【正文】 木材、林業(yè)廢棄物和農(nóng)作物廢棄物是目前可供高爐利用的生物質(zhì)能源，模擬計(jì)算表明由于生物質(zhì)發(fā)熱量低、氧含量高，煉鐵時(shí)理論燃燒溫度降低、生產(chǎn)率下降、換比較低，因此生物質(zhì)在使用前需要進(jìn)行炭化處理。生物質(zhì)中含有大量的木質(zhì)素和纖維素，破碎難度大，目前的沒(méi)有專門針對(duì)生物質(zhì)大規(guī)模生產(chǎn)的破碎設(shè)備，為此生物質(zhì)的高效低成本破碎是一直存在的問(wèn)題。爐內(nèi)木材保留表層炭化層，再一層一層向中心發(fā)展，直到全部炭化。目前可以生產(chǎn)出蜂窩煤、煤球、炭棒和燒烤炭等五種產(chǎn)品。環(huán)保節(jié)能型社會(huì)的建設(shè)離不開這些節(jié)能技術(shù)與產(chǎn)品，再加上國(guó)家相關(guān)行業(yè)政策的支持與資助，這些在農(nóng)村遍地都是的生物質(zhì)轉(zhuǎn)眼間成了人們眼中的寶貝，財(cái)富。投資小利潤(rùn)豐厚：在煤炭?jī)r(jià)格大幅上漲的今天，投資秸稈煤技術(shù)辦廠，市場(chǎng)廣闊，不愁銷路，有著豐厚的利潤(rùn)回報(bào)。木炭燃燒對(duì)氧濃度的要求低于煤粉，有利于提高噴吹量。焦炭的反應(yīng)性與焦炭塊度、氣孔結(jié)構(gòu)、光學(xué)組織、比表面積、灰分的成分有關(guān)。生物質(zhì)能在煉鐵工藝中可起到重要的輔助作用，具體應(yīng)用方式如下:（1）用于焦?fàn)t煉焦[16]。（4）用于非高爐煉鐵。當(dāng)配煤中添加木炭比例小于2%，并適量增大木炭粒徑（~）可保持焦炭的CSR和CRI。另外在非煉焦煤中配入35%~40%的蜜糖，可生產(chǎn)出機(jī)械強(qiáng)度適宜的鑄造焦。在無(wú)煙煤粉中加入秸稈粉體能改善無(wú)煙煤的燃燒性能，有利于煤的完全燃燒，提高煤的燃燒率。生物質(zhì)焦的可再生、碳中性、低硫、低氮的特點(diǎn)，有助于緩解化石能源消耗危機(jī)，減少COSO2和NOx的排放。據(jù)統(tǒng)計(jì)2012年我國(guó)粗鋼年產(chǎn)量為717百萬(wàn)噸，種植產(chǎn)量為30噸/公頃/年時(shí)，717百萬(wàn)噸/年的鋼材所需的種植面積為約33百萬(wàn)公頃，當(dāng)種植產(chǎn)量10噸/公頃/年時(shí)，增到了約110百萬(wàn)公頃，而在進(jìn)行良好管理種植林平均產(chǎn)量也僅為15噸/公頃/年，需要約90百萬(wàn)公頃種植面積。未來(lái)生物質(zhì)能的利用空間巨大。迄今為比，在發(fā)展中國(guó)家中只有中國(guó)、巴西和印度等國(guó)開展了第二代生物燃料技術(shù)的研究，并準(zhǔn)備建設(shè)工業(yè)裝置。20世紀(jì)后期，全世界每年廢棄生物質(zhì)的可利用潛在總能量為42EJ，其中農(nóng)業(yè)15EJ、林業(yè)22EJ,。②提高生物質(zhì)原料產(chǎn)量主要取決于兩方面因素:一是農(nóng)林業(yè)廢棄物的其他用途和流向，二是可供種植能源作物的土地面積（包括過(guò)剩的耕地、貧瘩和退化的土地）。結(jié)果顯示，比高爐焦炭煉鐵的CO2排放1552kg/t鐵水減少了96%。與其他化石碳一樣，燃燒生物碳也要排放CO2。已有兩方面的研究成果可用于傳統(tǒng)煉鐵工業(yè)，并在不久的將來(lái)投入工業(yè)生產(chǎn)。否則，生物質(zhì)煉鐵的GHG排放會(huì)高出預(yù)期值。估計(jì)木炭年產(chǎn)量要接近600萬(wàn)t，才可以滿足加拿大生物質(zhì)煉鐵的需要，即木炭的生產(chǎn)能力需要擴(kuò)大1000倍。