、碳和水溶性氯离子等;旋流分离后二氧化硅、氧化铝在细渣中富集,并以铝硅酸盐形式存在;三氧化二铁、碳在粗渣中富集,其中碳以单质碳和碳酸盐形式存在;氯、镁含量较低但分布均匀,铝硅分布集中,铝硫分布集中且铝硫颗粒主要嵌在电石渣颗粒上。采用电石渣旋流细渣作为脱硫剂进行烟气脱硫,工业副产脱硫石膏含水率为13.20%,石膏中二水硫酸钙质量分数为90.01%。该研究可为电石渣资源化利用提供参考和借鉴。

关键词：湿法电石渣旋流分离杂质赋存脱硫石膏

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六水硝酸镁-硝酸锂共晶盐/膨胀石墨复合相变材料的制备及性能强化

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储能科学与技术 2022年第1期11卷 30-37页

作者：次恩达王会李晓卿张英张振迎李建强华北理工大学建筑工程学院河北唐山063210 中国科学院过程工程研究所战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心中国科学院绿色过程与工程重点实验室北京100190 北京科技大学材料科学与工程学院北京科技大学新材料技术研究院北京100083

采用熔融共混法在六水硝酸镁中掺入不同质量分数的硝酸锂成功制备了六水硝酸镁-硝酸锂共晶相变材料。六水硝酸镁-硝酸锂共晶盐的共晶点在质量比85∶15附近。利用差示扫描量热仪得到了共晶相变材料的相变温度为72.46℃,相变潜热为193.7 k... 详细信息

采用熔融共混法在六水硝酸镁中掺入不同质量分数的硝酸锂成功制备了六水硝酸镁-硝酸锂共晶相变材料。六水硝酸镁-硝酸锂共晶盐的共晶点在质量比85∶15附近。利用差示扫描量热仪得到了共晶相变材料的相变温度为72.46℃,相变潜热为193.7 kJ/kg,通过步冷曲线测得共晶盐的放热平台明显且过冷度小于1.5℃,X射线衍射测试表明共晶盐中六水硝酸镁和硝酸锂并未发生化学反应。经过数次冷热循环,共晶盐的相变温度变化小且未出现相分离现象,稳定性较好。由于共晶相变材料的吸光能力弱,采用添加膨胀石墨来提高共晶相变材料的光热性能。本工作获得的相变材料具有合适的相变温度以及较高的潜热值,解决了六水硝酸镁的相变温度与供热末端温区不匹配的问题,并且具有较好的光吸收能力,可作为建筑采暖末端为散热器的太阳能清洁供暖系统等领域的候选材料。

关键词：相变材料六水硝酸镁硝酸锂膨胀石墨

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