砷钙渣碳热还原分解热力学分析及试验研究

运用热力学计算软件HSC Chemistry 6.0对砷钙渣碳热还原分解反应进行热力学分析,发现还原气氛下可有效降低CaSO_4、Ca_3(AsO_4)_2的分解温度。根据分析结果在管式炉中进行砷钙渣碳热还原分解试验,并考查反应温度、还原剂量、反应时间对砷钙渣分解的影响。试验结果表明,在温度1 200℃、还原剂量25%、反应时间3h最优条件下,砷挥发率93.75%,脱砷渣中CaO含量78.87%。     

含砷矿石细菌氧化液除砷实验及砷钙渣稳定性研究

以甘肃某金矿经细菌氧化提金后产生的高砷、高铁强酸性细菌氧化液为研究对象，并选择CaO作为沉淀剂进行中和除砷实验，考察pH值、温度、搅拌速度和反应时间等对中和除砷的影响，通过单因素实验确定最佳除砷条件，并探究在模拟自然环境下各因素对砷钙渣稳定性的影响。除砷实验结果表明：在pH=4~5、搅拌速度适宜及常温下反应25 min时，除砷率可达99.99%，实现了废水净化；砷钙渣定量分析结果表明：渣中As、Fe质量分数分别为4.04%和19.79%；模拟自然环境下砷钙渣稳定性影响实验结果表明：当环境pH≤1时，砷钙渣中的砷被溶出了5 mg/L，超过工业废水排放标准。通过试验发现，选择CaO作为沉淀剂对细菌氧化液进行中和除砷，可以实现废水净化，并且当含砷渣所处环境pH≥1时可以稳定存放。     

碱性高砷渣晶化稳定处理技术研究

针对湖南某锑冶炼企业的碱性高砷渣进行了钙砷晶化稳定处理的研究.考察了钙砷摩尔比 、 液固质量比 、反应温度及反应时间对钙砷晶化效果的影响 .结果表明,当钙砷摩尔比为 3.5:1,液固质量比为 3:1,反应温度为 40 ℃,反应时间为 8 h 时,砷毒性浸出浓度最低,由 1 348.67 mg/L 降低至 0.13 mg/L,优于《GB 5085.3-2007》中规定的标准值. SEM-EDS 和 XRD 分析结果表明,原渣中无定型钙砷化合物经晶化处理后,转变成为稳定的结晶良好的四水合碱式砷酸钙.      

从硫化砷渣中回收三氧化二砷的双氧水氧化工艺研究

含砷酸性废水经硫化法处理产生的硫化砷渣含砷量高,属于典型危废.本文采用双氧水氧化处理硫化砷渣,得到富砷液和硫磺渣,富砷液经二氧化硫还原得到三氧化二砷产品.通过氧化浸出过程试验,得到最佳反应条件:硫酸加入量、工业级双氧水用量分别为硫化砷渣量的10％和30％、液固比为1:1,催化剂加入量为硫化砷渣量的0.1％、温度85℃、...     

碳酸钠浸出硫化砷渣制备砷酸钙

铅锌冶炼污酸水处理产生的硫化砷渣含有大量的3价砷,需要将其氧化为5价砷,然后再转化为5价砷酸盐实现砷渣稳定化.本文用碳酸钠溶液浸出硫化砷渣,向浸出液中加入氯化钙溶液,反应得到砷酸钙沉淀.研究了浸出温度以及浸出时间在碱性浸出过程中对砷浸出率以及砷酸钙沉积率的影响.研究结果表明:温度为80℃,碳酸钠与硫化砷渣摩尔比为1.2...     