使用二氧化碳的捕集和封存技術(shù)（CCS）可從高爐爐頂煤氣或直接還原工藝中脫除CO2；使用可再生或含氫能源亦可減少CO2的排放；通過(guò)高爐風(fēng)口噴吹生物質(zhì)、木炭和廢塑料也可代替煤粉等化石還原劑，從而減少CO2排放。受其自然條件的影響，生物質(zhì)的使用對(duì)巴西和澳大利亞更具吸引力。中國(guó)國(guó)土面積960 x 104km2， x l08 km2（約83x108畝），其中大部分為永久草地和牧場(chǎng)，可耕地面積約為25 x l08畝，適合種植糧食油料作物的耕地面積約占可耕地面積的70%左右（18x 108畝）。 2010年我國(guó)木材產(chǎn)量為7284 x 104m3。我國(guó)擁有大片荒漠地區(qū)，地理位置獨(dú)特，氣候、環(huán)境和土壤條件也適合發(fā)展生物能源作物。如果按照2015年開始試種能源作物考慮，2020年前后可收獲產(chǎn)品，預(yù)計(jì)2022年可投入生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)主要使用儀器包括SX410型箱式電阻爐和分析天平。放入國(guó)標(biāo)長(zhǎng)方形陶瓷坩堝中，在815℃下對(duì)樣品進(jìn)行2h高溫灼燒，以殘留物占樣品總質(zhì)量的百分比作為樣品的灰分含量數(shù)值。其中木炭的固定碳含量最高，%；陽(yáng)泉無(wú)煙煤的固定碳含量次之，%；而碳化秸稈纖維的固定碳含量最低，%。生物質(zhì)粉體具有的網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)，有利于氧的擴(kuò)散，并利于揮發(fā)分的析出和分解速度的提高，進(jìn)而可以提高燃料與礦石反應(yīng)的速率。通過(guò)熱重分析儀得到的TG曲線與實(shí)驗(yàn)前所設(shè)定的升溫速度、反應(yīng)氣氛種類和流量、樣品的重量、樣品本身的性質(zhì)和樣品的粒度大小等有關(guān)。由圖可見，碳化秸稈在200℃的質(zhì)量沒(méi)有明顯的變化，溫度逐漸上升，200~580℃左右是碳化秸稈的反應(yīng)階段，TG曲線開始下降，發(fā)生了劇烈反應(yīng)。從圖中可以看出，碳化秸稈與赤鐵礦在200℃以前并無(wú)明顯反應(yīng)，處于升溫狀態(tài)200℃~500℃左右是碳化秸稈與赤鐵礦的反應(yīng)階段，TG曲線開始下滑，發(fā)生了劇烈的反應(yīng)。從圖中可以看出，陽(yáng)泉煤與赤鐵礦在200℃以前并無(wú)明顯反應(yīng)，處于升溫狀200℃~600℃左右是陽(yáng)泉煤與赤鐵礦的反應(yīng)階段，TG曲線開始下滑，發(fā)生了劇烈的反應(yīng)。而CH3或CH的官能團(tuán)比OH穩(wěn)定，但比CC較為活潑。而其中碳化秸稈在3300cm1的吸收峰形狀最高，其它兩種還原劑在這一位置的吸收峰較為平緩，所以碳化秸稈的揮發(fā)分較低切燃燒性較好。，然后在瑪瑙研缽中研磨10min，使兩者充分混合。木炭與赤鐵礦的反應(yīng)速率比陽(yáng)泉與赤鐵礦反應(yīng)的速率要高，但陽(yáng)泉煤與赤鐵礦的反應(yīng)比木炭與赤鐵礦的反應(yīng)進(jìn)行的徹底。從圖中可以看出，木炭與赤鐵礦在150℃以前并無(wú)明顯反應(yīng)，處于升溫狀態(tài)150℃~550℃左右是木炭與赤鐵礦的反應(yīng)階段，TG曲線開始下滑，發(fā)生了劇烈的反應(yīng)。通過(guò)圖中陽(yáng)泉煤和生物質(zhì)的TG曲線可以看出生物質(zhì)的開始反應(yīng)溫度明顯比陽(yáng)泉煤低，生物質(zhì)大都在200℃~400℃，陽(yáng)泉煤的開始反應(yīng)溫度接近450℃，這是由于生物質(zhì)主要由半纖維素，纖維素和木質(zhì)素組成，半纖維素在150~350℃就開始發(fā)生反應(yīng)，所以生物質(zhì)的開始反應(yīng)溫度比較低。