超低排放燃煤机组Se、Hg在固相产物中的赋存形态和浸出特性研究

煤燃烧会产生大量污染物,研究燃煤固相产物中有害痕量元素的含量分布和赋存形态具有深远意义。本文依托Se和Hg两种元素,探讨了其在燃煤电厂超低排放机组固相产物中的含量分布、结合形态及浸出特性。结果表明,飞灰中Se含量高于底渣;底渣中Se和Hg的主要存在形态为较为稳定的残渣态,4#机组底渣中残渣态含量最低;飞灰中Se和Hg的主要存在形态为可氧化态;四台机组底渣和飞灰中Se和Hg浸出量均低于《危险废物鉴别标准–浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)规定排放限值;4#机组飞灰中Se对环境的潜在风险更低,Hg在底渣和飞灰中的浸出量几乎为0,不存在浸出风险。     

粉煤灰地聚合物固封Cr3+的FTIR和XPS研究

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱分析(XPS)研究了粉煤灰地聚合物固封Cr3 的机理。含Cr的污泥由人工合成,主要成分是Cr(OH)3。浸出试验采用ICP-AES方法,测试了固封Cr3 前后,粉煤灰地聚合物中Al和Si的浸出量;研究结果表明,掺入含Cr的污泥后,粉煤灰地聚合物中Si和Al元素的浸出量较不掺污泥时减少了,且浸出Si元素减少的幅度比浸出Al元素降低的幅度要大。FTIR结果显示,Cr3 的掺入削弱了粉煤灰地聚合物主峰的强度,增加了Si—O—Si和Al—O—Si的振动波数;XPS测试结果表明,O(1s),Si(2p)和Cr(2p)的结合能都有不同程度的改变,而Al(2p)的结合能几乎没有发生变化;结果揭示Cr3 参与了粉煤灰地聚合物中硅酸结构的聚合,粉煤灰地聚合物固封Cr3 ,不仅仅只是物理性的包裹作用,而且主要是化学反应的结果。     

刚玉床料对高钠煤循环流化床气化中钠迁移转化的影响

选择刚玉作为床料,利用循环流化床对天池木垒煤进行了气化实验研究,研究了刚玉对失流的抑制作用、矿物元素在不同粒径颗粒中分布以及煤中Na经过气化反应后的迁移转化规律。研究结果表明,以刚玉作为床料会降低底渣表面包覆层黏性,避免颗粒聚团导致失流;在刚玉诱导下,煤中Al、Si、Ca、Fe、Na和Mg等绝大多数矿物质元素在底渣和循环灰中富集,并导致物料粒径不断增大;935℃床温下(以刚玉为床料),天池木垒煤中Na在底渣、飞灰和煤气中的分布率分别为39.6%、45.4%和15%,相对于以石英砂为床料的情形,刚玉有效抑制了Na的挥发,降低了尾部沾污发生的机率;在刚玉作用下,固留在底渣中的Na主要以NaAl_(11)17、NaAlSi_2O_6和NaAlSi_3O_8等形式存在,并且刚玉与煤中矿物质元素反应生成的物质具有较高的熔点,避免低温共熔现象发生。     

垃圾焚烧飞灰中砷的赋存形态研究

为实现垃圾焚烧过程中砷的释放控制,本文采集了六个地区两种炉型垃圾焚烧电厂的飞灰,通过分析飞灰中砷的赋存形态,阐释了垃圾焚烧过程中砷的迁移转化机理。结果表明,飞灰中砷总量存在一定的地域性差异,且炉排炉飞灰中砷含量高于流化床飞灰。飞灰中的As(Ⅲ)极少(0.34%~9.56%),大部分砷在高温焚烧过程中与Ca、Fe、Al等元素化合物发生交互反应以As(Ⅴ)存在于飞灰中,此外,少量砷被硅铝酸盐固化在飞灰基质中.     

