DOC《镍渣直接还原提铁及同时制备胶凝材料的研究》

西建大―金川预研项目(YY1201) 作者简介:李小明(1974-),男,陕西洛川人,博士,教授. 2.2 还原剂配比对铁还原率及胶凝组分生成的影响 在碱度(R=CaO/SiO2)为2.

6、焙烧温度1

380 ℃、焙烧时间60 min、粒度-0.074 mm,改变还原剂配比(占总料重)的条件下进行试验,冷却方式为随炉冷却.当还原剂配比分别为7%、15%、25%、30%时,铁的还原率分别为33.6%、55.8%、52.6%、43.2%,相应产物的XRD谱如图1所示. 图1 不同碳配入量后产物的XRD谱Fig.1 XRD patterns of sample under different carbon dosage 当配碳量小于15%时,随着含碳量的增加,金属铁还原率增大;

当碳含量大于15%时,继续增加配碳量铁的还原效果无明显增大,甚至呈下降趋势.其原因是试验中为了保持还原气氛,配碳量远远超过还原镍渣中金属所需理论还原剂用量,在一定范围内,随着碳含量的增加,还原气相中CO量增大,促进了扩散交换,强化了还原反应效果.但配碳量过大后,固相反应条件变差,影响还原效果.由图2可知,镍渣中的铁元素有一部分进入Ca2(Al,Fe)O5中,影响了铁的还原.焙烧产物中未同时得到硅酸三钙(C3S)与硅酸二钙(C2S),其原因可能是配料不当、反应动力学条件不良或是冷却方式不当使硅酸三钙发生分解. 2.3 碱度对铁还原率及胶凝组分生成的影响 镍渣中的铁以正硅酸铁形式存在,加入氧化钙的作用是提高铁氧化物的活度,将FeO从铁橄榄石中置换出来,进而提高还原产物中FeO的含量,同时氧化钙也是生成硅酸三钙的原料. 为了防止铁被氧化,本组试验每个坩埚加上密封盖.试验焙烧温度1

380 ℃,焙烧时间60 min,混合料粒度-0.074 mm,配碳量15%,氧化钙加入量按不同的碱度计算,坩埚出炉后采用风扇冷却.当碱度分别为2.

0、2.

3、2.

6、3.0时,铁还原率分别为50.3%、52.6%、56.8%、48.3%.试样的XRD物相检测结果如图2所示. 图2 不同碱度试样的XRD谱Fig.2 XRD patterns of sample under different basicity 可见,随着碱度的增加,金属铁还原率先增大后减小.当碱度为2.6时,金属铁还原率最大.过高的碱度(即过量的氧化钙)会减少镍渣还原反应的有效接触面积,不利于固相反应的进行.当碱度为2.6时铁的衍射峰最强,铁的还原效果相对最好,铁元素有一部分进入Ca2(Al,Fe)O5中,焙烧产物中无硅酸三钙,有大量的硅酸二钙生成,表明此条件下硅酸二钙与氧化钙生成硅酸三钙的反应并未充分进行. 2.4 还原温度对铁还原率及胶凝组分生成的影响 热力学计算表明,镍渣中FeO的还原温度为750 ℃,硅酸三钙的生成温度在1 350~1

500 ℃,前述在1

380 ℃的试验未获得胶凝组分C3S,因而将温度区间提高到1 400~1

500 ℃.坩埚加盖子进行气氛保护,碱度取2.6,还原剂配入量为15%,保温时间60 min,混合料粒度-0.074 mm,坩埚采用水淬急冷.当还原温度分别为1

400、1

430、1

460、1

480、1

500 ℃时,铁还原率分别为51.8%、52.3%、55.7%、59.8%、60.2%,还原后产物的XRD物相检测结果如图3所示. 图3 不同温度还原后产物的XRD谱Fig.3 XRD patterns of sample under different temperature 数据表明,升高温度对还原反应有促进作用,铁的还原率提高.这是因为升高温度,参加反应的物料化学活性和反应气体分子运动增强,反应速率加快,但当温度大于1

480 ℃时,铁的还原率增长不明显.温度区间已经达到硅酸三钙的生成区间,但产物XRD检测结果中并未发现硅酸三钙.原因可能是铁离子的还原变价导致生成硅酸三钙的反应被阻止或生成物进行了分解.XRD结果中,部分铁以Ca2(Al,Fe)2O5形式存在,铁的还原率低与此物质的生成有关. 2.5 还原时间对铁还原率及胶凝组分生成的影响 设定还原温度为1