从铅精炼渣中回收砷

布罗肯希尔联合冶炼公司精炼作业中产生的砷渣目前被处理成一种钙砷化合物就地储存在砌衬的坝中。对这些砷渣进行的实验室和大型试验工作导致了开发一种湿法冶金生产三氧化砷的方法。这种渣用热水浸出以产生一种磁性砷溶液,该溶液与来自贮存坝的物料及石灰混合,生成砷酸钙沉淀物。然后,该沉淀与硫酸反应,生成返回主车间的石膏和一种酸式砷溶液。向这种溶液中鼓入含SO_23- 6％的气体,冷却沉淀三氧化砷。该产品的三氧化砷含量超过95％。布罗肯希尔公司正在评估在皮里港建一个使用此种方法的车间。     

从布袋灰中提取有价金属的新工艺研究

研究了从布袋灰中提取有价金属的新工艺。采用碳酸钠焙烧—水洗法从布袋灰中除砷,考察了碳酸钠用量、焙烧温度、焙烧时间对除砷率的影响。结果表明,在25g碳酸钠/50g布袋灰、600℃焙烧2h的条件下得到的焙砂经水洗后,水洗渣含砷仅为0.15%,除砷率可达99.85%,此时锌、铜的损失率仅为0.5%。除砷水洗渣提取有价金属的最佳浸出条件为:硫酸浓度1.23mol/L、浸出温度90℃、浸出时间1.5h,在此条件下锌浸出率达98.53%,铜浸出率达97.65%。浸出液中的锌、铜可采用加入过量氢氧化钠的方法得到分离,浸出渣中的铅、锡可加入碳进行还原熔炼得到铅锡合金。     

含砷烟尘的综合利用

采用氢氧化钠碱性浸出分离回收含砷烟尘中的砷,在优化试验条件下,砷、锑、铅的浸出率分别为99.27%、1.83%和0.20%;砷浸出液经氧化—冷却结晶回收砷酸钠后返回浸出过程循环利用,整个脱砷工艺闭路循环。采用硫化钠浸出—空气氧化法分离回收含砷烟尘碱浸渣中的锑并制备焦锑酸钠,碱浸渣中锑的浸出率为93.03%,锑浸出液中锑沉淀率为98.51%。采用硫酸浸出—铝板置换分离回收硫化钠浸出渣中的铟并制备海绵铟,铟的浸出率为71.83%。硫酸浸出渣中铅的主要以PbS的形式存在,可以作为铅冶炼的原料返回铅厂回收铅。     

含砷氰化尾渣的固砷试验研究

将含砷氰化尾渣经过破氰处理后,再进行固砷。考察了硫酸亚铁用量、反应时间及矿浆初始pH对固砷效果的影响。结果表明,较优的固砷条件为:每吨尾渣硫酸亚铁用量110kg、反应时间2h、矿浆初始pH=10。在此条件下,对得到的固砷渣进行了浸出毒性试验,浸出液中总砷含量0.32mg/L,小于2.5mg/L的控制限值,可进入尾矿库处置。     

含砷金矿提金渣综合回收砷

以细菌氧化提金废渣为原料,对其中所含的砷进行回收。分别考察了碱用量、浸出温度、液固比和浸出时间对砷浸出率的影响及溶液初始pH、钙砷摩尔比和沉淀时间对砷沉淀率的影响。通过单因素条件试验确定了浸砷的较优条件为：氢氧化钠浓度为240 g/L,反应温度60 ℃,液固比4∶1,搅拌浸出2 h。在最优条件下砷浸出率达到85%。从浸出液中沉砷的较优条件为：溶液初始pH=12.0,钙砷摩尔比2∶1,沉淀时间30 min。在优化条件下砷沉淀率达到97%以上。     

碳热焙烧还原砷酸钙制备金属砷

致力于碳热焙烧还原砷酸钙制备具有商业价值的金属单质砷,为推进砷危废物无害化处理向砷资源化回收利用前进展开科学研究。其中热重分析表明,砷酸钙与碳粉混合热解的质量损失分为3个阶段,阶段1和阶段2为失水过程,阶段3为碳还原砷酸钙生成CaO和砷蒸气过程。且研究发现,可以利用相边界反应动力学模型解释阶段3反应机制。而单因素条件实验结果表明:在温度1000 ℃、碳配入系数1.4、恒温时长60 min条件下砷挥发率高达99.94%。X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜能谱仪(SEM?EDS)对反应体系中有关产物表征表明,较优条件下产品砷主要为片状金属砷和粉末非晶体砷,焙烧残渣为CaO。      