Si/Al/Na/Ca对准东煤灰熔融特性的影响

采用Factsage软件计算分析了Si/Al/Na/Ca对准东煤灰熔融特性的影响,结果发现:准东煤灰中Si02主要起助熔作用,流动温度随SiO_2含量增加而降低.当Al_2O_3含量低于12%时,流动温度随Al_2O_3含量增加而降低;当Al_2O_3含量大于15%时,流动温度随Al_2O_3含量增加而升高.Na_2O对流动温度的影响与灰中其他组分有关,总体而言,Na_2O起助熔作用.SiO_2/Al_2O_3质量比小于3.0的准东煤灰中,当CaO含量小于30%时,流动温度随CaO含量增加而降低;当CaO含量大于30%时,流动温度随CaO含量增加而升高。     

元素钾、硅和铝在PM10的形态与分布研究

通过对平顶山烟煤在沉降炉内的燃烧试验,结合热力学平衡计算分析,研究了三种选定的矿物质成灰元素钾、硅和铝在可吸入颗粒物中的形态与分布.燃烧试验条件为煤粉粒径小于63 μm,燃烧温度在1400℃,炉内燃烧气氛为空气气氛.试验采用低压撞击器(LPI)按不同粒径大小从0.03～10 μm共分为13级,分别采集燃烧后的可吸入颗粒物.并采用热力学平衡计算分析方法研究了氧化性气氛中元素钾、硅和铝的化学形态和物理相.试验和计算结果显示钾元素主要以K单质的形式气化,大部分以K2SO4、KCl、K2HPO4的形式存在于亚微米颗粒中,极少量以KAlSi2O6相存在于PM1.0-10中;极少量Si和Al元素分别以SiO和OAlOH及A1OH的形式气化,以固相SiO2和Al2O3存在于亚微米颗粒中,而大部分则以SiO2和A16Si2O13的形式存在于PM1.0-10中.     

标准加入ICP-AES法测定铬酸钠中杂质元素

采用ICP-AES法同时测定工业铬酸钠溶液中微量Al,Ca,Fe,Mg,Si杂质元素。针对测定过程中存在的基体干扰、谱线干扰等问题,通过实验确定了铬酸钠中微量的Al,Ca,Fe,Mg,Si的分析测试谱线:Al 167.079nm,Ca 393.366nm,Fe 259.940nm,Mg 279.533nm,Si 251.61nm。实验用优级纯HCl将待测溶液调为酸性,消除工业铬酸钠溶液酸度不稳定引起的测定误差,采用标准加入法消除基体干扰,探讨了Al,Ca,Fe,Mg,Si等五种微量组分检测方法标准曲线线性相关性、检出限、精密度以及回收率等分析指标,详细研究了在选定分析谱线下,标准加入法对铬酸钠溶液中Al,Ca,Fe,Mg,Si等微量杂质含量测定结果的准确性的影响。结果表明标准曲线呈线性关系(R2=0.998 8~0.999 6之间),五种元素检出限在(0.013 4~0.028 0)mg·L-1之间,11次测量标准偏差小于5.86%,回收率在97.30%~107.50%之间。实验建立的分析方法的检出限、精密度、准确度均能满足分析测试要求;方法实用性强,已经成功用于离子膜电解法中铬酸钠原料液微量离子检测;利用铬酸钠、重铬酸钠和重铬酸酐与溶液酸度的关系,实验建立的分析方法还可拓展于重铬酸钠及铬酐甚至其他六价铬产品中Al,Ca,Fe,Mg,Si杂质离子的检测,同时也可以扩展到上述样品中其他杂质元素的测定。     

磁控共溅射低温制备多晶硅薄膜及其特性研究

多晶硅在光电子器件领域具有较为重要的用途。利用磁控溅射镀膜系统,通过共溅射技术在玻璃衬底上制备了非晶硅铝(α-Si/Al)复合膜,将Al原子团包覆在α-Si基质中,膜中的Al含量可通过Al和Si的溅射功率比来调节。复合膜于N₂气氛中进行350 ℃,10 min快速退火处理,制备出了多晶硅薄膜。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪和紫外-可见光-近红外分光光度计对多晶硅薄膜的性能进行表征,研究了Al含量对多晶硅薄膜性能的影响。结果表明：共溅射法制备的α-Si/Al复合膜在低温光热退火下晶化为晶粒分布均匀的多晶硅薄膜;随着膜中Al含量逐渐增加,多晶硅薄膜的晶化率、晶粒尺寸逐渐增加,带隙则逐渐降低;Al/Si溅射功率比为0.1时可获得纳米晶硅薄膜,Al/Si溅射功率比为0.3时得到晶化率较高的多晶硅薄膜,通过Al含量的调节可实现多晶硅薄膜的晶化率、晶粒尺寸及带隙的可控。     

