含锌电炉粉尘钙化碳热还原焙烧实验

这是一篇冶金工程领域的论文。为强化含锌电炉粉尘中锌和铁资源的有效分离与回收,并降低碳还原剂消耗,提出以电炉粉尘制备高碱度炉料进行钙化碳热还原焙烧的思路和方法。采用热力学计算和实验研究相结合,分析电炉粉尘钙化碳热还原焙烧过程中主要物相转变规律,探究其钙化碳热还原反应行为和路径。结果表明,当碳氧摩尔比nc/no<0.6和温度低于1000℃时,ZnFe_(2)O_(4)还原生成Fe_(0.85-x)Zn_(x)O,抑制锌的还原和挥发。而添加CaO均能将ZnFe_(2)O_(4)和Fe_(0.85-x)Zn_(x)O钙化生成Ca_(2)Fe_(2)O_(5),Ca_(2)Fe_(2)O_(5)会被进一步还原。当温度低于1100℃及nc/no<1.0时,含锌电炉粉尘钙化碳热还原焙烧反应路径为:ZnFe_(2)O_(4)+CaO→Ca_(2)Fe_(2)O_(5)+ZnO→Ca_(2)Fe_(2)O_(5)+Zn(g)和Fe_(0.85-x)Zn_(x)O+CaO→Ca_(2)Fe_(2)O_(5)+ZnO+FeO→Ca_(2)Fe_(2)O_(5)+Fe+Zn(g)。这两种反应均能促进锌的释放。在nc/no为0.4~1.2,焙烧温度为1000~1100℃,CaO能促进锌的挥发,钙化碳热还原焙烧nc/no=1.0时的脱锌率与碳热还原焙烧nc/no=1.2时接近,均在90%左右。因此,钙化碳热还原焙烧可降低碳还原剂消耗,节约能耗。

铁浴条件下电炉粉尘球团的熔融与分离行为

为了提高对含锌电弧炉粉尘(EAFD)的利用效率,实验研究EAFD球团在铁浴条件下的还原熔化行为。定义铁液滴球形度作为判断其凝聚的标准,然后探讨铁液滴直径和球形度之间随时间变化的关系。根据实验最终建立EAFD颗粒的熔化和分离行为。结果表明,在铁浴条件下,EAFD球团的Zn去除率在5.0 min时达到99%以上,但在15.0 min时金属渣分离还没有完成。由于成分的波动,在EAFD球团中形成几个区域的液态渣,然后液态渣不断增加,直到球团完全熔化。球形度>65%、直径>500μm的Fe液滴的数量随着时间的推移而减少,大直径的Fe液滴先完成分离。渣铁分离过程如下:在布朗运动下Fe液滴在渣中形成,之后Fe液滴直径在马兰戈尼效应下增加,Fe液滴在渣中下降速度符合斯托克斯定律。

电炉粉尘含碳球团熔态还原特性及其机理

炼钢过程中产生的电炉粉尘属于有害固体废弃物,同时含有较多的铁、锌等有价元素。目前,钢厂处理电炉粉尘普遍存在脱锌率低、二次粉尘利用率不高等问题。对电炉粉尘含碳球团进行熔融还原实验,主要考察了熔炼温度,熔炼时间和熔渣成分对锌脱除率和渣金分离效果的影响。结果表明,提高熔炼温度、延长熔炼时间均有利于熔融过程中的锌的挥发和铁液滴的凝聚,从而促进渣金分离;熔渣碱度在1.2~1.8时,脱锌率变化趋势平稳,对渣金分离效果影响较小。根据实验结果确定了较优工艺参数:还原温度1 550℃、碳氧比(C/O,摩尔比)为1.0、还原时间10~20 min、熔渣碱度1.2,该条件下脱锌率可达99.9%以上,渣金两相分离完全。