温度对CaO-SiO2-Al2O3-MgO高炉渣系Al2O3活度的影响

 Al₂O₃作为熔渣中的主要组元之一,其对熔渣的冶金性能的影响尤为突出。对于高炉炼铁而言,高炉渣中Al₂O₃增加会对炼铁及脱硫造成不利影响。然而,随着中国钢铁工业的不断发展,相对低廉的高Al₂O₃进口铁矿石使用量不断攀升,使得高炉渣中Al₂O₃含量明显增加,高炉渣中Al₂O₃质量分数往往大于15%,更高的甚至大于20%。目前关于高Al₂O₃高炉渣系中Al₂O₃组元的热力学性质(例如采用参考渣法测定Al₂O₃的活度)及其对炉渣冶金性能的影响等研究鲜有报道,而温度是影响冶金熔渣冶金性能的重要热力学因素之一,因此探讨温度对冶金熔渣中Al₂O₃组元活度影响的规律不仅具有重要的研究意义,同时也为现场实践提供坚实的理论依据。采用参考渣法对1 773～1 873 K温度条件下CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度进行测定,并采用Raman光谱对熔渣的结构进行检测。考察了温度对CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度的影响。结果表明,随着温度的增加,熔渣中Al₂O₃的化学势降低,熔渣与铜金属熔液之间的反应向右移动来达到新的平衡,因而Al₂O₃的活度随着温度的增加逐渐降低。温度的增加使熔渣中Al₂O₃与碱性金属氧化物发生反应,使钙铝酸盐(CaO·Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃)和镁铝酸盐(MgO·Al₂O₃)等复合物生成量增加,此时熔渣的结构由于O2-的增加而逐渐发生解聚,熔渣中的自由Al₂O₃减少,从而导致Al₂O₃活度逐渐降低。     

K2O和Na2O对高Al2O3炉渣组元活度和MgO含量的影响

 随着高品位铁矿石消耗的加快,资源逐渐趋于贫化,钢铁企业可利用的铁矿石原料逐渐向中低品位原料转变,尤其是高铝铁矿,这类原料的使用无疑会增加高炉渣中Al₂O₃质量分数,影响高炉现有的操作制度。Al₂O₃质量分数为15%～17%的高炉渣,由于Al₂O₃含量高而使高炉渣的冶金性能变差,为了保证高炉渣的冶金性能,必须在其中添加8%左右的MgO。然而,Al₂O₃含量相似的浦项钢铁的高炉渣,其MgO质量分数仅为4%左右,高炉实现了高效、稳定、顺行。因此,从高炉CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO四元渣系的物理化学机理出发,研究了K₂O、Na₂O对高炉渣四元渣系CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO中各组元活度的影响;研究了“渣-气”平衡条件下渣中碱金属氧化物和气体中碱金属的关系;计算了K₂O、Na₂O和MgO对黏度的影响。结果显示,在考虑高炉渣CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO中各组元活度、碱金属在渣-气间的分布和炉渣黏度的情况下,当碱金属氧化物K₂O和Na₂O存在时,可以适当减小MgO含量,并可以保证高炉渣各组元活度及炉渣黏度基本不变。这不仅有助于减少高炉原料中添加含镁熔剂、提高原料品位、高效排碱、降低碱危害、减少碳排放、延长高炉寿命及降低成本,还能促进钢铁企业实现节能减排的目标。     