ICP-OES分析低钙粉煤灰在NaOH溶液中离子浸出规律

低钙粉煤灰潜在的火山灰活性释放缓慢限制了其大规模利用,通过碱激发提高粉煤灰中Si4+,Al3+和Ca2+等离子浸出率对于加快低钙粉煤灰活性释放具有积极作用。采用电感耦合等离子体发射光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和扫描电子显微镜分别测试和分析了5种浓度NaOH溶液对低钙粉煤灰激发过程中Si4+,Al3+和Ca2+的浸出规律、化学基团变化、水化产物生成及微观形貌演化。结果表明：碱激发作用显著提高了低钙粉煤灰中Si4+,Al3+和Ca2+浸出率,三种离子浸出率大小为：Si4+＞Al3+＞Ca2+,其中Si4+和Al3+浸出率随NaOH浓度增加而增加,随浸出时间延长呈对数规律升高;Ca2+由于在NaOH溶液中生成Ca(OH)₂沉淀,其浸出率大小表现为在水中高,在NaOH溶液中低。红外光谱清晰地表征出低钙粉煤灰受碱激发作用后化学基团在指纹区(波数1 300 cm-1以下)的变化,且随碱激发时间的延长和碱浓度的增加变化愈加明显。水化产物和微观形貌的结果显示出粉煤灰颗粒表面受到碱侵蚀发生解聚,在OH-催化下,硅铝单体分子重新排列形成硅酸盐和铝酸盐低聚络合物,通过亲核取代反应形成铝硅酸盐的低聚态溶胶,并进一步与碱金属阳离子通过配位键或静电键的作用缩聚形成水化凝胶类产物。采用ICP-OES测试粉煤灰中离子浸出率可作为评价粉煤灰火山灰活性的一种快速和准确的方法。     

镓铝双质掺杂提高晶闸管性能的机理研究

依据Ga,A1在Si和SiO2中的扩散行为和特性,采用SiO2/Si系统,利用磁控装置精确控制Ga掺杂量,实现镓铝双质掺杂在同一扩散炉中经一次高温连续完成.该项掺杂技术能实现Si中的高均匀掺杂,扩散参数具有良好的重复性和一致性,可获得较理想的杂质浓度分布.Ga,Al与Si的共价半径相接近,高温后又采取缓慢降温等措施,能明显减少晶格缺陷,提高少子寿命,降低压降.研究了受主双质掺杂与晶闸管参数之间的关系,并对镓铝双质掺杂提高晶闸管性能的机理进行了深入的分析与讨论.研究表明,镓铝双质受主掺杂有利于提高晶闸管的耐压水平和浪涌能力,能明显改善电流特性、触发特性和动态特性,优于其他受主掺杂技术.     

O2/N2与O2/CO2条件下燃煤颗粒物的生成特性研究

将煤粉在O2/N2与O2/CO2条件下进行沉降炉燃烧实验,研究了燃煤颗粒物的质量粒径分布、生成浓度以及元素组成特性.研究结果表明,燃煤颗粒物均呈三模态粒径分布,气氛的改变不影响各模态的分布趋势.相同O2含量条件下,与O2/N2气氛相比,O2/CO2气氛中PM10和PM1的生成浓度均降低,PM1易挥发元素Na、K、S的含量升高,而难熔元素Si、Al、Mg、Ca、Fe的含量降低.随着O2浓度的增加,O2/N2燃烧气氛下PM10和PM1的生成浓度逐渐增加,O2/CO2燃烧气氛下PM10的生成浓度增加,而PM1的生成浓度先减小后增加.     

煤中多元素同时分析的湿法消化法及其利用

采用高压消化罐法消化样品,采用正交试验设计实验方案,用ICP-AES测定了原煤、飞灰和底灰中的铝、钾、钙、镁、锰、锌、铜、钛、钡、硒、锶、铈、锡、铬、砷、铊16种元素的含量,方法回收率在93.5%-109.3%之间,相对标准偏差均小于2.31%.方法简单,快速,准确性好,实现了多元素同时测定.测量结果表明,煤燃烧后的底灰、飞灰中微量金属元素普遍得到了富集,底灰、飞灰中的常量元素基本在土壤标准的正常范围,而有毒微量元素As、Cr超标.     

