【摘 要】
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钢渣是炼钢流程中的主要副产物,年排放量高,综合利用率低,长期累积的钢渣不仅造成环境问题,也是资源的巨大浪费。针对当前钢渣资源能源利用率低的现状,本文提出利用弱氧化性气体H2O/CO2对钢渣实施氧化改质,达到获取H2/CO能源与改善钢渣磁化性能的双重目的。本文通过对工业钢渣进行高温重构,研究了碱度对钢渣矿相组成、含铁相赋存状态的影响。在碱度1.13钢渣中,矿相以橄榄石相为主,存在少量RO相与磁性相F
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钢渣是炼钢流程中的主要副产物,年排放量高,综合利用率低,长期累积的钢渣不仅造成环境问题,也是资源的巨大浪费。针对当前钢渣资源能源利用率低的现状,本文提出利用弱氧化性气体H2O/CO2对钢渣实施氧化改质,达到获取H2/CO能源与改善钢渣磁化性能的双重目的。本文通过对工业钢渣进行高温重构,研究了碱度对钢渣矿相组成、含铁相赋存状态的影响。在碱度1.13钢渣中,矿相以橄榄石相为主,存在少量RO相与磁性相Fe3O4,碱度为1.43,矿相以镁蔷薇辉石相为主,RO相含量增加,磁性相含量降低。碱度1.83和2.13主要矿相为硅酸二钙和RO相,兼有少量铁酸钙的生成,含量随碱度增加而提高。低碱度渣的RO相中FeO占比高,而随着碱度的增加,RO相中FeO 比例不断降低,而外来金属氧化物MgO、MnO含量不断上升。在明确渣中含铁矿相存在形式的基础上,合成了典型含铁矿相:含铁橄榄石相（Fe2SiO4、CaFeSiO4）、RO相,并开展与H2O/CO2的高温反应过程研究。结果表明,在相同温度下,含铁橄榄石相的H2/CO生成速率和生成量远低于RO相。FeO占比高的RO相的H2/CO生成速率和生成量更高。氧化过程以含铁矿相向磁铁矿（Fe3O4）、镁铁尖晶石（MgFe2O4）转变为主。RO相与H2O反应在动力学上符合三维扩散D3模型,氧化过程中反应速率受晶格内Fe2+向表面的扩散控制。而RO相与CO2反应符合二阶化学反应F2模型,反应速率受化学反应控制,这是因为CO2氧化过程碳氧双键的断裂需要克服更高的能量势垒,化学反应速率成为反应的限制性环节。在对钢渣中不同含铁矿相:含铁橄榄石、RO相氧化反应过程机理深入理解的基础上,开展不同碱度钢渣在H2O/CO2环境中的氧化行为实验。结果表明,钢渣H2/CO的生成速率和生成量与温度、碱度呈正相关,低碱度钢渣反应率偏低。最高H2生成量由碱度1.83钢渣在850℃下获得,为32.77cm3/g,反应率达到89.5%。最高CO生成量由碱度2.13的钢渣在850℃获得,为28.22 cm3/g。反应率达到76.8%。钢渣与H2O反应,在反应初期（0-30min）符合D3模型,受Fe2+从内部向表面扩散速度控制,而在30-120min这一阶段反应控速环节为氧气通过空隙或者晶界、位错等向颗粒内部扩散。而钢渣与CO2反应动力学较为复杂,主要符合D3,F2模型。水蒸气氧化改质对钢渣的磁化性能有明显的提升,碱度2.13的钢渣经800℃水蒸气氧化后,饱和磁化强度从1.75emu/g增加至19.64emu/g,铁回收率从9.65%增加到80.12%。
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