低砷鐵礦石燒結(jié)-焙燒脫砷及其除塵灰焙燒脫砷研究.pdf

1、合理利用復(fù)雜礦產(chǎn)，符合鋼鐵企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需求。我國(guó)有大量含砷量較低(0.01％～0.1％)的鐵礦石，但砷會(huì)影響礦石利用率及后續(xù)冶金產(chǎn)品質(zhì)量。因此，低砷鐵礦石利用率一直較低。本文調(diào)研了含砷礦石脫砷、鐵水脫砷、含砷物的處理情況，總結(jié)了砷元素對(duì)鐵水、鋼水及環(huán)境的危害。針對(duì)目前低砷鐵礦石的利用率問題，運(yùn)用FactSage進(jìn)行了低砷鐵礦石燒結(jié)脫砷、低砷鐵礦石焙燒脫砷的熱力學(xué)計(jì)算及試驗(yàn)驗(yàn)證，并探究了燒結(jié)脫砷與焙燒脫砷的機(jī)理;在此之后，進(jìn)一步探索含砷

2、煙塵中砷的走向及除砷路線，并通過(guò)熱力學(xué)與試驗(yàn)來(lái)分析焙燒除塵灰脫砷的影響因素。運(yùn)用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法、X射線衍射、掃描電子顯微鏡、激光粒度分析儀、熱重分析儀等分析礦物的物化性質(zhì)，得出結(jié)論如下:
　　(1)熱力學(xué)研究表明，燒結(jié)脫砷產(chǎn)物及脫砷率與溫度、氧分壓及堿度密切相關(guān)。在燒結(jié)過(guò)程中，殘留在燒結(jié)礦中的砷，主要是以固態(tài)砷酸鹽(FeAsO4、 AlAsO4、Mg3(AsO4)2、 Ca3(AsO4)2)、As2S2(s)或As

3、2O3(s)存在，其它砷會(huì)以氣態(tài)物質(zhì)脫除。堿度越大，砷酸鹽生成的溫度區(qū)域越寬，同時(shí)脫砷越困難。試驗(yàn)表明，燒結(jié)礦堿度及料層位置對(duì)脫砷率有一定影響，但配煤比和抽風(fēng)負(fù)壓影響更大。在弱氧化性氣氛條件下，含毒砂的低砷鐵礦石合適的脫砷工藝為:配煤比5.0％～6.0％、抽風(fēng)負(fù)壓14kPa、高堿度。
　　(2)燒結(jié)工藝中，砷可以在點(diǎn)火層、燒結(jié)層和燃燒層中被脫除。在點(diǎn)火層，燒結(jié)礦層和燃燒層，一部分FeAsS與過(guò)量氧發(fā)生反應(yīng)，生成FeAsO4，其余的

4、FeAsS則與氧氣反應(yīng)，生成As2O3(g)和SO2(g)氣體而揮發(fā)。揮發(fā)的As2O3(g)，一部分與Al2O3或CaO反應(yīng)，生成AlAsO4和Ca(AsO4)2，導(dǎo)致在燒結(jié)產(chǎn)物中砷的殘留。預(yù)熱層、干燥層和底層中的FeAsS則因溫度偏低而較難以分解，故在高溫區(qū)域中產(chǎn)生的As2O3(g)，在這低溫層中與金屬氧化物反應(yīng)，生成砷酸鹽而殘留。
　　(3)熱力學(xué)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，氮?dú)鈿夥栈蚩諝鈿夥障拢簾旧暗牡蜕榈V時(shí)，砷理論上以As2O3少量被

5、脫除，殘余砷以固態(tài)AlAsO4存在;而在真空下焙燒，脫砷稍有改觀，超高真空下會(huì)有部分砷以AsO(g)形式脫除;當(dāng)配碳比到4％～6％時(shí)，砷均轉(zhuǎn)變?yōu)锳s2(g)和As4(g)相。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，含毒砂的低砷鐵礦石中的砷可在空氣、氮?dú)饣蛘婵諝夥障峦ㄟ^(guò)焙燒而脫除。焙燒溫度在1127℃以內(nèi)，焙燒脫砷率和脫硫率均會(huì)隨溫度的升高而增大;溫度繼續(xù)增大至1227℃時(shí)，脫砷率和脫硫率會(huì)隨之減小。最優(yōu)的脫砷脫硫條件是在真空氣氛下，焙燒時(shí)間為1h，焙燒溫度1127℃

6、，此時(shí)脫砷率和脫硫率為89.9％和96.3％。
　　(4)焙燒脫砷機(jī)理表明，空氣氣氛下焙燒含砷礦的脫砷效果不及氮?dú)鈿夥毡簾撋樾Ч?。低溫空氣氣氛下脫砷效率不佳，在于?qiáng)氧化氣氛生成的As2O5與其他氧化物生成了砷酸鹽?？諝饣虻?dú)鈿夥障卤簾撋?，砷是以As2O3形式去除的，殘余的砷會(huì)與礦中氧化物反應(yīng)，生成砷酸鹽，這證實(shí)了焙燒脫砷熱力學(xué)中砷的走向的正確性。
　　(5)在燒結(jié)過(guò)程中被除塵設(shè)備收集到的除塵灰，是以固態(tài)As2O3(s)和

7、As2O5(s)存在的。在空氣或厭氧氣氛條件下焙燒除塵灰，砷會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樯樗猁}。但在550℃以上配比碳粉并隔絕空氣的還原性條件下進(jìn)行焙燒脫砷，砷基本上均以氣態(tài)As2O3(g)存在。
　　(6)熱力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在還原性氣氛下焙燒除塵灰，溫度、配煤比、K2O與Na2O等堿性氧化物含量均會(huì)對(duì)脫砷產(chǎn)物及脫砷率有影響。試驗(yàn)證實(shí)，焙燒溫度為400～450℃時(shí)，焙燒脫砷率可達(dá)89％，但隨著溫度升高至600℃，脫砷率降低至78.36％。因?yàn)樯邷囟葧r(shí)