城市垃圾与煤混烧的灰渣中重金属的特性分析

在0.15MWt循环流化床燃烧试验台上进行了城市垃圾与煤混烧试验,对焚烧后的灰渣中重金属的特性进行了研究。研究结果显示,重金属在焚烧产物中通常以不同的化合物形态存在,改变垃圾与煤混烧时的燃烧工况条件,可以改变重金属的化合物形态,从而改变重金属在灰渣中的分布;灰渣中重金属的浸出毒性低于危险废物浸出毒性鉴别标准中的限定值。     

不同来源煤灰激光诱导击穿光谱测量特性对比研究

飞灰含碳量的定量分析需要不同含碳量梯度的飞灰样品作为定标之用。通常做法是用煤粉按照快速灰化法的要求灼烧得到不同含碳量的灰样,用于定标分析。但是这与实际锅炉飞灰的成分存在一定差异,需要对光谱特性的差异进行研究来指导实际定标工作。因此,对比了快速灰化法制备的不同含碳量的煤灰样品与锅炉飞灰在特征谱线强度、等离子温度等等离子光谱特征方面的差异。实验证明快速灰化法制备的煤灰样品的Fe,Mg和Al谱线强度强于锅炉飞灰样品,飞灰等离子温度低于所制备的煤灰样品的等离子体温度,这可能是不同处理过程的物理化学特性差异造成的。用主成分分析法考察了导致光谱差异的主要原因,认为Fe,Mg,Al和Si等元素是导致二者在光谱特性差异的主要因素,这可能因为实验室内按照快速灰化法进行制样的飞灰相应矿物质组成不同所导致的。在用灼烧后的煤灰定标未燃碳时,应注意由于成灰过程不同所造成的Fe,Mg,Al和Si等元素含量和形态不同所带来的影响。     

Si掺杂Al2O3电子结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理对纯Al2O3和Si掺杂的Si 0.167Al0.833O1.5, Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系的能带结构、态密度进行了计算分析. 结果发现：随着Si在Al2O3晶体中所占比例的增加,体系能隙变小,在Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系中能隙已降到2.5eV,表明该体系为半导体材料;而在掺杂的体系中有数条分散的能带穿过了费米能级,即可以预测该掺杂体系有特别的光电性质;同时对比纯Al2O3和Si掺杂的Si 0.167Al0.833O1.5, Si 0.25Al0.75O1.5晶体体系的总态密度,发现掺杂体系的价带和导带向低能区域移动.     

Si掺杂Al_2O_3电子结构的第一性原理计算

本文采用第一性原理对纯Al2O3和Si掺杂的Si0.167Al0.833O1.5,Si0.25Al0.75O1.5晶体体系的能带结构、态密度进行了计算分析.结果发现:随着Si在Al2O3晶体中所占比例的增加,体系能隙变小,在Si0.25Al0.75O1.5晶体体系中能隙已降到2.5 e V,表明该体系为半导体材料;而在掺杂的体系中有数条分散的能带穿过了费米能级,即可以预测该掺杂体系有特别的光电性质;同时对比纯Al2O3和Si掺杂的Si0.167Al0.833O1.5,Si0.25Al0.75O1.5晶体体系的总态密度,发现掺杂体系的价带和导带向低能区域移动.     

古交飞灰不同粒径颗粒的XRD及FTIR研究

我国每年产生大量的粉煤灰,不同粒径的粉煤灰在处置利用方面存在较大差异。为探究不同粒径粉煤灰物质组成及结构的差异,选取古交飞灰为研究对象,将其筛分成8个粒度级别,运用X射线衍射(XRD)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征。结果表明:XRD图谱显示古交飞灰主要物质组成为非晶相玻璃体(61.93%～74.76%),莫来石(20.45%～29.59%)与少量石英(1.23%～5.64%)。随着粒径的增加,莫来石含量降低,石英含量先增加后降低,而玻璃体呈现整体上升的趋势。FTIR图谱显示Si—O(Si, Al)反对称伸缩振动峰为主要化学键(58.86%～67.39%),其次为Si—O—(Si)弯曲振动(15.28%～21.40%), Si—O—Si对称伸缩振动(6.18%～9.67%), Si—O—(Al)对称伸缩振动(0.79%～4.02%)。随着粒径的增加, Si—O(Si, Al)反对称伸缩振动相对增加, Si—O—(Si)弯曲振动降低,而Si—O—Si对称伸缩振动与Si—O—(Al)对称伸缩振动波有明显变化规律。FTIR中Si—O(Si, Al)反对称伸缩振动峰主要为飞灰中的玻璃体的吸收峰,其相对含量随着粒度的增加而增加与XRD定量所得玻璃体含量变化趋势整体一致。464 cm~(-1)附近石英的Si—O—(Si)弯曲振动, 1 090 cm~(-1)附近石英的Si—O—Si反对称伸缩振动相对含量的变化趋势与XRD定量所得石英百分含量的结果基本一致。不同粒飞灰中莫来石556 cm~(-1)处强吸收峰的相对含量(y)与XRD计算所得莫来石含量(x%)呈线性关系:y=0.396x-1.997,R~2=0.868。     

