氮氧化物(NOx)是破坏我国大气重要污染物之一,会造成酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等众多环境问题,其中煤炭的燃烧会生成大量NOx。目前,主流的以氨为还原剂的烟气脱硝方法选择性催化还原技术(SCR)发展得日趋成熟,但氨逃逸、铵盐堵塞等问题仍然存在。而CO也是一种良好的脱硝还原剂,利用CO还原NO近些年受到广泛关注与研究。包头白云鄂博稀土尾矿是包钢选矿剩余的尾矿,虽然品味低,但仍含有较多的稀土元素和过渡金属元素,是一种含铁、铈的复合氧化物,近些年已被研究出具有催化CO还原NO效果。然而CO还原NO是一种非选择性催化还原反应,遇氧后脱硝率骤降。研究发现一定浓度的氧会促进煤焦还原脱硝,这样的特点让煤焦还原脱硝技术具备应有氧环境下的优势。但是,煤焦还原脱硝过程中会生成大量CO对环境造成二次污染。因此,本文以半焦还原脱硝技术及CO催化还原NO为背景,稀土尾矿为研究对象,提出一种烟气脱硝新思路:半焦-稀土尾矿联合脱硝。旨在达到高脱硝、低CO生成技术指标以及尾矿综合利用目的。本工作首先研究了温度、O₂、CO₂、SO₂对半焦脱硝的影响。其次,针对半焦脱硝的不足进行了半焦与尾矿联合脱硝性能研究,考察了半焦与稀土尾矿联合脱硝以及半焦与磁选尾矿(稀土尾矿经磁选后得到的尾矿)的脱硝效果及CO生成情况。最后,通过XRD、XPS、EDS、H₂-TPR、矿物定量分析等手段对尾矿进行表征,对尾矿从晶相、元素价态、嵌布关系、氧化还原能力、成分含量等展开全面分析。主要结论如下:(1)半焦-尾矿联合脱硝脱硝效率和抑制CO生成效果均明显优于半焦脱硝。半焦-磁选尾矿联合脱硝在有氧条件下,500℃开始即可达到90%以上脱硝率;半焦-磁选尾矿联合脱硝在有氧条件下,SO₂、CO₂分别引入情况下,脱硝效率得到进一步提升,其中引入SO₂提升脱硝效果优于引入CO₂,500℃时脱硝率可长时间稳定在98%以上,且基本实现CO的零生成。半焦-尾矿联合脱硝这种分级处理方式达到了高抗氧性、高脱硝性、CO超低生成的技术目的。(2)XRD表明,尾矿中氟碳铈矿(CeCO₃F)和黄铁矿(FeS₂)会受热分解,其中,黄铁矿(FeS₂)热解形成的Fe²⁺铁随着反应的进行逐步变成Fe₂O₃,加快Fe²⁺向Fe³⁺转变,促进还原脱硝反应进行。XPS表明,磁选尾矿脱硝活性以及抑制CO生成效果优于稀土尾矿原因:磁选尾矿Ce³⁺比重更高,较高比重Ce³⁺可以促进氧空位形成以及NO的分解;磁选尾矿Fe²⁺比重更高,说明磁选尾矿还原能力更强;磁选尾矿表面吸附氧比重更高,表面吸附氧可以促进CO的氧化以及NO的化学吸附。(3)尾矿中矿相组分众多,矿相间连生关系错综复杂。H₂-TPR表明,尾矿中主要活性矿相为氟碳铈矿、独居石、赤铁矿以及黄铁矿;尾矿中矿相间存在协同催化作用,并且这种协同作用是有利于催化脱硝。对不同反应阶段尾矿进行XPS表征发现,尾矿中Fe、Ce、O元素含量在整个脱硝反应过程中形成闭合的循环,说明尾矿脱硝遵循氧传递理论;表面吸附氧会参与反应中,Fe²⁺、Ce³⁺在反应中比重会升高,加快晶格氧与表面吸附氧迁移速率,促进催化反应进行。