鐵礦粉選用赤鐵礦，其主要化學(xué)成分如表1所示。其原理是在設(shè)定好的程序下溫度逐漸增加時(shí)得到溫度與質(zhì)量的關(guān)系，通過(guò)對(duì)記錄的熱重曲線（TG）進(jìn)行分析，得到的樣品的熱分解溫度，熱分解產(chǎn)物和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)等，而樣品的質(zhì)量變化與溫度的關(guān)系曲線即為DTG曲線。對(duì)碳化玉米秸稈、木炭、陽(yáng)泉煤粉通過(guò)掃描電鏡進(jìn)行形貌觀察，采用的掃描電鏡型號(hào)為JSM6480LV掃描電鏡。加熱中可適當(dāng)選擇開啟爐門2~3次，可使樣品完全燃燒。坩堝及架子剛剛放入后電阻爐的溫度會(huì)有所下降，如果三分鐘內(nèi)溫度沒(méi)有升到900℃則實(shí)驗(yàn)失敗。而何作麻院士則認(rèn)為“”。中國(guó)的中遠(yuǎn)期生物質(zhì)資源可用量采取以下方法預(yù)測(cè):①收集技術(shù)文獻(xiàn)中的中國(guó)生物質(zhì)資源量數(shù)據(jù)。我國(guó)專用能源作物的生產(chǎn)尚處于發(fā)展、試種初期，目前以發(fā)展麻瘋樹等木本油料作物為主，用于生產(chǎn)生物柴油。山于不確定因素較多，預(yù)測(cè)資源量也較困難，按照秸稈收率和耕地面積計(jì)算的秸稈總產(chǎn)量為8 x 108t。可以肯定，未來(lái)生物質(zhì)煉鐵一定會(huì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，可大幅度降低鋼鐵工業(yè)的溫室氣體排放。試驗(yàn)高爐容積為474m3。要實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)煉鐵GHG低排放，必須保證生物質(zhì)煉鐵消耗的生物碳來(lái)源于可再生資源。為了維持原生生物質(zhì)的穩(wěn)定供應(yīng)，必須協(xié)調(diào)相關(guān)很多工業(yè)部門及政策制定者，方可保持生物質(zhì)煉鐵的環(huán)境效益。作為工藝開發(fā)的第一步是從碳生命周期對(duì)未來(lái)生物質(zhì)煉鐵工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)。加拿大生物資源非常豐富。與1990年相比，到2008年止，加拿大鋼鐵工業(yè)的能耗和GHG排放已分別降低了24%和17%。⑤在水資源匱乏地區(qū)種植能源作物可能使產(chǎn)量降低，還可能影響下游耕地用水，在此類土地上種植耐干旱能源作物將有助于解決地區(qū)的水資源平衡問(wèn)題。從本世紀(jì)初研究者們對(duì)2050年的估計(jì)來(lái)看，除個(gè)別悲觀者以外，生物質(zhì)資源量的最低值基本在200~400EJ/a之間，最高值在400~1500EJ/a之間。②什么是發(fā)展中國(guó)家發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的最佳技術(shù)路線（生物質(zhì)用作生物燃料原料或發(fā)電燃料）?對(duì)于大多數(shù)發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)，目前急需解決的問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)電氣化和改用清潔的炊事用燃料（尤其是在農(nóng)村），發(fā)展第二代生物燃料技術(shù)不應(yīng)作為優(yōu)先選項(xiàng)。