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“工业与城市生态”研究梯队简介
发布时间:2011-5-22    立即打印    

梯队负责人苍大强 教授

梯队成员:苍大强李 宏白皓,李宏煦,李素芹王丽华宗燕兵,杨丽蕴,彭魁,李宇,李彬赵立华李远

梯队简介:

中国冶金工业发展在不同阶段会遇到了不同问题,目前中国冶金工业遇到的最大问题已经从产量不足到品种-质量欠佳,又到了目前的资源不够-能效不高-环境恶化-并引发交通紧张等现象。为解决这些问题,必须用新的理念和新方法来解决钢铁工业从钢铁大国向钢铁强国发展面临的环境、能效、资源利用等新问题。

主要研究方向:

1)工业生态: 1) 冶金二次资源高附加值跨行业循环技术; 2) 冶金一次能源高效利用和难回收二次能源的回收利用; 3)冶金企业的物-能高效循环利用系统设计; 4)污染物“源头治理”和“过程治理”技术开发以及污染物的资源化技术5) 生物冶金:一次二次矿物资源的生态化生物冶金;重金属污染水源的生物吸附;金属微纳米材料的生物制备;  6)"节能低污染型冶金技术开发":从工艺、原料和设备等源头和过程等环节开发新意代冶金节能减排技术。

2)城市生态1)运用循环经济、城市规划和景观生态原理,设计和评价城乡规划;2)设计工业城市物-能循环利用和污染最小化技术开发;3)运用遥感、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)等结合模型模拟,研究人类影响对城乡生态环境的变化以及科学的城市设计方法。

主要思路

冶金工业的清洁生产、节能减排和资源综合利用已经讲了和干了几十年,还有什么更好的方法继续深入节能减排?本梯队的基本思路有2点:1)从局部节能减排、系统节能减排到了现在的跨行业节能减排和资源循环利用阶段:为避免将本来是一个整体并密切联系的冶金流程—资源能源环境系统被分割研究造成的效率不够高和治理不彻底现象,本梯队重点开发冶金系统一体化节能减排和钢铁工业二次资源高附加值利用循环技术,并注意以冶金工业为中心的跨行业循环利用,已经取得了一定成果(见成果部分)。2)注意开发“源头治理”和“过程治理”节能减排技术,不光研究“末端治理”的技术(如烧结过程固硫和新一代冶金反应器的开发等)。

本梯队上述研究方向和思路与科技部长万钢提出的要求是一致的(见2007年武汉:全国节能减排科技大会万钢发言)。

梯队特点:

1) 注意创新技术和急需技术的开发:如“源头治理技术和“跨行业资源交叉循环利用冶金副产品(固体废弃物)”,已经获得了一些意想不到的环境治理和能源利用效果,并开发出了高附加值产品,如冶金+陶瓷+水泥+社会废弃物等跨行业废弃物制备高附加值产品,外场技术、节能纳米材料、新型冶金反应器的开发和计算机能耗诊断模型等。

2) 注意科研基地建设及与工业界的密切合作,由于校内试验室空间问题和一些大型或高温试验很难进行,先后在广东佛山和汕头,山东济南,江苏常熟、贵州贵阳和河北秦皇岛等地建立了试验基地,开发节能减排实用技术,有的已经在工业中利用。与钢铁企业合作的研发机构和方式已经在讨论中。

代表性研究内容或成果简介:

1)冶金节能

1) 合作开发的新型纳米微米节能材料已经在国内104座高炉热风炉和几百座轧钢加热炉以及锅炉上应用,先后获得国家工商联首届科技进步一等奖,山东省科技进步一等奖,冶金科技进步三等奖和济南科技发明一等奖等。

         图1.无喷涂节能材料的传热面          图喷涂节能材料的传热面

      图新节能材料和基体结合微观结构图  新老材料辐射率随坡长变化规律

2) 国家863项目:节能节水长寿高炉铜冷却壁开发,设计和建设了世界第一套11有实时计算机数据采集系统的高炉冷却壁试验台,已经占有国内市场的大部分,并在国外多个国家应用该技术,先后获得国家科技进步二等奖,北京市科技进步一等奖,冶金科技进步一等奖等。

        图大型高效冷却设备试验系统(带计算机数据采集系统)

3) 为宝钢开发了钢铁企业节能潜力诊断模型,通过了宝钢专家验收,并提出了具体的节能技术措施。该模型正推广中。

4) 气候变化和CDM跨行业的研究成果(经济发展中地区的新能源开发)(根据合作规定暂不对外)。

2)生物冶金

1) 硫化矿生物冶金(国家自然基金和973),完成了硫化矿生物氧化电化学过程机理与矿物生物氧化动力学;生物与矿物相互作用过程多因素强关联作用机理与相关理论;研究了堆浸生物反应器过程动力学,一些结果已应用在矿山.

