基于压力场-剪切力场-温度场耦合作用的不锈钢渣熔融改质新工艺的基础研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51704068
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0415.资源循环利用
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Stainless steel slag is classified as a hazardous waste, because some toxic Cr-bearing substances could be released from it causing harm to the human being and living organisms. Therefore, a pollution-free disposal for stainless steel slag before it be discharged to the environment or be reused as a secondary resource is of greatest importance. Spinel, one of the major phases in stainless steel slag, is confirmed to be the most suitable phase for stabilizing chromium since its excellent stability even in harsh conditions. A considerable amount of research has been devoted on promoting the chromium migration to the stable spinel, but some key issues remain unsolved. The Cr-bearing spinel crystals grow slowly and randomly distribute in the matrix, which is unfavorable for the chromium stabilization and the subsequent Cr-bearing spinel recycling. By investigating the research achievements of the geochemistry, genetic mineralogy, and experimental petrology on the metallogenic mechanisms of natural chromite, a novel pressure field-shear stress field-temperature field coupled melting modification method is proposed and will be intensively studied in this project to promote the crystallization and aggregation behaviors of the Cr-bearing spinel crystals. A series of melting modification tests will be carried out under various pressure, shear stress and temperature conditions, and the variation on phase, structure, and chemical composition will be determined using diversified detection means and analytical methods. The multi-field coupling effects on the nucleation and growth behaviors of Cr-bearing spinel crystals will be illuminated, and their movement and aggregation mechanism induced by the shear stress will be clarified. Moreover, the structural evolution of the melt during the melting modification process and the resulting property changes will be revealed. Based on these findings, the mutual relations between the modification conditions, silicate structure, physicochemical properties of melt, and crystallization behavior of Cr-bearing spinel can be disclosed, and Cr-bearing spinel aggregates with a large grain size is expected to be formed by the multi-field coupled melting modification treatment. For the purpose of recycling chromium resource from modified slags, an extraction study for Cr-bearing spinel will be carried out using modern beneficiation technologies, and a toxicity evaluation on the tailings will be performed. The expected research achievements are to provide a theoretical foundation and a technical support for the improvement of the pollution-free disposal and the comprehensive utilization of stainless steel slag.
不锈钢渣是不锈钢冶炼过程中产生的含铬废渣,直接排放会造成严重的资源浪费和环境污染。采用熔融改质工艺可将不锈钢渣中的铬富集在稳定的尖晶石相中,有效降低铬的氧化溶出风险。然而铬尖晶石生长缓慢、分布弥散,极大影响了铬的稳定化效率和铬尖晶石的选择性分离能力。为解决此难题,本项目借鉴地球化学、成因矿物学和实验岩石学相关成果,开展基于压力场-剪切力场-温度场耦合作用的不锈钢渣熔融改质实验研究,解析单一/复合外场作用下铬尖晶石的形核、生长机理,探讨剪切力诱导作用下的尖晶石运动、聚集机制,研究改质条件-熔体结构-理化性质-结晶行为的内在关系,探索有利于大尺寸尖晶石聚集体形成的熔融改质方法,以实现铬尖晶石的强化生长与区域富集。本项目还将采用现代选矿工艺对铬尖晶石进行分离提取,评价提铬尾渣中铬的稳定化水平,形成基于铬资源高效回收的不锈钢渣处理新方法。项目的顺利实施对于我国钢铁工业的绿色发展具有重要的推动作用。

结项摘要

不锈钢渣是一种典型的高污染含铬固体废弃物,其无害化处理与资源化利用的根本难题在于提升铬的稳定化水平。如何实现铬元素在尖晶石相中的快速定向富集是解决此问题的关键所在。本项目基于地球化学、成因矿物学和实验岩石学相关成果,将外场作用引入到高温不锈钢渣的熔融改质过程,开展了基于多场协同耦合作用的熔融改质实验研究。通过研究,阐明了外场作用下铬尖晶石的形核、生长机理,构建了尖晶石的结晶动力学模型,揭示了剪切力诱导作用下的尖晶石运动、聚集机制,明确了外场作用对熔体结构的影响行为,建立了改质条件—熔体结构—理化性质—结晶行为的内在关系,形成了有利于大尺寸尖晶石聚集体形成的不锈钢渣熔融改质新方法,实现了铬元素的定向富集与尖晶石晶体的强化生长。对改质渣中铬的溶出风险进行了综合分析,提出了基于铬强稳定化控制的不锈钢渣综合利用新方法,为不锈钢渣污染的源头阻断与高水平资源化利用奠定了理论基础。项目执行期内,发表了SCI论文20篇,申请了国家发明专利4项(已授权1项),培养了研究生5人。在此基础上,进一步挖掘与凝练出了新的科学问题,形成了面向不锈钢渣铬污染控制与其碳捕集应用的矿相结晶行为精确调控新思路,申请并成功获批了2020年国家自然科学基金面上项目。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(4)
Preparation of Cu-Cr alloy powder by heat mechanical alloying and Box-Behnken design based optimization
热机械合金化制备Cu-Cr合金粉末及基于Box-Behnken设计的优化
  • DOI:
    10.1016/j.powtec.2017.08.039
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Powder Technology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Qing Zhao;Zhongbao Shao;Qichao Leng;Xundi Zhang;Chengjun Liu;Baokuan Li;Maofa Jiang
  • 通讯作者:
    Maofa Jiang
Recovery of calcium and magnesium bearing phases from iron- and steelmaking slag for CO2 sequestration
从炼铁和炼钢炉渣中回收含钙和镁相以封存二氧化碳
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Process Safety and Environmental Protection
  • 影响因子:
    7.8
  • 作者:
    Qing Zhao;Jingyu Li;Kaiwen You;Chengjun Liu
  • 通讯作者:
    Chengjun Liu
A facile ultrasound assisted high temperature ball milling synthesis of LiFePO4/graphene with enhanced electrochemical performance
超声辅助高温球磨合成具有增强电化学性能的 LiFePO4/石墨烯
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2018.08.061
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Xuetian Li;Zhongbao Shao;Kuiren Liu;Qing Zhao;Guangfu Liu;Binshi Xu
  • 通讯作者:
    Binshi Xu
Co-treatment of Waste From Steelmaking Processes: Steel Slag-Based Carbon Capture and Storage by Mineralization.
炼钢过程废物的协同处理:基于钢渣的碳捕获和矿化储存
  • DOI:
    10.3389/fchem.2020.571504
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Frontiers in chemistry
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Zhao Q;Chu X;Mei X;Meng Q;Li J;Liu C;Saxén H;Zevenhoven R
  • 通讯作者:
    Zevenhoven R
Effects of Tween 80 dispersant on LiFePO4/C cathode material prepared by sonochemical high-temperature ball milling method
Tween 80分散剂对声化学高温球磨法制备LiFePO4/C正极材料的影响
  • DOI:
    10.1007/s11581-019-03078-2
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
    Ionics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Qing Zhao;Xuetian Li;Zhongbao Shao;Chengjun Liu;Ron Zevenhoven
  • 通讯作者:
    Ron Zevenhoven

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其他文献

大麻素受体激动剂WIN55,212-2联合金诺芬对人肝癌细胞HepG2增殖与凋亡的影响
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  • 通讯作者:
    赵青

其他文献

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赵青的其他基金

基于多场耦合强化和余热高效利用的钢渣矿化-固碳-制材综合调控
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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