含锌电炉粉尘配碳球团的冶金特性

以某钢铁公司含锌电炉粉尘为原料,配入适当的无烟煤制成含碳球团,焙烧球团通过还原煤保护冷却至室温后进行化学分析·研究了1150℃～1300℃的范围内,温度、时间和内配煤量对锌、铁的还原速率以及球团抗压强度的影响·研究结果表明:锌、铁的还原率均随焙烧温度、焙烧时间以及内配煤量的增加而提高;抗压强度随焙烧温度、焙烧时间的增加而增高,但随内配煤量的增加出现极值点·焙烧球团最佳的工艺参数:焙烧时间为15min,内配煤量为13 04%,焙烧温度为1250℃·此时锌的还原率为98 43%,金属化率为94 51%,抗压强度为800 6N/球·

含碳球团还原法处理含锌电炉粉尘的试验分析

为综合利用含锌电炉粉尘，提出运用含碳球团的还原处理方法，并进行了扩大性试验，得到了还原焙烧法的合理工艺条件。试验表明：配碳的碳氧比C／O=1．2、还原温度1150℃、料层厚度30mm、加热时间65min可取得较好的效果；还原后的球团为半金属化球团，其w（TFe）为50％左右，金属化率60％～70％，球团的残Zn含量在2％以下，是较好的高炉原料；Zn的还原挥发率达到90％左右，收集粉中ZnO含量在90％左右；PbO含量在2％以下，已达到等级氧化锌的标准，实现了含锌电炉粉尘的无害化和资源化利用。

含锌电炉粉尘的造球特性

为了充分利用某钢铁公司含锌电炉粉尘中的锌、铁及碳等有价元素,在实验室条件下考察了水分、造球时间、内配煤量对生球强度的影响以期获得最佳工艺参数,并为球团用于工业生产提供基本数据.试验结果表明适宜的水分为8 4%～10%,适宜的造球时间为30min,内配煤量对生球强度影响很小.

电炉粉尘高效利用的实验室研究

电炉炉尘中富含Fe、Zn、Pb等元素,简单地将这些炉尘倾倒野外或填埋处理,由于粉尘中Pb等有毒元素会被雨水浸出,严重污染水土资源.而直接返回高炉炼铁,Zn在高炉内氧化富集则会缩短炉衬寿命、堵塞煤气管道.为减少电炉粉尘对环境的污染,实现其高效利用,采用含碳球团焙烧还原法处理该类粉尘.通过考察温度、时间等工艺因数的影响,得到了焙烧还原法合理工艺条件:碳过量系数为0.8～0.9、还原温度1 150℃、还原时间50 min.还原后的球团为半金属化球团,其全铁含量为67%左右,最高达69.8%;金属铁含量为63%左右,最高达66.5%;单个球强度在6 kN左右;收集所得氧化锌粉含ZnO 80%左右,初步实现了电炉粉尘的高效利用.

含锌电炉粉尘处理的扩大性实验

分析研究了运用配碳球团的直接还原技术处理的电炉粉尘，并完成了实验室扩大性实验；得到了还原焙烧法的合理工艺条件，即碳过量系数为1．2，还原温度为1150℃，料层厚30mm，加热时间60min。还原后的球团为半金属化球团，其ω（TFe）为50％左右，最高可达54．7N；金属化率60％～70％，最高可达88％；收集的粉尘含氧化锌达90％以上，球团中锌的还原挥发率大于90％，说明用配碳球团的直接还原技术处理含锌电炉粉尘是成功的。

微波碳热还原含锌铅电炉粉尘

利用含锌铅电炉粉尘、焦炭、无烟煤和烟煤吸收微波能力强的特点,采用微波加热方法对配碳电炉粉尘进行碳热还原。结果表明,选用粒度为-0.096 mm的无烟煤为还原剂,在碳氧比为0.9、还原温度为1 100℃、保温时间为15 min的条件下,还原产物中铁的金属化率可达90.33%,蒸发脱锌率为96.26%,脱铅率为88.89%。

用固体碳及CO/CO_2还原电炉粉尘中氧化锌的研究

用化学试剂和实际电炉粉尘作试样，考察了利用固体碳和CO／CO2进行氧化锌还原的各种影响因素。研究发现，与固-固还原反应相比，气-固还原反应较快，但前者易受温度的影响。在CO／CO2—10，温度控制在1000-1100℃时，可保证电炉粉尘中氧化锌的顺利还原与气化分离。本研究为开发利用移动焦炭层的电炉粉尘处理新工艺提供了理论依据。