2) 生物吸附脱除:依托国家自然基金等项目,成功分离培养了微生物脱除了矿物资源钙镁脉石矿物.

3) 电子垃圾金属废弃资源的生物提取:研究了印刷电路板PCB中铜等金属的生物辅助浸出技术,已取得的新进展.

4) 生物法制备金属微纳米材料:研究应用生物法合成金属微纳米材料,制备了微纳米磁性铁材料。

3)跨行业副产品交叉循环利用新产品

高强度节能陶瓷,是跨行业废弃物制备高附加值的产品,已经由广东省和香港重点项目资助,在广东佛山研制成功。目前又正在研究利用社会其他废弃物和工业废弃物混合的新的高附加值产品,如工业陶瓷、功能陶瓷、微晶玻璃和生态材料等。本技术对低聚合度物料采用“过程改质”的方法,通过成分改质、冷却速度和胶凝活性控制,改变了材料结构状态转变的过程,并发现了熔渣的分相结构(见图12),根据分相形成判据,可以优化熔渣类工业副产品形成过程,获得具有高活性的新产品

图1 高炉渣冷却速度与胶凝活性关系示意图     图2  熔渣类工业副产品过程改质实验                                         

高强度清洁陶瓷产品:用不锈钢渣(铬渣)制备高强度陶瓷的研究表明:掺入约50%的不锈钢渣,可降低烧成温度150oC, 节约单位燃耗近20%,显著缩短烧成时间;铬渣陶瓷产品(如图3所示)强度提高一倍,并具有良好的环保性能:有害成分铬、铅、镉等被玻璃体封闭,浸出率达到国家标准,其中浸出铬仅 25.17mg/kg,固化率为97.5%,其他排放指标也达到国家标准。

3  不锈钢渣掺量约50%的高性能瓷质玻化产品(样品规格:600*600mm);a)样品断面图;b)样品平整度

提高钢渣易磨性,较少破碎能耗的研究表明:加入适当的改质剂,钢渣易磨性可提高1~3倍,可以节约大量物料破碎能耗和磨耗材料,其安定性全部合格,胶凝活性系数提高1倍以上;转炉钢渣过程改质的工业化实验过程如图4所示;细化渣粒还提高了产品的性能和附加值。

(4) 环保新技术:

高温除尘技术(可用于高于1000oC的环境除尘)

这是国家科技部鼓励研究的项目,该技术已经完成原理性试验和扩大规模的试验室试验,取得了99%高温除尘效果。已经和合作企业在确定工业试验的方案。

 * 难处理极细颗粒的去处技术(气溶胶凝并技术)

已经完成了国家自然科学基金项目研究,并正在考虑用于冶金和汽车排放领域。

 * 污水处理新技术:

1)钢铁工业污水处理与回用技术,如制氧、高炉煤气洗涤水、炼钢、连铸及轧钢含油浊环水的处理与回用技术已实现工业化应用;

2)开发了高效新型绿色水处理药剂,高附加值吸附材料,城市污泥高附加值回用,冶金工业废弃物在水处理技术中的应用等;

3)数字化水网技术和水夹点技术及相关水处理技术的集成,实现钢铁企业用水的“最小化”;

5)钢渣在海洋中的生态利用

该课题研究已经研制出许多有益结果(见发表的论文和研究生学位论文),对钢渣在海洋和其他非冶金行业中的利用打下了很好的基础。

(6) 钢铁工业循环经济系统设计:与清华大学合作为本钢设计了循环经济系统,为宝钢设计了湛江钢铁基地循环经济系统,为邯郸市设计了部分工业的循环经济系统,设计了承德滦县铁矿区的循环经济系统。

(7) 城市生态研究成果

为北京市规划了十一五城市生态发展规划;

在贵州为城市和农村沼气利用后的温室气体减排效果,用地球卫星定位系统(GIS)进行了定量研究,已经通过国家发改委气候办和联合国的审查。

为首钢曹妃甸钢铁基地周边的城市经济和生态发展完成了一个发展规划。

(8) 景观与全球变化研究

中美、中俄国际合作项目。研究以高分辨率遥感影像和GIS为基础,研究在快速工业化过程中人类活动对全球环境变化的影响。研究成果:得到了全球和中国人类活动景观分布图(图5,图6):

全球人类活动景观分布图        图中国人口密集的乡村景观分布图

研究了中俄东北亚森林生态系统的分布格局及其碳储量等全球变化的关键问题。该研究项目在美国《Science》杂志、Discovery 频道有专题报道,并有多篇论文发表,引起国内外广泛关注。

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