DOC《硫酸渣中铅物相的还原脱除行为》

苏州大学青年教师自然科学基金项目(SDY2013A13) 作者简介:陈栋(1983-),男,浙江诸暨人,博士,讲师. 还原球团铅脱除率的计算公式如下: 式中,Rn为还原过程中铅的脱除率(%);

M0为预热球团中铅的含量(%);

m0为预热球团的质量(g);

Mv为还原球团中铅的含量(%);

mv为还原球团的质量(g).

2 结果和分析 2.1 还原温度的影响 在95%CO+5%CO2组成的还原气氛中,不同温度还原20min后铅的脱除率如图1所示. 图1 还原温度对铅脱除率的影响 Fig.1 Effect of temperature on lead removal rate 由图1可知,铅的脱除率随还原温度的升高大幅增加,还原温度显著影响铅的还原脱除. 图2为CO还原铅氧化物和硅酸盐的平衡气相组成与温度的关系曲线. 图2 CO还原铅氧化物和硅酸盐的平衡气相组成与温度的关系 Fig.2 Relationship between reduction temperature and gas phase equilibrium composition of lead oxides and silicates reduced by CO 从图2可见,PbSiO3和PbO均极易被还原为金属铅,而PbO比PbSiO3更易被CO还原,这与试验结果一致.热力学计算表明,随着温度的升高,PbSiO3和PbO更难被还原,但试验结果显示,温度升高铅脱除率反而增加.这是因为,还原温度升高降低了液相PbSiO3和PbO的黏度,增加了液相的流动性和液相中CO的溶解度,改善了动力学条件,使得还原反应更易进行;

此外,根据文献[15]的结果,在试验温度范围内,PbSiO3和PbO的还原受化学反应控制,升高温度有利于铅的脱除. 2.2 还原时间的影响 在95%CO+5%CO2组成的还原气氛中,1

100 ℃还原不同时间后铅的脱除率如图3所示. 图3 还原时间对铅脱除率的影响 Fig.3 Effect of reduction time on lead removal rate 图3表明,以PbSiO3相和PbO相存在的铅的脱除率都随还原时间的延长而大幅增加,在同等条件下,以PbO相存在的铅的脱除率都比PbSiO3相的大,且在高CO浓度和高温条件下,只要还原时间足够长,二者中的铅均能被有效除去.说明在还原过程中,硫酸渣中的铅能被有效去除. 2.3 还原气氛的影响 在不同CO浓度下1

100 ℃还原20 min时铅的脱除率如图4所示. 图4 还原气氛对铅脱除率的影响 Fig.4 Effect of reducing atmosphere on lead removal rate 由图4可知,CO浓度显著影响铅的脱除,铅的脱除率随CO浓度的升高而显著增加.图2的结果显示,在1

100 ℃还原PbSiO3和PbO所需的CO浓度分别仅为0.94%和0.12%.文献[14]的研究结果表明,当CO浓度为10%和50%时,球团内Fe3O4和FeO晶粒发生再结晶,导致其结构致密,孔隙率减小,阻碍了金属铅的挥发和CO的扩散,降低了铅的脱除率.Hussain等[16]的试验结果也显示,当CO浓度低于50%时,球团内孔隙率下降可导致铅脱除率显著下降.而球团内CO浓度较高时,其内部孔隙率也较高,此时其内部金属铅的挥发和CO气体的扩散较容易发生,因此铅的脱除率较高.此外,高浓度的CO有利于其在球团内扩散,这也促进了铅脱除率的增加.综上所述,CO浓度对还原后球团的孔隙率影响显著,从而影响铅化合物的还原和金属铅的挥发.

3 结论 还原焙烧法是脱除硫酸渣中铅的有效方法之一.在还原焙烧过程中,以氧化物形式存在的铅比以硅酸盐形式存在的铅更容易被还原脱除.还原气氛对球团内部的结构和孔隙率影响较大,在强还原气氛中,铅化合物较容易被还原脱除. 参考文献 [1] 张汉泉,路漫漫,胡定国. 硫酸渣磁化焙烧―磁选提铁降硫[J]. 武汉工程大学学报,2012,34(10):15-18. [2] Giunti M,Baroni D,Bacci E. Hazard assessment to workers of trace metal content in pyrite cinders[J]. Bulletin of environmental contamination and toxicology,2004,72(2):352-357. [3] 毕万利,吴文红,李晶. 从硫酸渣中选铁试验研究[J]. 湿法冶金,2011,30(3):229-231. [4] 阳征会,龚竹青,马玉天,等. 硫铁矿还原烧渣酸浸液试验研究[J]. 有色金属(冶炼部分),2006(1):10-13. [5] 董风芝,姚德,孙永峰. 硫酸渣用磁化焙烧工艺分选铁精矿的研究与应用[J]. 金属矿山,2008(5):146-148. [6] 金程. 硫酸烧渣加压浸取铁[J]. 有色金属(冶炼部分),2011(11):6-8. [7] 金程,李登新. 硫酸烧渣还原浸取铁[J]. 有色金属(冶炼部分),2012(1):9-12. [8] 肖忠明,王昕,霍春明,等. 硫酸渣对水泥性能的影响[J]. 水泥,2009(9):12-15. [9] Zheng Y,Liu Z. Preparation of monodispersed micaceous iron oxide pigment from pyrite cinders[J]. Powder technology,2011,207(1/2/3):335-342. [10] 阮积海,覃洁,宁玲. 芬兰焙烧黄铁矿在烧结工艺的综合利用[J]. 广西节能,2009(2):30-31. [11] 白国华,周晓青. 硫酸渣配加磁铁矿制备氧化球团试验研究[J]. 钢铁,2009,44(7):7-10. [12] Zhu D Q,Chen D,Pan J,et al. "One step" technology to separate copper,zinc,lead from iron in metallurgical slag and pyrite cinder:part 1-laboratory scale test[J]. Mineral Processing and Extractive Metallurgy (Trans. Inst. Min Metall. C),2012,121(2):79-85. [13] Zhu D,Chen D,Pan J,et al. "One step" technology to separate copper,zinc,lead form iron in metallurgical slag and pyrite cinder:part 2-pilot test[C]//Hwang J Y,Drelich J W,Downey J P,et al,2nd International Symposium on High-Temperature Metallurgical Processing. United States of America,WILEY,2011:151-160. [14] 陈栋. 含多金属硫酸渣制备预还原球团工艺及机理研究[D]. 长沙:中南大学,2012. [15] 彭容秋. 铅锌冶金学[M]. 北京:科学出版社,2003:119-121. [16] Hussain M M,Morris D R. Kinetics of reduction of lead minerals and commercial lead bearing materials by CO/CO2 gas mixtures[J]. Journal of Metals, 1985,37(8):57-61.