【doc】高铁拜耳法赤泥煤基直接还原工艺的研究

【doc】高铁拜耳法赤泥煤基直接还原工艺的研究 高铁拜耳法赤泥煤基直接还原工艺的研究 , 27 高铁拜耳法赤泥煤基 直接还原工艺的研究 ,/ 梅贤功袁明亮陈荩 (中南工业大学长沙市41O083) 7?D '鸟一摘要简要介绍了氧化铝厂高铁拜耳法赤混煤基直接还原焙烧试验研究结果 用配^A 型催化剂赤泥煤基直接还原焙烧——磁选分离——玲固成型工艺.可由高铁赤混 直接产出海绵 铁. 关键词 .皇苎兰星.!兰递绵铁,一,,—— J前言探讨= 赤泥是氧化铝厂最大的污染物,防止赤 泥污染的根本出路足解决赤泥的综合利用问 多年来,国内外在赤泥的综合利用方面 进行了大量的试验研究工作由于铝矿石的 成分和生产氧化铝所用的方法不同,赤泥的 化学和矿物组成差别很大,赤泥利用的途径 也因之而异_]].文献中报道了大量综合利用 赤泥的,但除少数已用于生产外,大多 数仍处于试验阶段口本文结合广西某一高 铁拜耳法赤泥对其配煤直接还原工艺进行了 2赤泥,还原煤,添加别及研究 方法 试验所用的高铁赤泥系广西某铝土矿拜 耳法溶出所得的残渣其主要化学组成为 (%):Fe38.9,AI,0l532,Sj09.6和 ]Na101.85.试验共采用编号为NC—l, NC一2,NC一3和NC一4种还原煤.其主 要物化特征如表1所示原煤经破碎后.筛 出一lmm作为试验用煤. 表l不同还同煤的物化特征 反应活性:在iooo?co2流速]L血n的条件下.以同等重量的不同还原煤c亡千馏) 在单位时间内的失董来表 试验用的三种添加剂均为天然矿物.块 矿经棒磨后,筛分出一lmm作为试验用添 加剂.其中石灰石含(二a052.87%, MgO0.71%.白云石含CAO2543%, MgO18.74%.试验用A型催化剂由中南上 业大学提供. 研究方法:将赤泥还原煤和添加剂胺 定上七职在DLY一10A型万能材料 验酝制成型(压模内径l2?n,成型 压力200kg).湿团块先在鼓风干燥箱,/cm 105?F干燥l,2h,然后置于刚玉坩埚 内,为防止氧化,团块样的上下部加入一定 数量的碎焦将坩埚送人直接还原焙烧炉内 的上部低温段预热5min,再置于炉内升温 至试验温度后,开始计时.达到指定时间, 取出用自来水冷却,经破碎,磨矿,磁选管 磁选.得到铁精矿.铁精矿经高分子粘结剂 冷固成型即为直接还原铁团块. 3试验结果及讨论 3.1煤种对产品金属化率的影响图1是 不同煤种还原产品金属化率随时间的变化曲 线.从中可以看出.煤种不同,其直接还原 产品金属化率不同.不同煤种还原产品金属 化率的顺序是: NC一3>N(一1>NC一2>NC一4 ij.{J 图1煤种对还原产品金属化率的影响 1150?.赤泥:l堞=8578:14.22 由表l知,不同煤种的反应活性顺序: NC一3>NC,1>NC一2>NC一4.说明, 反应活性较好的还原煤,其赤泥直接还原产 品金属率较大.NC一3煤的反应性虽较 NC一1犬,然而NC—l煤还原过程中铁渣 却较易分离(见表2)这主要是由于NC一3 煤挥发分含量较大,还原时赤泥团块孔隙发 达(见图2),进而易下孔隙表层产,L局部 化学反应,导致铁晶核局部生长的缘故口J; 表2煤种对还原产品渣含量的影响 】50?,时脚 办泥煤=8578:14.22;培烧温度1 flC,min;磁选场强910斯特水速zk,,rtt,min .0001i]6'2oc,3e, 温度L? 图2赤泥还原团块孔隙随温度 变化曲线 3.2添加剂种类的影响表3足其它条件 相同,外加添加剂CaCOMgCO及A型 催化剂时,赤泥煤基直接还原一磁选分离 试验结果.从表3可以看出,外加催化剂及 添加剂不仅提高了铁精矿品位和金属化率, 而且大幅度地降低了铁精矿中渣含量(A1o, 崇量为赤掘,拇铁垒届化率,?精矿中铁回牧率 SiO,Na)其效果好坏的顺序为: A>CaCO>MgCO, 赤泥中的主要单体氧化物是FeD, A/zQ,Si02和少量Na.在还原过程中, 这些矿物颗粒必然互相接触发生固相反应, 生成铁橄榄石和铁尖晶石类化合物.