电炉粉尘循环利用造泡沫渣

在实验室中研究了电炉粉尘和煤粉加入量及温度对泡沫渣高度的影响．结果表明，在电炉渣中加入０～３０％的电炉粉尘和３％～１２％的煤粉（质量分数）时，随粉尘及煤粉加人量的增加以及温度的提高，泡沫渣的最大发泡高度增加；在加入电炉粉尘造泡沫渣过程中，随温度升高，渣中 ＺｎＯ的还原挥发速度加快，反应 ６ ｍｉｎ， Ｚｎ的挥发率大于９７％．在本实验条件下，反应 ３ｍｉｎ，渣中Ｐｂ小于０．０２％，温度对ＰｂＯ的还原挥发速度无明显影响．

电炉粉尘造泡沫渣过程中FeO的还原与炉渣发泡行为

在实验室研究了循环利用电炉粉尘造泡沫渣过程中，FeO还原速度的影响因素，同时分析了 FeO 还原速度与炉渣发泡高度的关系. 结果表明，随着粉尘和煤粉加入量增加以及反应温度提高，渣中FeO的还原速度加快；渣中FeO被固体碳还原的反应为表观一级反应；渣中FeO还原反应速率常数与泡沫渣的最大发泡高度存在很好的相关性，还原速度增加，泡沫渣的最大发泡高度也随之提高.

含锌电炉粉尘处理工艺现状及发展

对目前国内外含锌电炉粉尘的性质和处理现状进行了分析和总结。电炉粉尘传统处理工艺都有各自的局限性:填埋法处理无法利用电炉粉尘中的有价金属;钢铁厂循环利用对电炉粉尘铅锌含量要求严格,锌的富集对后续炼铁炼钢工序造成危害,并不能大规模利用;湿法处理电炉粉尘能耗小,但流程长,设备腐蚀严重,目前难以得到大规模工业应用;火法处理虽然生产效率高,操作简单,脱锌率高,原料适应性强,但污染大,能耗高,对环境污染严重。新的处理技术如微波法、真空冶金技术、铝浴熔融法虽具有脱锌率高,更环保等优势,但因设备投资大,技术不成熟等原因,目前很难在工业上得到应用。焙烧转化-分离技术具备流程短,操作简单的优势,是未来处理含锌电炉粉尘的发展方向。

含锌电炉粉尘水热法制备尖晶石型Mn-Zn铁氧体

以含锌电炉粉尘为原料,添加MnSO_(4)·H_(2)O弥补金属离子不足,采用水热法制备了尖晶石型Mn-Zn铁氧体,运用XRD、XRF、SEM-EDS和VSM技术进行了表征。结果表明:当含锌电炉粉尘与MnSO_(4)·H_(2)O质量比(R)减小时,所制备Mn-Zn铁氧体的饱和磁化强度和矫顽力均增加,晶粒尺寸减小;当水热反应温度升高时,饱和磁化强度增加,矫顽力和晶粒尺寸均减小。含锌电炉粉尘经2 mol/L NaOH溶液预处理后,所制备Mn-Zn铁氧体的磁性能大幅提升。在水热温度为220℃、R为1∶1.0的优化条件下反应6 h所制备Mn-Zn铁氧体的微观形貌为表面光滑的球状颗粒,饱和磁化强度达64.35 A·m^(2)/kg,矫顽力为1.11 A/m,晶粒尺寸为19.05 nm。

