【摘 要】
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镍渣中全铁(TFe)含量达35~40%,若能将渣中的Fe资源高效回收利用,将产生良好的社会经济效益。本课题采用高挥发分煤和工业焦炭作为还原剂,通过对比分析掺煤镍渣球团和掺碳镍渣球团还原过程中物相、微观形貌、金属化率的变化,研究了镍渣中铁组元的还原行为,探究了镍渣中铁组元氢-碳耦合还原的动力学机理。具体研究结果如下:(1)在镍渣引入适量CaO有利于Fe2SiO4的还原反应,因为CaO可以促使铁橄榄石
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镍渣中全铁(TFe)含量达35~40%,若能将渣中的Fe资源高效回收利用,将产生良好的社会经济效益。本课题采用高挥发分煤和工业焦炭作为还原剂,通过对比分析掺煤镍渣球团和掺碳镍渣球团还原过程中物相、微观形貌、金属化率的变化,研究了镍渣中铁组元的还原行为,探究了镍渣中铁组元氢-碳耦合还原的动力学机理。具体研究结果如下:(1)在镍渣引入适量CaO有利于Fe2SiO4的还原反应,因为CaO可以促使铁橄榄石相释放出FeO,而FeO较之Fe2SiO4更容易还原。广汇煤充分热解后解释放出的H2-CO混合气体还原FeO的能力强于纯CO而弱于纯H2。同时,H2-CO还原FeO所产生的H2O和CO2在1000℃以上很容易使固定碳发生气化反应再生成H2和CO,从而形成了煤基氢-碳耦合还原体系中的氢循环和碳循环。(2)热装工艺下掺煤镍渣球团在1300℃下还原20min和60min后金属化率分别达到90.2%和94.26%,在相同工艺条件下比掺碳镍渣球团的金属化率高约12~20%。还原过程中掺煤球团主要物相由铁橄榄石相逐渐转化为金属铁和辉石相。掺煤球团外层铁颗粒尺寸明显大于内层,其中还原铁颗粒尺寸明显大于掺碳球团的,且形貌更加规则致密。煤基氢-碳耦合较之传统碳还原的还原效率显著提升,这是因为煤热解产生的H2-CO混合气氛和所形成的氢循环和碳循环联合作用的结果。(3)基于粒子模型和未反应核模型分析了掺煤镍渣球团的还原动力学行为。在反应前期,温度在1200℃-1300℃范围,还原过程由界面化学反应控速,表观活化能为94.06kJ/mol;在反应后期,还原过程主要由内扩散控速,表观活化能为108.77kJ/mol。0-20min的还原反应动力学方程为:ln k1=-94.06/RT+6.544020-60min的还原反应动力学方程为:lnk2=-108.77/RT+3.9488
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