熔融改质含磷钢渣碳热还原回收有价元素试验

 针对含磷转炉渣中磷、铁及锰等有价资源回收及有价元素回收后钢渣资源化利用的问题,通过理论计算、电阻炉试验、感应炉试验等研究手段,系统分析了熔融改质后的含磷钢渣碳热还原回收有价元素的热力学条件和影响规律。研究结果表明,还原温度为1 723 K、碱度为1.0~2.0时,低碱度有利于渣中铁、磷资源的回收;当炉渣碱度为1.0时,Fe₂O₃、P₂O₅、MnO还原率分别可达到99.50%、84.47%和3.26%,渣中铁元素和磷元素收得率分别为99.50%和68.69%;当碱度为1.5时,渣中Fe₂O₃、P₂O₅还原率分别为90.45%和63.73%,与碱度为1.0时相比还原率降低;当碱度为2.0时,渣铁未实现完全分离,渣中Fe₂O₃还原率为71.43%。在感应炉内对熔融改质工业渣碳热还原试验中,在碱度为1.0时,温度为1 723 K条件下,渣中铁元素收得率可以达到99%以上,磷收得率为47.18%;通过热力学分析可以发现,FeO、P₂O₅与MnO相比更容易被碳还原,在试验过程发现,FeO及P₂O₅先还原,反应20 min后渣中MnO开始被还原,整个还原过程中渣中MnO含量略有降低;碳热还原后渣中FeO质量分数仅为0.07%,渣中P₂O₅质量分数为0.93%,MnO质量分数为2.83%;利用FactSage对比改质渣还原前后物相组成可知,还原后渣中含铁物相(Ca₃Fe₂Si₃O₁₂)物相能得到有效控制,磷酸钙质量分数明显减少,渣中橄榄石相大幅度增加,提高了钢渣的应用范围,这为含磷钢渣有价元素回收及资源化利用提供了研究基础。     

含砷废渣处理现状及研究进展

随着工业的发展,砷污染已经成为全球性的环境问题.尤其是冶金化工行业中含砷废渣产量巨大且危害重大,含砷废渣的处理问题亟待解决.文中介绍了含砷废渣的主要来源、危害及现状,详细介绍了国内外含砷废渣的处理方法,其中主要包括水泥固化、地聚合物固化等固化方法,以及酸浸、硫酸铜置换等资源化处理方法,以期对今后研究含砷废渣的处理提供有益的帮助.      

高硅铁废渣直接还原铁晶粒形成与长大

 冶金工业每年会产生大量的高硅铁废渣,铜渣作为一种典型的高硅铁废渣,目前主要以露天堆积方式处理,为了提取铜渣中有价元素,并进行资源化利用,以某厂铜渣为例进行煤基直接还原试验,采用XRD衍射、扫描电镜等分析手段,探究铜渣在直接还原过程中不同阶段以及加入形核剂条件下铁晶粒的形成、长大及分布规律。结果表明,还原时间为30 min时,金属化率最高为78.40%,铁晶粒生长情况最为良好,铁元素分布最集中;还原过程中加入磁铁矿能明显提高金属化率,有利于铁晶粒的生长,当磁铁矿配比为20%时,金属化率最高,为87.59%;磁铁矿作为形核剂加入可降低形核位垒,促进铁晶粒的长大与铁元素的集中分布。     

转炉及KR循环利用钢包热态铸余渣工艺试验

为了达到节能降耗的目的,在转炉及KR进行钢包热态铸余渣循环利用的工艺试验。对比分析了转炉及KR循环利用钢包热态铸余渣前后的成渣效果和冶金效果。结果表明,在不需要对现有装备进行改造的情况下,常规炉次每炉加入约30 kg/t的钢包热态铸余渣,可节约消耗钢铁料12 kg/t、石灰4.31 kg/t、烧结矿4.87 kg/t、氧气1.83 m3/t,缩短冶炼时间3.24 min/炉,节省冶炼成本39.43 元/t(钢),降低终点a[O]含量,提高终点脱磷率,在提高钢水质量和冶炼效率、降低炼钢成本的同时,减轻了钢包铸余渣排放对环境的污染,经济效益和社会效益良好。为减小钢包铸余渣中硫含量高对转炉冶炼效果的影响,可采用将钢包热态铸余渣返回KR进行铁水预处理的方式加以循环利用,每罐铁水中加入约27 kg/t的钢包热态铸余渣后,石灰等脱硫剂用量减少82.2%,铁水预处理时间缩短1 min,温降减少4 ℃,回磷率降低2个百分点,脱硫率达到69.4%,同样取得了良好效果。     

