冶金尘泥制备掺杂型铁基载氧体的研究

发布时间：2020-10-16 12:49

　　 随着当今环境问题日益突出,实现冶金固废的资源化利用是钢铁冶金行业产业升级所面临的重要课题。作为钢铁冶炼过程产生的一种冶金固废,冶金尘泥含有大量的铁、钙等有价元素,有较高的利用价值。这类固废资源的开发利用的研究对于资源的节约和环境的保护具有极其重要的意义,是目前冶金企业技术更新的迫切需求。本课题采用酸解-共沉淀的工艺方法,将冶金尘泥中的有价元素(Fe、Ca、Mg、Al、Mn等)转移至酸解液中,通过调节pH值得到目标沉淀物,最后经过焙烧工艺得到掺杂型铁基载氧体,通过探索制备方法、产物的组织结构和载氧性能,得到冶金尘泥材料化利用的新方法。首先以冶金尘泥为原料,探究其在盐酸中的浸出规律和动力学特性,优化制备工艺参数,在此基础上,进行冶金尘泥制备掺杂型铁基载氧体的实践探索,并对产物的组织结构和载氧性能进行实验研究。具体内容和方法:以冶金尘泥与盐酸为反应物,在单因素条件下探究温度、液固比、酸浓度以及浸出时间对冶金尘泥中有价金属浸出的影响。并在此基础上,利用水热沉淀法制备掺杂型铁基载氧体(X-Fe_2O_3)前驱体,烧结后制得掺杂型铁基载氧体,实验考察掺杂型铁基载氧体(X-Fe_2O_3)、纯Fe_2O_3载氧体、以SiO_2为惰性载体的铁基载氧体(SiO_2-Fe_2O_3)、以Al_2O_3为惰性载体的铁基载氧体(Al_2O_3-Fe_2O_3)这四种载氧体的还原特性和循环特性。试验得出冶金尘泥浸出的最佳条件为:盐酸浓度5mol/L,液固比:15:1,温度80℃,浸出时间1050s时尘泥的浸出率为91%。正交试验载氧体前驱体理论浸出最优实验组合为:液固比15:1,温度90℃,硫酸浓度5mol/L,时间1050s。影响冶金尘泥中Fe-Al-Ca-Si-Mg(FACSM)体系主要金属元素浸出主次顺序为时间硫酸浓度液固比温度。在5mol/L的盐酸体系中,浸出温度为298k-353k范围内,本冶金尘泥的浸出动力学方程符合控制环节为内扩散的未反应收缩核模型,活化能为37.97k J/mol。冶金尘泥制备出的掺杂型铁基载氧体产物的形状主要由棒状、球状以及块状颗粒组成,表面并无明显的颗粒物质。温度升高颗粒的大小逐渐变小,但颗粒分布的均匀性变差随着煅烧温度的提高比表面积和平均孔径呈现先提高后降低的趋势,并且比表面积不断减少而平均孔径逐渐增大。在H_2还原的条件下,纯Fe_2O_3载氧体在一定的温度范围内还原度逐渐提高,而在较高温度范围内,还原度因为载氧体的高温烧结而有所减低。氧化铝和二氧化硅的添加以及由冶金尘泥制备的多元素微量掺杂极大地提高了还原反应第一阶段的反应速率和整体的还原度和抗烧结特性。研究结果表明,以冶金尘泥为原料制备掺杂型铁基载氧体的工艺路线是可行的,且过程可控。该方法可实现冶金尘泥中的铁以及多种微量金属元素的同时材料化,对节约自然资源、保护环境具有积极意义。同时,实验结果也为其它冶金二次资源的高附加值、精细化利用提供一种新的思路。
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X757
【部分图文】：

转炉污泥中水分含量多、颗粒粒度小，因此其具有较高的粘度和比但是其特性稳定性差，随着冶金工艺的改变而改变[6]。转炉污泥的主要为铁、钙、硅、铝和镁，它们主要以氧化物的形态存在，根据转炉冶炼用的废钢组分的不同而有所差异，部分沉泥还会含有锌和铅的氧化物等炼铁除尘灰是高炉出铁过程或者炼铁原料的运输过程中产生的粉尘，因源自于炼铁的原料系统和出铁厂，此种除尘灰中元素种类多样，主要为素并含有多种有害元素，其具有颗粒粒度较小，密度较轻的特点。以上过程如下图 1.1 所示。（a）高炉瓦斯灰与瓦斯泥

图 2.3 实验流程Figure 2.3 Experimental Technology process体的表征对冶金尘泥进行浸出-沉淀得到掺杂型铁基载氧体前驱体后，将其箱中进行干燥，得到块状载氧体前驱体，将块状前驱体进行研磨后焙烧炉中在不同温度条件下焙烧不同的时间，对焙烧后的载氧体RF 检测，分别表征其物相和元素组成，载氧体的物化特性与其比以及表面形态具有重要的关系，此时需要使用比表面积分析仪对孔结构特性进行表征，获得不同焙烧温度和时间下的比表面积和孔，以及使用 SEM 对其进行形貌表征，通过观察载氧体样品表面的氧体的粒度大小以及形态分布。在成分、物相、形貌以及比表面积物化特性优良的掺杂型铁基载氧体进行化学链燃烧特性的表征

图 4.1 未反应核收缩模型Figure 4.1 Unreacted nuclear shrinkage mod冶金尘泥的浸出反应过程由两个阶段所决定分别是溶剂作用[55]。由菲克（Fick）定律可知，溶剂向尘泥单位()()DsDsccKccDdtdc 式中D —扩散速度；c—溶液中溶剂的浓度sc —矿物表面溶剂的浓度 —扩散层的厚度D—扩散系数DK —扩散或传质速度常数
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本文编号：2843278