课题基金 / 基金详情

铁锰矿低温固相法制备尖晶石型铁酸锰及其分解CO2的基础研究

批准号:
52074361
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张元波
依托单位:
学科分类:
冶金物理化学与冶金原理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张元波

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
尖晶石型铁酸盐分解CO2为碳的研究是近年来CO2减量化和资源化领域的研究热点。申请人在铁锰矿资源综合利用的前期研究中发现,还原焙烧气氛下锰、铁氧化物易发生晶格取代,生成强磁性、难还原的锰铁尖晶石,导致锰铁组分不能彻底分离和回收。本项目巧妙地利用这一特性,创新性提出“通过控制焙烧气氛和添加剂调控铁锰矿中主要组分性能,使锰、铁氧化物定向转化为强磁性的铁酸锰,而添加剂则与脉石组分优先反应生成无磁性的化合物(或可溶性盐),磁选回收高纯铁酸锰后用于分解CO2”的技术思路。系统研究不同焙烧气氛下铁锰矿中主要组分间的反应行为,查明添加剂存在时脉石组分对铁酸锰生成、结构和性能的影响规律,揭示金属离子掺杂对铁酸锰晶体结构和分解CO2性能的影响机制,最终构建铁锰矿低温固相制备锰系铁酸盐及其用于分解CO2的理论基础和技术原型。本项目的开展和实施,旨在为CO2的资源化利用和铁锰矿的增值化加工提供新途径。
英文摘要
Investigation on the decomposition of CO2 to carbon by the spinel-type ferrites has been the hotspot in the fields of CO2 emission reduction and recycling in recent years. In our previous researches, it’s found that the spinel-type manganese ferrite was easily formed due to the mutal substitution of manganese and iron oxides during the reduction roasting process of the iron-manganese (Fe-Mn) ores for the purpose of separation and recovery of iron and manganese, resulting in the incomplete separation and recovery of iron and manganese. However, the.applicant takes the advantage of this feature, and put forward an innovative approach and technical route in this proposal, in which the directional regulation of the properties of the main components in the Fe-Mn ores was firstly performed by using chemical additives during the controlled atmosphere roasting process. During the process, iron and manganese components are directionally converted into magnetic spinel-type manganese ferrites, while the impurities are superior to react with the additives to form the non-magnetic compounds (or soluble salts). Then, after the high-purity manganese ferrites are recovered by magnetic separation, they are used to decompose CO2. In current project, the reaction behaviors of the main components in the Fe-Mn ores roasted under different atmospheres are firstly investigated, and then the effects of impurity components on the formation, crystal structure and performances of the synthetic manganese ferrites are studied in the presence of additives. Afterwards, the influence mechanisms of doping metal ions in the manganese ferrites on the crystal structure and performance of CO2 decomposition are revealed. Eventually, the theoretical basis and technology scheme of the preparation of manganese ferrites from Fe-Mn ores by low-temperature solid phase reaction method and decomposion behavior of CO2 by the synthetic ferrites are established. The main purpose of this project is to provide a new route for utilizing CO2 resource as well as processing the Fe-Mn ores in a value-added way without separating iron and manganese components in advance.
尖晶石型铁酸盐是一种可将CO2还原为固体碳(C)的催化材料,然而现有铁酸盐材料的制备方法存在生产效率低、成本高、产品性能不稳定等问题,难以满足大规模工业生产要求,研究如何经济、高效、宏量制备催化性能稳定的铁酸盐材料,对践行我国“双碳”战略意义重大。本项目巧妙的利用锰、铁氧化物较低温度下易生成强磁性铁酸锰的特性,直接以储量丰富的铁锰矿为原料,开展低温固相法宏量制备用于将CO2还原为固体C的尖晶石型铁酸锰催化材料的基础及其应用研究。主要研究内容包括:不同气氛下铁锰矿中主要组分间的反应行为,添加剂对铁酸锰的生成、结构和性能影响规律,金属离子掺杂对铁酸锰晶体结构和分解CO2性能影响机制。项目执行期间,负责人及其研究团队查明了氧化、还原气氛下MnFe2O4的形成机制和固相反应过程中MnO2、Fe2O3与CaO/SiO2/Al2O3/K2O/Na2O/PbO/ZnO的化学反应行为;揭示了利用SiO2添加剂进行矿相重构过程中MnFe2O4的定向生成、杂质元素的迁移行为和调控机制;开发了基于矿相重构的铁锰矿固态焙烧-球磨-磁选制备MnFe2O4精矿新工艺,并证明了该产品(纳米级)具备优异的低温(300℃)循环催化还原CO2为C的性能;查明了Mn/Fe比例变化、Si混杂、Ca2+/Mg2+/Al3+/K+/Na+/Zn2+/Ni2+/Cu2+/Co3+掺杂对铁酸锰的晶体结构及其还原CO2性能的影响规律,并阐明了相关作用机制;此外,通过优化CO2催化还原过程动力学参数,实现了CO2向高度石墨化纳米碳的定向转化,同时证实了石墨碳沉积的多金属铁酸盐具有优异的锂离子电池电化学性能和强效电磁波吸收性能。此外,本研究还拓展了纳米铁酸锰产品在超低温烟气NH3选择性催化还原NOx领域应用的可行性,发现其具备高效(脱硝率近100%)、超低温(100-150℃)、长时间(72h后脱硝率仍高于95%)选择性脱硝活性,初步探讨了超低温条件下高效脱硝机制。本项目是“矿物-冶金-材料一体化”研究的典型案例,其不仅为铁锰矿资源的高值材料化利用提供了新途径,还为CO2的减排和高效资源化利用供了新途径。此外,本项目还为其他多金属共生矿物资源的增值加工利用提供了理论和技术借鉴。
钢铁冶金渣制备陶瓷基复合相变储能材料研究
  • 批准号:
    2021JJ30858
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    张元波
  • 依托单位:
烧结协同处置铬渣和含铁粉尘的基础和技术研究
  • 批准号:
    U1960114
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    张元波
  • 依托单位:
难处理含锡铁尾矿热化学活化焙烧分离锡铁的基础研究
  • 批准号:
    51574283
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    张元波
  • 依托单位:
以劣质煤为主要原料制备新型铁矿球团粘结剂的研究
  • 批准号:
    50804059
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    张元波
  • 依托单位:
国内基金
海外基金