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姚洪教授团队在能源领域国际顶级期刊上发表论文

发布日期:2021-09-22    作者:付彪     来源:     点击:

本站讯 (通讯员 付彪)2021年9月,能源领域国际顶级期刊《Progress in Energy and Combustion Science》(IF = 29.394)刊发了姚洪课题组题为“A review of rare earth elements and yttrium in coal ash: content, modes of occurrences, combustion behavior, and extraction methods”的综述论文(Volume 88,2022,100954),第一作者为博士后付彪,姚洪教授为论文通讯作者,其他合作者包括美国肯塔基大学James C. Hower教授,美国弗吉尼亚理工大学Wencai Zhang副教授,华中科技大学罗光前教授和胡红云副教授。

稀土元素是现代工业和高新技术产业发展过程中不可或缺的战略性资源,其在国防军工、航空航天、新能源、新材料、电子信息等高新技术领域广泛应用,欧洲、日本、美国等发达国家均将稀土纳入本国关键矿产发展战略规划之中。煤和煤灰是重要的潜在稀土资源来源,煤燃烧过程可使稀土元素进一步富集至煤灰,富稀土煤灰中稀土含量可达到1-3%,与传统稀土矿床品味接近(0.1-1*n%),且关键稀土占比超过大多传统稀土矿床,因此从煤灰中提取稀土资源已成为国内外广泛关注议题。

文章针对煤灰中稀土元素高效分离与提取涉及到的稀土元素含量分布、赋存形态、富集规律与高效回收方法等关键科学与技术问题,首次提出基于15个主要煤炭消费国的世界煤灰中稀土含量均值(435.45 ppm),重点剖析了中国煤灰中稀土元素的含量与空间分布特征,将我国煤灰中稀土富集区划分三个区域,估算出稀土含量的空间分布特征为:Zone I (623.5 ppm) > Zone II (430.9 ppm) > Zone III (318.6 ppm),中国富稀土煤灰中稀土储量粗略估测约为1130万吨,达到现有传统稀土矿床的25-30%(4400万吨),具有重要战略开采价值。接着,文章总结了基于多种现代能谱、波谱、质谱的煤灰中稀土元素含量与形态的分析方法,就各种分析方法在分析过程中的关键步骤、优缺点、适用范围、存在问题进行了深入分析与探讨。文章进一步根据煤灰中稀土元素岩相、矿物学及其与其他组分的伴生组合关系,定义了玻璃结合态、离散矿物态和有机结合态为煤灰中稀土的主要赋存形式,并总结了燃煤过程中煤中不同形态稀土元素在炉膛内的热分解与转化行为、在炉膛尾部烟气输运过程稀土形态转化机制。深入论述了稀土元素在燃煤电厂中迁移行为及在除尘系统不同灰中的分布与富集规律,基于高温过程和快速冷却过程煤灰硅酸盐熔体-玻璃体-矿物生成机理和稀土形态研究成果,提出并描述了燃煤过程中飞灰铝硅酸盐熔体捕虏稀土元素的两种富集机制。介绍了基于物理分选和化学湿法提取的煤灰中稀土元素提取技术研究进展,指出了各种方法的利弊、存在问题以及可能解决途径。文章最后指出当前煤灰中稀土元素提取利用研究存在的问题,并对未来研究方向进行了展望,以期为我国燃煤电厂煤灰固废资源化高值化利用提供科学参考。

姚洪教授课题组一直以来致力于固体燃料燃烧科学领域的前沿性基础研究,主要方向包括燃烧反应动力学、污染物排放及控制、固体废弃物及生物质热转化等。本研究获得国家自然科学基金(52006082),中国博士后基金(2019M662586),美国能源部(DE-FE0027167 & DE-FE0029007)以及美国国家自然科学基金(CBET-1510861)的资助支持。

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