论文部分内容阅读
高炉粉尘是钢铁企业产生的主要固体废弃物之一，其主要成分是铁和碳，并含有少量的硅、铝、钙、镁等金属氧化物，此外还含有锌、铅、碱金属等有害元素。返回烧结是目前钢铁处理高炉粉尘的主要方式，但粉尘中锌、碱金属元素在高炉内循环富集，导致高炉煤气管道堵塞、高炉结瘤炉衬破坏，高炉不能正常顺行。少数企业对高炉粉尘采用选矿或湿法处理后得到含锌的二次粉尘和含铁炉料，但工艺流程长且处理量小，回收率低。因此，开发一种能高效利用高炉粉尘中铁、碳资源，又能减轻锌对炼铁过程中危害的绿色环保工艺，对冶金二次资源的循环利用具有十分重要的现实意义。本文首先采用热力学软件Factsage的Reaction模块计算了氧化锌的还原过程，其中气氛设定为空气，配碳比(nc:nZnO)为1:1、1:1.5、1:2。结果表明：随温度的升高，氧化锌还原过程依次经过以下四个阶段：碳的氧化、布多尔反应、ZnO+C=Zn+CO及CO+ZnO=Zn+CO2；当温度高于1000℃，配碳比大于1：1.5的条件下，氧化锌才能被迅速还原完全。在实验室条件下，采用同步热分析仪，以分析纯Fe2O3、ZnO和石墨为原料，模拟研究了高炉粉尘主要成分的还原过程，并分析了其反应机理。结果表明：C同时还原ZnO、Fe2O3时，最大反应速率对应的温度为1122.8℃，介于单独还原ZnO和Fe2O3的1200.4℃和1106.2℃之间；ZnO含量增加10%，反应开始温度和最大反应速率对应的温度均滞后20℃左右，且反应过程趋于平缓，原因是反应前期生成的晶格稳定的尖晶石固溶体ZnFe2O4阻碍了反应的进行，导致ZnO和Fe2O3在还原过程中产生了相互抑制现象。在对高炉粉尘物化性能研究分析的基础上，采用井式电阻炉及XRD等设备，对某钢厂高炉粉尘造球后进行高温还原实验(为充分利用高炉粉尘中的碳，造球时配入适量的转炉尘泥)，考察了还原温度、气氛、时间及C/O对球团脱锌率和金属化率的影响。研究表明：利用高炉粉尘中的碳做还原剂效果比较好，得到了最优还原工艺条件：球团C/O为1.1、还原温度1250℃、还原时间40min。还原后可得到脱锌率大于95%、金属化率大于85%的金属化球团；各因素对球团还原效果影响的强弱顺序：温度、C/O和还原时间。气氛对粉尘还原影响差别不大，空气条件下略微低于N2和CO气氛下的还原效果。