富铁煤泥直接还原白云鄂博铁精矿实验及机理研究

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煤泥是在我国处在废弃物边缘,由于其特性遇水流失,风干飞扬,对环境的危害影响较大,但对其利用的研究较少,其价格低廉,对煤泥处理的方式一般为就地堆放或排放,因其粘性大、灰分含量较高、水分含量高且难以去水处理,导致其利用难度增加。煤泥中固定碳可作为还原剂对铁矿进行还原,为解决煤泥的综合利用问题和为煤泥的综合利用提供新的途径,本文研究将煤泥作为还原剂,对白云鄂博铁精矿进行直接还原。传统冶炼白云鄂博铁精矿的方式为高炉炼铁,高炉炼铁的存在缺陷,主要问题在于其温室气体CO2的排放大,对环境造成巨大压力,为解决CO2排放造成的环境问题,减少环境压力,直接还原技术得到关注及迅猛发展。本文主要研究的还原剂为包头地区神东集团所产煤泥,研究表明包头地区所产煤泥灰分中含有一定量铁氧化物,并将此煤泥称之为富铁煤泥。本文以富铁煤泥作还原剂,对白云鄂博铁精矿直接还原实验研究,考察温度、配碳比、时间对直接还原实验的金属化率的影响。利用正交实验的方法得出富铁煤泥直接还原铁精矿影响因子的主次关系,并考察添加剂(Na2CO3、CaCO3、Na2B4O7)及煤泥的不同种类对含碳球团直接还原的影响,扩大研究应用范围。实验结果表明影响还原反应的因素主次为:温度、配碳比、时间;富铁煤泥直接还原铁精矿的最佳工艺参数为是还原温度1200℃,配碳比为1.3,还原时间为30分钟,金属化率为87.74%。研究对比常见还原剂无烟煤,考察不同因子对含碳球团的影响,并分析富铁煤泥作还原剂的经济优势。通过X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)等技术手段,将还原产物进行分析研究,结果表明,富铁煤泥作还原剂各项指标相比无烟煤均有下降,但考虑其价格低廉,作还原剂能够降低还原铁的成本,其经济利用价值较高。通过热重分析对煤泥还原白云鄂博铁精矿在不同配碳比下升温过程的反应过程;同时根据热重分析的方法,研究实验球团内部动力学规律,并由TG曲线得出其反应分数。研究结果表明,配碳比在1.3时失重速率最快,配碳比为1.4时低于1.1时的失重率,过量的碳有利于实验的进行。反应体系在实验升温阶段进行二步反应原理,碳的气化速度影响反应过程,温度与碳气化关系密切,成为还原反应的决定性因素。反应分数显示温度对还原反应的影响显著。
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