钢渣在微波场中还原脱磷的工艺

sunny2008

我国作为钢材生产和消费大国,炼钢工序作为钢铁生产不可缺少的环节,钢渣的产生不可避免。近年来,我国钢渣和铁渣的堆置达3亿多吨,钢渣占钢铁工业固体废物的12.09%。在冶金工业生产中,排放的主要固体废弃物是高炉渣和转炉渣。其中高炉渣是利用技术最成熟的工业废渣,而转炉渣的回收利用相对差很多,对钢渣利用比较好的国家主要有美国、德国和日本,利用率均达到95%以上。而我国在2002年调查中钢渣利用率仅为36%,与国外先进国家相比,在钢铁渣综合利用方面还有较大差距。

而用于建筑、道路、水泥是钢渣综合利用的主要途径,但高含量的铁氧化物亦是无益组分且造成铁资源浪费。烧结、转炉配加钢渣都存在磷富集问题,钢铁厂循环利用钢渣量受到限制。从环境保护与资源充分利用角度出发,需要开发将钢渣中磷去除并富集,回收渣中铁锰等金属的利用技术。

微波是一种电磁波,波长范围没有明确的界限,一般是指分米波、厘米波和毫米波三个波段,也就是波长从1mm到1m左右,频率范围从300MHz到300GHz,由于微波的频率很高,所以亦称为超高频电磁波。与常规的依靠传导、对流的加热方法不同,微波加热是依靠介质材料在微波场中的极化损耗产生的整体加热,热量产生于材料内部而非来自外部加热源。这种“内加热作用[1]”使加热更快速、更均匀,无温度梯度,无滞后效应。

微波技术在加热高电介质耗损原料方面[2]是一种简单而有效的方法,在冶金还原领域有着广阔的应用前景。相较于传统加热还原工艺需要较高的温度和损耗,具有体积性加热、选择性加热、非接触性加热、即时性等加热特性的微波场在较低温度下能够提供更多的热量。因为通过渣料表面点位与微波能的强烈作用,物料表面点位选择性被很快加热至很高温度。铁氧化物是一种高微波响应材料,而且如果Fe3+/(Fe2++Fe3+)的比率在一个合适的范围内,钢渣能得到有效加热,碳质微粒物质具有良好的微波吸收特性,有利于迅速加热原料。

(1)实验结果表明,转炉钢渣为微波的良吸收体可在20min被迅速加热至1000℃以上。微波加热能促进钢渣的还原反应,实现钢渣在1400℃以下的低温还原脱磷。平均脱磷率达85%以上,最优可达91.5%。

(2)微波碳热还原钢渣反应生成的Fe-C合金球,最大直径可达18mm,易从渣中提取。其余呈均一弥散分布于残渣中,直径大多在3mm以下,需筛分与渣相分离。

(3)在1100℃～1400℃低温范围内,钢渣脱磷率随温度升高而增大,1100℃时脱磷率达到80%,1400℃时脱磷率增高至8715%。适当增加保温时间,更利于还原反应的进行。

(4)钢渣的还原效果很大程度受还原剂影响。金属收得率和脱磷率随着碳当量Ceq的增加而增加,1Ceq时脱磷率67%,3Ceq钢渣脱磷率上升至86.9%。