矿化剂对铝酸钙粉的结构与光谱性能的影响

研究了矿化剂对制备铝酸钙粉的结构与性能的影响.研究中以铝矾土和石灰石为原料,加入一定量的矿化剂,混合均匀,经高温煅烧制得铝酸钙粉.借助于红外光谱、X射线粉末衍射、差热-热重分析等手段对不同原料的铝酸钙粉的结构、组成及性能进行了表征和研究,并对矿化剂在合成铝酸钙中的矿化机理进行探讨.研究表明:加入矿化剂后,可在更低温度条件下煅烧制备出铝酸钙粉,有利于节能减排.红外光谱分析、XRD分析、DTA-TG分析显示:未加矿化剂煅烧时,生成的产物主要是Ca3Al10O18,CaAl2Si2O8.加入矿化剂后煅烧生成的产物主要是易浸出Al2O3的CaAl3BO7和Ca3Al10O18,而不易浸出Al2O3的CaAl2Si2O8的含量大大降低.同时显示,加入矿化剂后,原料中的方解石(CaCO3)分解更容易;CaCO3与铝矾土反应更充分;更有利于促使铝矾土中的Al-Si键断裂,将铝矾土中的Al释放出来;并可降低铝酸钙的煅烧温度.研究还显示:加入矿化剂后,可以改变原产物的晶体结构与成分,有利于降低煅烧反应温度.     

准东煤灰沉积与无机元素迁徙特性研究

本文在一维沉降炉实验系统中进行准东煤燃烧实验,在沉降炉底部不同烟气温度处采用沉积取样探针收集灰样,采用低压撞击器(DLPI)与水冷稀释取样探针收集微细颗粒物,并采用扫描电镜(SEM)与X射线能谱仪(EDS)对灰样及细颗粒物进行分析获得准东煤燃烧过程中灰沉积特性与微细颗粒物形成机理,进而得到Na、Ca及S的迁移规律及其在结渣过程中所起作用。结果表明,准东煤中Na、Ca一共分为两类,一部分Na、Ca与硅铝结合形成硅铝酸盐,在燃烧过程中不可气化;剩余含Na、Ca化合物释放到烟气中并与S结合形成气相Na2SO4与CaSO4。随着烟气温度降低,Na、Ca的硫酸盐一部分在灰颗粒表面凝结,一部分形成气溶胶颗粒直接释放到大气中或发生团聚黏附在灰颗粒表面。     

污泥中重金属的形态分析及其可浸出性

以自来水厂和污水处理厂的污泥为研究对象,采用Tessier五步法和火焰原子吸收光谱法研究污泥中重金属（Zn、Cu、Cd、Ni、Mn）含量、形态分布以及可浸出性。结果发现,在自来水厂污泥和污水处理厂污泥中重金属总量大小依次为Zn〉Mn〉Ni〉Cu〉Cd,Zn〉Mn〉Cu〉Ni〉Cd,污泥中Zn含量最高,为448.17mg.kg-1;Cd含量最低,为27.17mg.kg-1,超过国家标准,限制了污泥的农用。Tessier形态分析结果表明,污泥中Zn、Cu、Cd主要以稳定态存在;Mn主要以有效态存在,潜在的迁移性和植物毒性最值得关注;Cu浸出率最高,为14.8%,Zn浸出率最低,为0.11%,因此浸出率不仅与金属和污泥的特性有关,而且金属在污泥中赋存的化学形态对其可浸出性也有重要的影响。