转炉及KR循环利用钢包热态铸余渣工艺试验

为了达到节能降耗的目的,在转炉及KR进行钢包热态铸余渣循环利用的工艺试验。对比分析了转炉及KR循环利用钢包热态铸余渣前后的成渣效果和冶金效果。结果表明,在不需要对现有装备进行改造的情况下,常规炉次每炉加入约30 kg/t的钢包热态铸余渣,可节约消耗钢铁料12 kg/t、石灰4.31 kg/t、烧结矿4.87 kg/t、氧气1.83 m3/t,缩短冶炼时间3.24 min/炉,节省冶炼成本39.43 元/t(钢),降低终点a[O]含量,提高终点脱磷率,在提高钢水质量和冶炼效率、降低炼钢成本的同时,减轻了钢包铸余渣排放对环境的污染,经济效益和社会效益良好。为减小钢包铸余渣中硫含量高对转炉冶炼效果的影响,可采用将钢包热态铸余渣返回KR进行铁水预处理的方式加以循环利用,每罐铁水中加入约27 kg/t的钢包热态铸余渣后,石灰等脱硫剂用量减少82.2%,铁水预处理时间缩短1 min,温降减少4 ℃,回磷率降低2个百分点,脱硫率达到69.4%,同样取得了良好效果。     

响应曲面法优化Na2S-NaOH体系浸出硫酸烧渣中的砷

硫酸烧渣作为重要的二次资源,除砷有利于提高烧渣的价值.针对某含砷硫酸烧渣预处理脱砷的问题,采用Na₂S-NaOH体系浸出烧渣中的砷.首先采用单因素试验确定Na₂S和NaOH的药剂用量范围,进而采用响应曲面法优化浸出工艺参数.结果显示,响应曲面法优化Na₂S-NaOH体系中浸出砷的模型显著,Na₂S、NaOH和温度均对砷的浸出有着重要影响,且温度越高越有利于砷的浸出,Na₂S和NaOH之间存在明显的交互作用,在80℃、NaOH浓度为0.34 mol·L-1、Na₂S浓度为0.12mol·L-1时,浸出后烧渣中的砷质量分数可以降低到0.08%.      

MgO对高碱度高铝烧结矿的影响

 随着钢铁企业高铝铁矿粉使用比例的提高,带来了高炉炉渣黏度增大、渣铁分离困难等一系列问题。采用烧结杯试验,研究了MgO含量增加对高碱度高铝烧结矿经济技术指标、冷强度和冶金性能的影响,采用Nova400 NanoSEM型场发射扫描电子显微镜分析了烧结矿微观结构。试验结果表明,高碱度高铝烧结矿中MgO质量分数从1.72%提高到2.49%时,垂直烧结速度降低4.38 mm/min,利用系数降低0.51 t/(m2·h),低温还原粉化指数增加6.7%;当烧结矿中MgO质量分数为2.11%时,转鼓指数和还原度最高,分别达到61.93%和86.39%;Mg2+主要固溶在磁铁矿晶格中并替代Fe2+,替代的质量分数最高达3.64%,生成的含镁磁铁矿抑制烧结矿降温过程中由Fe₃O₄→Fe₂O₃氧化过程的相变,减少了二次赤铁矿的生成,有利于改善烧结矿的低温还原粉化性能。研究结果可以为改善高碱度高铝烧结矿性能和提高炉渣流动性提供理论指导和参考依据。