目前全世界約有27億人口（非洲、東南亞等發(fā)展中國(guó)家的農(nóng)村）仍然在使用傳統(tǒng)生物質(zhì)廢棄物（木材、薪炭、農(nóng)業(yè)秸稈和牲畜糞便等）作為炊事和取暖用燃料，生物質(zhì)資源的傳統(tǒng)利用方式不僅熱效率低（僅約10%）、浪費(fèi)能源，還會(huì)造成空氣污染、危害人民健康。我國(guó)農(nóng)林廢棄物利用技術(shù)裝備的產(chǎn)業(yè)化水平低，生物質(zhì)燃料供應(yīng)市場(chǎng)化尚未形成，政府的主導(dǎo)作用對(duì)高爐噴吹農(nóng)林廢棄物技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要，歐洲生物質(zhì)能利用經(jīng)驗(yàn)值得借鑒，歐洲國(guó)家制定了許多促進(jìn)生物質(zhì)能開發(fā)和利用的政策法規(guī)，減少或者減免開發(fā)利用生物質(zhì)能的生產(chǎn)企業(yè)稅收或者增加補(bǔ)助。生物質(zhì)焦一般是多孔結(jié)構(gòu)，其孔隙率、孔容積和比表面積都較高；生物質(zhì)焦的燃燒性、反應(yīng)性等特性明顯好于煤炭。其中，生物質(zhì)經(jīng)熱解處理所得固體產(chǎn)物—生物質(zhì)焦在煉鐵工藝中應(yīng)用前景較大。高爐煉鐵需要消耗大量化石燃料，同時(shí)排放大量CO2等溫室氣體，減輕環(huán)境負(fù)荷是我國(guó)高爐在21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。焦?fàn)t試驗(yàn)也證實(shí)了當(dāng)生物質(zhì)添加量在2%~4%[29]時(shí)會(huì)降低配煤中硫分、灰分，但不影響焦炭的機(jī)械強(qiáng)度。、磁化鐵礦鐵礦石的磁化焙燒技術(shù)中最成熟并已工業(yè)化的是氣基或煤基還原焙燒法，其中氣基還原[19]，[20~22]系數(shù)最高時(shí)焙燒溫度均在800~1400℃℃，還原度達(dá)90%.煤直接還原鐵礦石，產(chǎn)品質(zhì)量取決于煤的品質(zhì)、焙燒溫度和時(shí)間等[21]，適宜的焙燒溫度在1250~1275℃之間，時(shí)間為15 [22]和灰分含量對(duì)礦石還原度影響頗大，煤基還原對(duì)煤的要求很高，且時(shí)間長(zhǎng)、能耗大、煤的灰分主要是A12O3和SiO2等，溫度過(guò)高，極易使FeO與A12O3, SiO2反應(yīng)生成新的低熔點(diǎn)復(fù)雜化合物，%3%[23]，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不良影響.生物質(zhì)不僅是可再生綠色能源，且分布廣泛、廉價(jià)易得、資源豐富，生物質(zhì)廢棄物的總量相當(dāng)于我國(guó)煤炭年開采量的50%，[24].生物質(zhì)焙燒不僅透氣性好、還原均勻，還可以防止還原過(guò)程中的粘結(jié)，其灰分低，也有利于磁選回收鐵，最重要的是生物質(zhì)在低溫（600℃左右）就可使礦物快速還原，探討生物質(zhì)還原磁化鐵礦石對(duì)節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)及改善生態(tài)環(huán)境都具有非常重大的意義.煉鐵工業(yè)中關(guān)于生物質(zhì)的研究大多集中在生物質(zhì)作為高爐添加劑在爐內(nèi)與焦炭共同燃燒，或者通過(guò)生物質(zhì)熱解獲得液體、氣體燃料。將生物質(zhì)能用于鐵礦石燒結(jié)配料，或能代替部分焦粉，從而可降低燒結(jié)過(guò)程中SO2,NO2等污染物的排放。熱解溫度升高可以顯著增加揮發(fā)物質(zhì)的釋放和多孔構(gòu)造的發(fā)展。