废橡胶与锡铁矿耦合焙烧过程中锡的脱除与橡胶热解交互作用行为的研究

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我国西南地区有许多复杂含锡铁矿石资源,这些含锡铁矿石经过传统的重选工艺处理后,含锡铁精矿中的铁含量高达60 wt%,而锡的含量约为0.3-0.8 wt%,若能运用合适方法含锡铁精矿中的锡脱除回收,既能解决铁矿石紧缺的问题,又能实现有价金属的回收。由于每年生产大量废旧轮胎,全球范围内都在研究有效地处理废轮胎的方法。考虑到废轮胎橡胶在热解过程中释放出(C1-C4碳氢化合物),H2S,SO2和COS气体,它们可以还原并硫化Sn O2成为Sn S。本文提出了一种在N2气体中用废轮胎橡胶焙烧含锡铁精矿的新方法,用于从含锡铁精矿中分离出Sn。研究了焙烧温度,废旧轮胎橡胶添加量和焙烧时间等工艺参数对锡分离率的影响。同时对含锡铁精矿与废轮胎橡胶共同焙烧时,硫、锡、铁的交互作用机理进行了深入研究。含锡铁精矿中铁、锡赋存物相主要为Fe3O4和Sn O2。废轮胎橡胶在实验中作为还原剂和硫化剂。研究结果表明锡挥发率随着焙烧时间的增加而增加。其次,含锡铁精矿中Sn O2能被焙烧过程中的CO还原成Sn,后被SO2和COS硫化成Sn S挥发,剩余少量的Sn以Fe-Sn合金的形式残留在焙烧底物中。然而,过多的废轮胎橡胶加入量会导致金属铁的生成,从而促进Fe-Sn合金的生成,不利于铁、锡分离。焙烧温度的影响同样重要,在超过1000℃的焙烧温度下形成Fe-Sn合金,并且随着焙烧温度的升高,形成的Fe-Sn合金中的Sn含量降低,导致Fe-Sn合金中Sn的硫化挥发将受到限制。在最优条件即焙烧温度为1000°C、焙烧时间为60分钟、废轮胎橡胶添加量为20 wt%以及氮气流量为100 m L/min下,含锡铁精矿中铁物相仅被还原成Fe O,同时,锡以挥发物形式挥发,底物中锡含量降至0.062 wt%。为了进一步研究脱锡过程中的废轮胎热解行为,对实验过程中的热解产物产率和特性进行了分析。研究发现反应温度的升高会使气体组分增加,但会降低固体和石油馏分的产率。含锡铁精矿中由于其含有大量Fe3O4,使得废轮胎热解气体产物中CH4和H2的含量降低,油中的C/H比和热值降低,但会促进焦炭中的含硫物质挥发,进而硫化含锡铁精矿中的锡,使其挥发脱出,并且实现了对焦炭的直接利用。而含锡铁精矿脉石中的Ca O-Mg O能阻止碳氢化合物形成稳定的化学结构,加速碳氢化合物的降解,使其更容易解离。因此含锡铁精矿中的脉石可以提高热解油和可燃气体的收率,并进一步提高热解油质量。
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