內(nèi)配廢塑料鐵鱗直接還原的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、我國(guó)是塑料生產(chǎn)和消耗大國(guó)，每年產(chǎn)生大量廢棄塑料，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。將廢棄塑料的處理和固體碳直接還原生產(chǎn)海綿鐵的工藝相結(jié)合，進(jìn)行廢棄塑料冶金資源化利用，既可保護(hù)環(huán)境，又可有效地利用這一潛在資源，其經(jīng)濟(jì)效益之顯著，社會(huì)效益之深遠(yuǎn)必將對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。本課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和寶鋼鋼鐵聯(lián)合基金的資助(項(xiàng)目號(hào)№50174001)，工作的目的是研究?jī)?nèi)配廢塑料鐵鱗直接還原的機(jī)理和還原特性，探尋內(nèi)配塑料對(duì)鐵鱗直接還原的影

2、響。作為基礎(chǔ)研究，其結(jié)果為我國(guó)實(shí)現(xiàn)廢棄塑料冶金資源化有重要意義。 實(shí)驗(yàn)建立類(lèi)H(o)gan(a)s氣－固直接還原體系，選取三種廢塑料(鍵盤(pán)、光盤(pán)、飲料瓶)。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)獲得影響金屬化率的首要因素是還原溫度，其次是還原時(shí)間和廢塑料添加量。 鐵鱗直接還原體系屬于多孔的氣－固反應(yīng)體系，孔隙率以及孔隙的空間結(jié)構(gòu)對(duì)體系的傳熱、氣體擴(kuò)散、界面化學(xué)反應(yīng)都有直接影響。因此，本文對(duì)孔隙進(jìn)行研究，鐵鱗還原過(guò)程孔隙率生長(zhǎng)符合熱固結(jié)孔隙生長(zhǎng)動(dòng)力

3、學(xué)方程，并利用分形理論對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步研究。結(jié)果表明：與無(wú)內(nèi)配碳相比，內(nèi)配廢光盤(pán)會(huì)提高孔隙的分形維數(shù)，即提高試樣的孔隙率，并且對(duì)孔隙的空間結(jié)構(gòu)有一定影響。 通過(guò)塑料顆粒微觀還原實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證出內(nèi)配塑料可以提高還原料柱的孔隙率，同時(shí)，試樣微區(qū)成分分析表明，內(nèi)配的廢塑料在還原過(guò)程中會(huì)析出一定量的碳。本文將鐵鱗直接還原體系以“粒子模型”進(jìn)行動(dòng)力學(xué)擬合，并通過(guò)等溫?zé)嶂貙?shí)驗(yàn)(TGA)得出還原過(guò)程前期處于界面化學(xué)反應(yīng)控速階段。隨著反應(yīng)進(jìn)行，

4、逐漸過(guò)渡到界面化學(xué)反應(yīng)和氣體內(nèi)擴(kuò)散混合控速階段。計(jì)算還原反應(yīng)的表觀活化能，結(jié)果表明內(nèi)配廢塑料在一定程度上降低了反應(yīng)的表觀活化能，內(nèi)配塑料對(duì)鐵鱗還原起到催化劑的作用，加速了直接還原的反應(yīng)速率。同時(shí)，廢塑料熱分解后在試樣中殘留的孔隙改善了體系內(nèi)還原性氣體的擴(kuò)散條件，提高了金屬化率。反應(yīng)后期，界面化學(xué)反應(yīng)和氣體內(nèi)擴(kuò)散混合控速階段中，界面化學(xué)反應(yīng)的控速程度隨塑料添加量的增加而增大。在本實(shí)驗(yàn)條件下，內(nèi)配鍵盤(pán)、光盤(pán)和飲料瓶的量分別為2％、3％和4％