CO喷吹还原铜转炉渣及其动力学研究

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铜渣作为重要的二次资源,我国铜转炉渣每年新增1500万t以上,当中铜含量达到75万t以上。因此,对铜渣进行深度贫化,降低渣中铜含量,提高渣中铜的回收率,对促进我国二次资源的回收利用是极其重要的。在铜渣的火法还原贫化工艺中,生物柴油、地沟油以及橡胶籽油等生物质燃料常被作为还原剂来参与铜渣的贫化中。由于生物质燃料在高温下的裂解产物主要是一氧化碳和氢气,故采用生物质燃料贫化铜渣时,一氧化碳的还原起到了一定的作用。因此,研究一氧化碳还原铜转炉渣并分析还原过程动力学,确定一氧化碳与铁氧化物反应的反应类型、反应机理以及限速环节,对研究碳质还原剂、生物质油、天然气等作为还原剂的铜渣贫化机理具有重要作用。首先,研究了CO-CO2混合气体喷吹还原铜转炉渣过程中的热力学。研究发现,CO-CO2混合气体喷吹还原铜转炉渣过程中发生的反应有:CO的分解产生CO2和C的反应;C还原Fe3O4生成FeO和CO2的反应;CO还原Fe3O4生成FeO和CO2的反应。从反应的标准生成自由能?G?角度来说,升高温度对CO-CO2混合气体喷吹还原铜转炉渣在提高反应速率上的影响不大。其次,利用磁性分析仪和SEM-EDS对CO-CO2混合气体还原后的铜转炉渣进行分析。结果发现,还原后转炉渣的磁性铁含量,随着还原温度的升高和还原时间的延长而逐渐降低;在1250℃1325℃温度范围内,同一温度下的CO的利用率变化不大,在1350℃时,初始CO利用率较高,随着反应的进行CO利用率逐渐降低;还原温度高时,对铜转炉渣中铜的沉降有利;喷吹更高CO比例的气体,对铜转炉渣的还原效果较好,使更多地铜微粒长大聚集。最后,通过铜渣喷吹还原的结果,研究了在1250℃1350℃条件下,CO还原铜渣的动力学过程。研究发现,CO与铜渣中磁性铁的反应是在磁性铁相表面进行的区域化学反应且处于区域化学反应的第二个阶段加速期;[-ln(1-X)]2/3=kt符合CO喷吹还原铜渣的动力学反应方程;CO喷吹还原铜渣的表观活化能E为313.263kJ/mol;CO喷吹还原铜渣的反应在1250℃1350℃之间的反应速率受到化学过程和传质过程的双重规律控制,提高温度或者增加气体流速都可以提高反应的速率。
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