利用废木料、秸秆等生物质资源来炼铁

      随着钢铁产量的剧增，冶金煤炭资源，尤其是焦煤资源日益匮乏，节约传统能源、开发新能源的需求十分迫切。钢铁行业作为CO2等温室气体的排放大户，减排任务十分艰巨。废木料、秸秆等生物质资源分布广、产量大，是唯一一种可再生的碳中性碳源，与传统化石能源相比具有巨大的经济、环保优势和社会效益。如果能将其在钢铁生产中合理应用，则对于企业的节能减排、降低成本具有重大意义。

　　但是，生物质资源通常具有可磨性差、体积密度小、能量密度低和水分含量高等缺陷，这限制了其在工业中的直接利用，因此通常需要对生物质资源进行转化处理。生物质资源经热化学转化可获得直接的热能或生物油、可燃气体和生物质焦等。生物质经碳化处理后可得到生物质焦，其可磨性大幅改善，能量密度提高，可用作高炉炉料来炼铁。废木料、秸秆等生物质的碳化过程包括水分的失去、挥发分的析出和纤维素、木质素的分解等，碳化后的残留物即为生物质焦。

　　比较近，北京科技大学用某木材厂的废白松木料，进行了生物质焦的制备试验。生物质的碳化过程大致可分为三个阶段: 首先是生物质的干燥脱水阶段(50～110℃); 其次是生物质的快速碳化阶段 (230～500℃)，生物质中的纤维素和木质素快速热解，并产生可燃气体和固体生物质焦等，比较后是碳化结束阶段。

　　试验表明，生物质的碳化主要发生在230～500℃的温度范围内，至700℃基本碳化完全，继续升温对其质量的影响不大。碳化温度500～700℃ 时，生物质焦产率下降平缓，近似呈较平坦的线性关系; 碳化温度大于700℃时，生物质焦的产率已基本不受碳化温度的影响。综合考虑生物质焦的可磨性和产率，生物质焦制备的合理碳化温度范围为500～700℃。在碳化温度定为500～700℃ 时，制备生物质焦的保温时间可以定为30 min甚至更短以提高效率。

　　由于生物质中的纤维素和木质素在碳化过程中被分解掉，利用制样机很容易将生物质焦破碎至小于50μm 的粒度。生物质焦粉的微观结构大部分呈薄片状，而煤粉则呈颗粒状。因此，生物质焦具有较高的比表面积，这保证了生物质焦有较高的反应性。生物质经碳化后其固定碳含量大大提高，甚至超过无烟煤; 生物质焦的水分含量与烟煤相近，挥发分含量比烟煤低; 生物质焦的 N、S 含量远远低于各种煤，C含量比煤高; 经碳化后生物质的氧元素含量大大降低，接近于烟煤的水平，氢元素含量在烟煤和无烟煤之间; 生物质焦的热值达到 31.48 MJ·kg-1，具有替代炼铁用煤炭资源的潜力。另外，试验还表明，生物质焦的转化率大大高于同一温度条件下煤样的转化率，且生物质焦燃点和完全转化温度均较低，即生物质焦的燃烧较快，燃烧性优于煤样。