赤铁矿磁化焙烧过程中生物质热解气化特性研究

晋国杰, 孙永升, 曹越. 赤铁矿磁化焙烧过程中生物质热解气化特性研究[J]. 矿产保护与利用, 2023, 43(3): 67-74. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.03.007
引用本文: 晋国杰, 孙永升, 曹越. 赤铁矿磁化焙烧过程中生物质热解气化特性研究[J]. 矿产保护与利用, 2023, 43(3): 67-74. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.03.007
JIN Guojie, SUN Yongsheng, CAO Yue. Study on Characteristics of Biomass Pyrolysis Gasification During Magnetization Roasting of Hematite[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2023, 43(3): 67-74. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.03.007
Citation: JIN Guojie, SUN Yongsheng, CAO Yue. Study on Characteristics of Biomass Pyrolysis Gasification During Magnetization Roasting of Hematite[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2023, 43(3): 67-74. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.03.007

赤铁矿磁化焙烧过程中生物质热解气化特性研究

  • 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(52022019)
详细信息
    作者简介: 晋国杰(1998—),男,硕士,主要从事难选铁矿石的高效利用; 孙永升(1986—),男,博士,教授,博士生导师,国家优秀青年科学基金获得者,东北大学资源与土木工程学院矿物工程系主任,辽宁省颗粒学会理事,中国硅酸盐学会矿物材料分会青年理事,《中南大学学报(英文版)》《International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials》《International Journal of Mining Science and Technology》等SCI期刊青年编委,主要从事难选矿产资源清洁高效利用研究
    通讯作者: 孙永升(1986—),男,博士,教授,博士生导师,主要从事难选矿产资源清洁高效利用研究
  • 中图分类号: TD951.1;TD925+.7

Study on Characteristics of Biomass Pyrolysis Gasification During Magnetization Roasting of Hematite

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    Corresponding author: SUN Yongsheng
  • 磁化焙烧工艺是处理复杂难选铁矿石有效的途径之一,但其生产过程中需要能源和还原剂,而生物质作为一种清洁能源,可热解出CO、CO2、CH4和H2,其中的CO、CH4和H2可在铁矿石磁化焙烧的过程中作为还原剂使用,实现清洁生产。以玉米秸秆和赤铁矿为原料,研究了在磁化焙烧过程中秸秆型生物质的热解气化特性。利用气体成分分析仪和TG−FTIR,分析了不同条件下秸秆的裂解产物。气体成分分析结果表明,在焙烧温度700 ℃、N2流量300 mL/min和秸秆与赤铁矿质量配比1∶3的磁化焙烧条件下,COx的生成量达到了最大,为277.45 mL,此时秸秆热解效果最佳。TG−FTIR分析结果表明,赤铁矿的存在未改变秸秆热解产物的种类,但改变了产物的释放特性和生成量;在800 ℃以上的磁化焙烧过程中,DTG曲线出现了第二个失重峰,说明磁化焙烧过程中秸秆热解的反应速率大大加快。

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  • 图 1  赤铁矿XRD分析图谱

    Figure 1. 

    图 2  磁化焙烧热解系统

    Figure 2. 

    图 3  赤铁矿用量对气体含量的影响

    Figure 3. 

    图 4  赤铁矿用量对气体生成量的影响

    Figure 4. 

    图 5  温度对气体含量的影响

    Figure 5. 

    图 6  磁化焙烧过程中温度对气体含量的影响

    Figure 6. 

    图 7  温度对气体生成量的影响(a为磁化焙烧过程,b为秸秆热解)

    Figure 7. 

    图 8  N2流量对气体生成量的影响

    Figure 8. 

    图 9  秸秆热解的TG和DTG曲线

    Figure 9. 

    图 10  秸秆热解的三维红外光谱图

    Figure 10. 

    图 11  磁化焙烧系统中秸秆热解的三维红外光谱图

    Figure 11. 

    表 1  赤铁矿化学成分分析结果

    Table 1.  Chemical composition analysis results of the samples

    成分TFeFeOSiO2Al2O3CaOMgOMnTiO2SP
    含量/%67.340.880.800.380.050.240.130.047<0.010.04
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    表 2  赤铁矿铁物相分析结果

    Table 2.  Iron phase analysis results of the samples

    铁物相磁性铁
    中铁
    碳酸铁
    中铁
    赤铁矿
    中铁
    硫化铁
    中铁
    硅酸铁
    中铁
    全铁
    含量/%1.800.0664.930.080.6767.54
    分布率/%2.670.0896.130.120.09100.00
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    表 3  秸秆成分分析结果

    Table 3.  Results of industrial analysis of straw

    水分/%灰分/%挥发分/%固定碳/%热值/(kJ·g−1)
    5.571.3777.5215.5416.84
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    表 4  秸秆元素分析结果

    Table 4.  Results of elemental analysis of straw

    元素CHONPS
    含量/%41.825.6048.61.250.0340.07
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    表 5  秸秆组分分析结果

    Table 5.  Results of composition analysis of straw

    组分纤维素半纤维素木质素其他
    含量/%40.9128.575.4824.92
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出版历程
收稿日期:  2023-04-17
刊出日期:  2023-06-15

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