含鐵粉塵碳酸化球團(tuán)固結(jié)機(jī)理研究.pdf

1、隨著我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和鋼產(chǎn)量的不斷攀升，含鐵粉塵作為鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大宗固體廢棄物，其合理、有效的再資源化利用技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用已成為關(guān)系到我國資源、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)長遠(yuǎn)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵問題。碳酸化固結(jié)法在諸多含鐵粉塵綜合利用方法中具有不可比擬的優(yōu)勢，然而由于碳酸化反應(yīng)速率緩慢、生產(chǎn)的球團(tuán)礦強(qiáng)度低使其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用面臨巨大困難。本文在含鐵粉塵中配加適量活性石灰作為粘結(jié)劑，經(jīng)混合造球后進(jìn)行碳酸化固結(jié)實(shí)驗(yàn)，通過研究含鐵粉塵球團(tuán)質(zhì)量及碳酸化特性

2、，確定含鐵粉塵碳酸化固結(jié)的工藝條件和手段;通過碳酸化球團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)特征和反應(yīng)動力學(xué)研究，揭示碳酸化球團(tuán)的固結(jié)機(jī)理和反應(yīng)機(jī)制，為提高含鐵粉塵碳酸化球團(tuán)礦強(qiáng)度和碳酸化固結(jié)生產(chǎn)效率提供理論依據(jù)。具體研究結(jié)果如下：
　　通過對不同工藝條件下的含鐵粉塵球團(tuán)強(qiáng)度、粒徑分布、碳酸化轉(zhuǎn)化率、孔隙度等特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究得到生球制各的最佳工藝參數(shù):CaO配比為25％，生球含水量為11.5％，造球時(shí)間為20min，生球直徑為10～12.5mm;碳酸化球團(tuán)

3、的最佳反應(yīng)過程參數(shù):反應(yīng)溫度為800℃，氣體流速為2L·min-1，CO2氣體分壓為101kPa，反應(yīng)時(shí)間為20min。
　　借助光學(xué)顯微鏡、場發(fā)射電子顯微鏡、X射線衍射分析儀、壓汞儀和分形理論對含鐵粉塵球團(tuán)進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)研究結(jié)果表明，隨著CaO含量升高、造球時(shí)間延長，生球中Ca(OH)2凝膠作用增強(qiáng)，生球結(jié)構(gòu)致密性提高，孔隙度逐步降低，臨界孔徑、最可幾孔徑、孔徑分布向小孔徑方向發(fā)展，孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度增加，分形維數(shù)增大;提高反應(yīng)溫度和

4、CO2分壓，CaCO3微晶明顯增加，使碳酸化球團(tuán)結(jié)構(gòu)致密，臨界孔徑、最可幾孔徑、孔徑分布向小孔方向遷移，孔隙度下降，孔結(jié)構(gòu)趨于規(guī)則和簡單化，分形維數(shù)降低，CO2氣體在球團(tuán)內(nèi)的擴(kuò)散逐漸以努森擴(kuò)散為主。
　　通過碳酸化反應(yīng)熱重實(shí)驗(yàn)和未反應(yīng)收縮核模型進(jìn)行動力學(xué)研究表明，降低原料中CaO配比和試樣孔隙度，提高反應(yīng)溫度和CO2氣體分壓，碳酸化反應(yīng)的有效擴(kuò)散系數(shù)和化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)增大，內(nèi)擴(kuò)散阻力和化學(xué)反應(yīng)阻力減小，反應(yīng)氣體在產(chǎn)物層的擴(kuò)散速率和