含锌电炉粉尘配碳选择性还原的实验研究

为实现含锌电炉粉尘选择性还原、有效分离铁和锌资源,采用热力学计算和实验研究相结合,分析电炉粉尘中主要物相的还原分解行为,研究配碳量、反应温度和反应时间对还原产物的影响。结果表明,含锌电炉粉尘配碳选择性还原为铁氧化物和ZnO是可行的;在582~940℃之间,可实现铁酸锌的有效分解、ZnO过还原的抑制;随着反应温度增加和反应时间延长,铁氧化物遵循逐级还原规律,配碳量对产物并未产生明显影响;当温度为950℃时,ZnO被还原为锌蒸气而挥发,导致产物中锌含量明显降低。在配碳量1/10、反应温度850℃、反应时间1 h的优化条件下,ZnFe2O4分解率约为70%。

用硫酸从电炉粉尘中浸出锌、铁试验研究

研究了用硫酸从电炉粉尘中浸出锌、铁,考察了温度、硫酸浓度、固液质量体积比及反应时间对锌、铁浸出率的影响,分析了浸出反应动力学。结果表明:在温度85℃、硫酸浓度1.0 mol/L、固液质量体积比20 g/1 L、反应时间60 min条件下,锌、铁浸出率分别为94.8%和95.68%;浸出反应符合收缩核模型,反应表观活化能分别为49.08 kJ/mol和58.00 kJ/mol,表明均受界面化学反应控制。根据线性拟合结果确定了锌、铁浸出过程半经验参数方程。

K_(2)CO_(3)活化电炉粉尘高效制备生物柴油

电炉粉尘是工业固体废弃物之一,为了提高电炉粉尘的回收利用率,以电炉粉尘为原料,通过K_(2)CO_(3)溶液湿法浸渍和高温煅烧电炉粉尘制备固体碱催化剂,并通过催化大豆油生产生物柴油。探讨了催化剂焙烧温度对生物柴油产率的影响,通过XRD、SEM以及BET方法对催化剂进行了表征。结果表明,当催化剂的焙烧温度为500℃、焙烧时间为2 h、K 2CO 3负载量为120%,且反应温度为65℃、反应时间为2 h、醇油摩尔比为15:1、催化剂用量为7 wt%时,二次循环生物柴油产率可达98.99 wt%。

高碱度电炉粉尘碳热还原动力学及反应机制

为研究高碱度电炉粉尘碳热还原反应动力学和反应机制。通过不同温度条件下含碳高碱度电炉粉尘的物相(XRD)解析其物相转变过程。采用热重分析法对不同配碳量和碱度的高碱度电炉粉尘进行热重实验,实验结果表明,配碳量和碱度能促进电炉粉尘碳热还原反应,提高碱度能降低反应所需的温度。最后,通过非等温动力学分析法对高碱度电炉粉尘进行动力学分析,基于KAS法和Coats-Redfern法,确定了主要的动力学参数,根据转化率(α)高碱度电炉粉尘碳热还原过程分为3个阶段:α=0~0.082,α=0.082~0.5和α=0.5~1.0。第1阶段,平均活化能为380.68 kJ/mol,反应由一维扩散控制。第2阶段和第3阶段的平均活化能分别为318.79 kJ/mol和264.42 kJ/mol,其反应均由化学反应控制。

电炉粉尘转底炉工艺试验、技术特征研究与应用实践

含锌等元素的电炉粉尘高效处置与资源化是钢铁工业推行绿色制造的重大课题。在总结转底炉工艺优势、分析转底炉还原反应原理的基础上,研究提出电炉粉尘转底炉工艺试验方案,开展与工艺设计密切相关的炉内还原、压球成型试验,确定最佳原料配比、还原温度、Fe金属化率、脱锌率等主要技术参数。研究得出管式炉还原试验的最佳条件为:采用1300℃的还原温度,该条件下可得试验结果为电炉粉尘含碳球团的Fe金属化率为86.2%,脱锌率接近94%;当水分添加量为3%、粘合剂添加量为0.5%时,成型球团落下强度、成型率都可满足实际生产要求。以日本朝日工业电炉粉尘转底炉处理工程为例,阐述电炉粉尘转底炉的技术特征,并开展应用实践和工业生产验证,表明转底炉系统具有稳定的作业率,能够产出高品质次氧化锌和直接还原铁(DRI)产品,对电炉粉尘及其他行业含锌处置与资源化具有重要作用和启迪意义。