隨著當今環(huán)境問題日益突出,實現冶金固廢的資源化利用是鋼鐵冶金行業(yè)產業(yè)升級所面臨的重要課題。作為鋼鐵冶煉過程產生的一種冶金固廢,冶金塵泥含有大量的鐵、鈣等有價元素,有較高的利用價值。這類固廢資源的開發(fā)利用的研究對于資源的節(jié)約和環(huán)境的保護具有極其重要的意義,是目前冶金企業(yè)技術更新的迫切需求。本課題采用酸解-共沉淀的工藝方法,將冶金塵泥中的有價元素(Fe、Ca、Mg、Al、Mn等)轉移至酸解液中,通過調節(jié)pH值得到目標沉淀物,最后經過焙燒工藝得到摻雜型鐵基載氧體,通過探索制備方法、產物的組織結構和載氧性能,得到冶金塵泥材料化利用的新方法。首先以冶金塵泥為原料,探究其在鹽酸中的浸出規(guī)律和動力學特性,優(yōu)化制備工藝參數,在此基礎上,進行冶金塵泥制備摻雜型鐵基載氧體的實踐探索,并對產物的組織結構和載氧性能進行實驗研究。具體內容和方法:以冶金塵泥與鹽酸為反應物,在單因素條件下探究溫度、液固比、酸濃度以及浸出時間對冶金塵泥中有價金屬浸出的影響。并在此基礎上,利用水熱沉淀法制備摻雜型鐵基載氧體(X-Fe_2O_3)前驅體,燒結后制得摻雜型鐵基載氧體,實驗考察摻雜型鐵基載氧體(X-Fe_2O_3)、純Fe_2O_3載氧體、以SiO_2為惰性載體的鐵基載氧體(SiO_2-Fe_2O_3)、以Al_2O_3為惰性載體的鐵基載氧體(Al_2O_3-Fe_2O_3)這四種載氧體的還原特性和循環(huán)特性。試驗得出冶金塵泥浸出的最佳條件為:鹽酸濃度5mol/L,液固比:15:1,溫度80℃,浸出時間1050s時塵泥的浸出率為91%。正交試驗載氧體前驅體理論浸出最優(yōu)實驗組合為:液固比15:1,溫度90℃,硫酸濃度5mol/L,時間1050s。影響冶金塵泥中Fe-Al-Ca-Si-Mg(FACSM)體系主要金屬元素浸出主次順序為時間硫酸濃度液固比溫度。在5mol/L的鹽酸體系中,浸出溫度為298k-353k范圍內,本冶金塵泥的浸出動力學方程符合控制環(huán)節(jié)為內擴散的未反應收縮核模型,活化能為37.97k J/mol。冶金塵泥制備出的摻雜型鐵基載氧體產物的形狀主要由棒狀、球狀以及塊狀顆粒組成,表面并無明顯的顆粒物質。溫度升高顆粒的大小逐漸變小,但顆粒分布的均勻性變差隨著煅燒溫度的提高比表面積和平均孔徑呈現先提高后降低的趨勢,并且比表面積不斷減少而平均孔徑逐漸增大。在H_2還原的條件下,純Fe_2O_3載氧體在一定的溫度范圍內還原度逐漸提高,而在較高溫度范圍內,還原度因為載氧體的高溫燒結而有所減低。氧化鋁和二氧化硅的添加以及由冶金塵泥制備的多元素微量摻雜極大地提高了還原反應第一階段的反應速率和整體的還原度和抗燒結特性。研究結果表明,以冶金塵泥為原料制備摻雜型鐵基載氧體的工藝路線是可行的,且過程可控。該方法可實現冶金塵泥中的鐵以及多種微量金屬元素的同時材料化,對節(jié)約自然資源、保護環(huán)境具有積極意義。同時,實驗結果也為其它冶金二次資源的高附加值、精細化利用提供一種新的思路。
【學位單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X757
【部分圖文】：

轉爐污泥中水分含量多、顆粒粒度小，因此其具有較高的粘度和比但是其特性穩(wěn)定性差，隨著冶金工藝的改變而改變[6]。轉爐污泥的主要為鐵、鈣、硅、鋁和鎂，它們主要以氧化物的形態(tài)存在，根據轉爐冶煉用的廢鋼組分的不同而有所差異，部分沉泥還會含有鋅和鉛的氧化物等煉鐵除塵灰是高爐出鐵過程或者煉鐵原料的運輸過程中產生的粉塵，因源自于煉鐵的原料系統和出鐵廠，此種除塵灰中元素種類多樣，主要為素并含有多種有害元素，其具有顆粒粒度較小，密度較輕的特點。以上過程如下圖 1.1 所示。（a）高爐瓦斯灰與瓦斯泥

圖 2.3 實驗流程Figure 2.3 Experimental Technology process體的表征對冶金塵泥進行浸出-沉淀得到摻雜型鐵基載氧體前驅體后，將其箱中進行干燥，得到塊狀載氧體前驅體，將塊狀前驅體進行研磨后焙燒爐中在不同溫度條件下焙燒不同的時間，對焙燒后的載氧體RF 檢測，分別表征其物相和元素組成，載氧體的物化特性與其比以及表面形態(tài)具有重要的關系，此時需要使用比表面積分析儀對孔結構特性進行表征，獲得不同焙燒溫度和時間下的比表面積和孔，以及使用 SEM 對其進行形貌表征，通過觀察載氧體樣品表面的氧體的粒度大小以及形態(tài)分布。在成分、物相、形貌以及比表面積物化特性優(yōu)良的摻雜型鐵基載氧體進行化學鏈燃燒特性的表征

圖 4.1 未反應核收縮模型Figure 4.1 Unreacted nuclear shrinkage mod冶金塵泥的浸出反應過程由兩個階段所決定分別是溶劑作用[55]。由菲克（Fick）定律可知，溶劑向塵泥單位()()DsDsccKccDdtdc 式中D —擴散速度；c—溶液中溶劑的濃度sc —礦物表面溶劑的濃度 —擴散層的厚度D—擴散系數DK —擴散或傳質速度常數
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本文編號：2843278