钢铁研究学报

作者：张允飞¹, 马滕龙¹, 张盟², 湛文龙¹, 高立华¹, 张军红¹, 何志军¹

单位：1.辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114051;；2.冶金工业规划研究院,北京100013

关键词：高炉喷吹,水热碳化,聚氯乙烯,废纸,脱氯效率

基金：国家自然科学基金资助项目(51974154, 52474359);中国宝武低碳冶金创新基金资助项目(BWLCF202308);“兴辽英才”青年拔尖人才计划资助项目(XLYC2403206)

高炉喷吹是一种处理废弃塑料的有效方法,但废弃聚氯乙烯(PVC)氯含量高,在高炉喷吹中易结渣,从而造成设备腐蚀,导致该方法不可规模化应用。本文以废弃PVC为主要原料,将水热碳化(HTC)作为脱氯提质手段,研究废弃PVC在不同参数下制备的水热炭的性能。结果表明,当水热温度为250 ℃、pH值为5时,所制备的水热炭性能最优,脱氯效率为88.92%,固定碳质量分数提高至46.32%,高位热值提高至30.92 MJ/kg。为进一步改进工艺,引入废纸与PVC进行共水热碳化试验,发现共水热操作显著提高了脱氯效率,同时改善了水热炭的理化性能。在最佳条件下(水热温度为250 ℃,pH值为5),脱氯效率可达94.12%,与单独进行水热碳化操作相比,脱氯效率提高了5.2%,水热炭的固定碳质量分数增加了13.9%,碳质量分数提升了9.0%,高位热值提高了4.3 MJ·kg^-1,表明共水热碳化操作具有较为明显的协同效应。对扫描电镜结果分析发现,PVC经共水热碳化操作后,改善了孔隙结构,表面生成碳微球。碳微球的出现增加了比表面积和孔隙率,在高炉喷吹中应用可有效提升水热炭与煤粉的反应速率与燃烧效率。通过分析可知,共水热碳化操作可提升脱氯效率是由于废纸水热分解产生的OH^-取代PVC中的Cl^-,同时PVC消除反应生成的H⁺促进了废纸的水解,为废弃PVC的高效脱氯和资源化利用提供了新途径。

来源：2025年第11期

《钢铁研究学报》期刊编辑部

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