在外 加添加剂直接还原过程中,石灰石离解出的 CaO和白云石离解生成的caO,MgO,与铁 橄榄石(FeO?SiO,)和铁尖晶反应,置换出 FeO提高了FeO的活度,产品金属化程度 显着增加. 3_3温度效应在试样配比赤泥:NC一1 煤:A添加剂=83.6:13.9:2.5,还原时间 年Il磁选条件不变的条件下,研究了温度对焙 烧团块磁选指标的影响.图3是温度对产品 金属化率(M)和铁回收率(,)的影 响,图4是温度对铁精矿中渣含量的影响. 从中可以看出:(1)升温可促进产品金属 化,且铁回收率也随温度升高而增大;(2) 提高焙烧温度可降低铁精矿中渣含量,即升 温有利于赤泥还原团块铁渣分离. I.0厂 .e 卜l1 温度(?1 图3温度对产品金属化率和 铁回收率的影响 1.0 蓦茴 0.6 综上所述,并考虑到高温度卞直接还原 时可能会引起回转窑结圈,试验取1150 ? J.= 图4温度对铁精矿中渣含量 (A】sOSiO2,Na)的影响 鉴于广西高铁赤泥本身结构水含量大, 还原过程中,含结构水矿物针铁矿,三水铝 石和含水铝硅酸钠等开始脱水,水蒸汽从团 块中逸出,使团块孔隙度增加,这有利于还 原气体从颗粒的外表面向浮氏体一铁界面 扩散,气体扩散控制不会成为赤泥还原速度 控制步骤.在1150,1250?高温下进行 还原,由于碳气化速度快,加上Fe0还原 成Fe反应动力相当大,相界面化学反应或 碳气化反应也不会决定赤泥综台还原速度赤 泥含铁品位低.杂质(A】20SiO,)含量 高,且针铁矿中铝铁替代量大,还原过程中 岿然发生固相反应,导致新相(金属铁)难形 成.因此,赤泥还原过程中金属铁晶粒的成 桉及晶核的长大将决定整个还原过程. 配人A型催化剂时赤泥煤基直接还原 过程中的铁晶粒成核及晶桉长大特征研究结 果表明,当还原温度由900?升高到1150 ?时,铁晶粒成核速率升高39.61倍;铁晶 核长大速率升高近105倍可见,升高温度 有促进铁晶粒成核及晶核长大的作用. 3.4焙烧时间的影响在最佳工艺条件下 (115O?赤泥:NC—l煤:A型催化剂 = 83.6:l3.9:2.5),探讨了焙烧时间对磁 选铁精矿中渣含量的影响试验结果如图5 和图6所示.从中可看出:(1)随着时间 延长,产品金属化程度增大,超过l00mJrl 时金属化率和铁回收率变化不明显;(2)延 长时间可显着地降低铁精矿中的渣含量,从 而获得铁精矿品位9179%,铁回收率94.12% 金属化率91.15%,AI20171%,SiO,1.58%, Na0l1%的优质产品.这种产品经冷固成 型后用于代替废钢是完全台乎要求的. 通常,赤铁矿结晶为刚玉型的菱形8面 体单位晶格内含有18个O(排列在 一 个紧密堆积的氧晶格内)和12个Fe(它 占据8面体间隙的2/3).由于Fe和 Al"半径相差不大,A1占据8面体间隙 形成含铝赤铁矿.随着氧从晶格中被除 去,使得晶格内正,负离子重新堆积,即由 赤铁矿的菱形8面体经磁铁矿的倒置的尖晶 石型的立方晶格到浮氏体的NaCI型的立方 晶格,直至形成d-Fe的体心立方晶格.此 时,—Fe的体心立方晶格结构中最大间隙 半径O.509A,这与Al原子半径1.43A相差 较大,因此,Al原子在d—Fe晶格间隙内 溶解度很小;如果形成置换固溶体,由于Al 原子半径大于Fe原子半径1.23A,因而Al原 子将排挤周围的Fe原子,产生晶格畸变限 制了Al原子的进一步溶人,所以d—Fe晶 格内Al的溶解度也将减少.因此,如果保 持z—Fe结构稳定,Al原子须从晶格中游 离出来,使得晶格畸变能降低.随着时间的 延长,d—Fe结构越趋稳定,这样,品格中 溶解的lAI嚎子数量愈少. 1 . 《 篓n 蒜 州n O70EO00.0ll0l'0"O: 时间cn1ln】 图5还原时间对产品金属化率 和铁回收率的影响 图6还原时间对铁精矿中 SiO2,AI~O,,Na含量的影响 4结语 |1 . 瞢 .H匾 (1)在国内率先进行了配人A型催化 剂赤泥煤基直接还原焙烧一磁选分离一冷 固成型试验研究,取得了铁精矿品位 91.79%,铁回收率为94.12%,金属化率 91.15%的研究结果; (2)由高铁赤泥直接生产海绵铁工艺 技术不仅解决了氧化铝厂赤泥对环境的污染, 而且为赤泥的综台利用开辟了一条新途径; (3)配人A型催化剂催化还原焙烧工 艺,还适宜于难选贫铁矿,如褐铁矿,赤 铁矿的处理. (下转第13页)