引言 随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高,钢厂普遍采用了炉外精炼工艺流程,它已成为现代炼钢工艺中不可缺少的重要环节。由于这种技术可以提高炼钢设备的生产能力,改善钢材质量,降低能耗,减少耐材、能源和铁合金消耗,因此,炉外精炼技术已成为当今世界钢铁冶金发展的方向。对于炉外精炼技术存在的问题及发展方向有必要进行探讨。 1 国内外炉外精炼技术的发展历程和现状 随着炼钢技术的不断进步,炉外精炼在现代钢铁生产中已经占有重要地位,传统的生产流程(高炉→炼钢炉(电炉或转炉)→铸锭),已逐步被新的流程(高炉→铁水预处理→炼钢炉→炉外精炼→连铸)所代替。已成为国内外大型钢铁企业生产的主要工艺流程,尤其在特殊钢领域,精炼和连铸技术发展得日趋成熟。精炼工序在整个流程中起到至关重要的作用,一方面通过这道工序可以提高钢的纯净度、去除有害夹杂、进行微合金化和夹杂物变性处理;另一方面,精炼又是一个缓冲环节,有利于连铸生产均衡地进行。 日本在20世纪70年代为了降低炼钢成本,提高钢的纯净度和质量,率先将炉外精炼技术应用于特殊钢生产中,随后西欧的钢铁企业也加入到推广和使用这项技术的行列中。据资料报道,日本早在1985年精炼率达到年上升到,特殊钢的精炼率达到94%,新建电炉短流程钢厂100%采用炉外精炼技术。80年代连铸技术发展迅速,原有的炼钢炉难以满足连铸的技术要求,更加促进了炉外精炼技术的发展,到1990年为止世界各主要工业国家拥有1000多台(套)炉外精炼设备。 我国早在20世纪50年代末,60年代中期就在炼钢生产中采用高碱度合成渣在出钢过程中脱硫冶炼轴承钢、钢包静态脱气等初步精炼技术,但没有精炼的装备。60年代中期至70年代有些特钢企业(大冶、武钢等)引进一批真空精炼设备。80年代我国自行研制开发的精炼设备逐渐投入使用(如LF炉、喷粉、搅拌设备),黑龙江省冶金研究所等单位联合研制开发了喂线机、包芯线机和合金芯线,完善了炉外精炼技术的辅助技术。现在这项技术已经非常成熟,以炉外精炼技术为核心的“三位一体”短流程工艺广泛应用于国内各钢铁企业,取得了很好的效果。初炼(电炉或转炉)→精炼→连铸,成了现代化典型的工艺短流程。 2 炉外精炼技术的特点与功能 炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。这些工作只有在精炼炉上进行,其特点与功能如下: 1)可以改变冶金反应条件。炼钢中脱氧、脱碳、脱气的反应产物为气体,精炼可以在真空条件下进行,有利于反应的正向进行,通常工作压力≥50Pa,适于对钢液脱气。 2)可以加快熔池的传质速度。液相传质速度决定冶金反应速度的快慢,精炼过程采用多种搅拌形式(气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌)使系统内的熔体产生流动,加速熔体内传热、传质的过程,达到混合均匀的目的。 3)可以增大渣钢反应的面积。各种精炼设备均有搅拌装置,搅拌过程中可以使钢渣乳化,合金、钢渣随气泡上浮过程中发生熔化、熔解、聚合反应,通常1吨钢液的渣钢反应面积为~,当渣量为原来的6%时,钢渣乳化后形成半径为的渣滴,反应界面会增大1000倍。微合金化、变性处理就是利用这个原理提高精炼效果。 4)可以在电炉(转炉)和连铸之间起到缓冲作用,精炼炉具有灵活性,使作业时间、温度控制较为协调,与连铸形成更加通畅的生产流程。 3 炉外精炼技术在生产中的应用目前得到公认并被广泛应用的炉外精炼方法有:LF法、RH法、VOD法。 LF法(钢包精炼炉法) 它是1971年由日本大同钢公司发明的,用电弧加热,包底吹氩搅拌。 工艺优点 1)电弧加热热效率高,升温幅度大,控温准确度可达±5℃; 2)具备搅拌和合金化的功能,吹氩搅拌易于实现窄范围合金成份控制,提高产品的稳定性; 3)设备投资少,精炼成本低,适合生产超低硫钢、超低氧钢。 LF法的生产工艺要点 1)加热与控温LF采用电弧加热,热效率高,钢水平均升温1℃耗电~·h,LF升温速度决定于供电比功率(kVA/t),而供电的比功率又决定于钢包耐火材料的熔损指数。因采用埋弧泡沫渣技术,可减少电弧的热辐射损失,提高热效率10%~15%,终点温度的精确度≤±5℃。 2)采用白渣精炼工艺。下渣量控制在≤5kg/t,一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣,包渣碱度R≥3,以避免炉渣再氧化。吹氩搅拌时避免钢液裸露。 3)合金微调与窄成份范围控制。据试验报道,使用合金芯线技术可提高金属回收率,齿轮钢中钛的回收率平均达到,硼的回收率达,钢包喂碳线回收率高达90%,ZG30CrMnMoRE喂稀土线稀土回收率达到68%,高的回收率可实现窄成份控制。 LF法在生产实践中的应用 2000年6月,鞍钢第一炼钢厂新建的连铸车间正式投产,精炼设备由两座LF钢包精炼炉,年处理钢水200万t;一座VD钢水真空处理装置,年处理钢水80万t组成。LF炉最大升温速度为4℃,LF炉平均处理周期≤28min;处理效果:平均[H]≤;最低[H]≤。 我国现有家重轨生产厂(攀钢、包钢、鞍钢和武钢)生产典型的工艺路线如下:LD→LF→VD→WF→CC,钢包吊到LF处理线的钢包车上后,由人工接通钢包底吹氩的快速接头,根据要求的钢水成分及温度确定物料的投入量(含喂丝)重轨钢含碳量较高,因而增碳显得很重要,转炉出钢时钢水含碳量控制为~(wt),炉后增碳至~(wt),在LF炉处理时再增~(wt)个碳至标准成份的中上限,经VD处理后即可达到钢种成分要求。 RH法(真空循环脱气法)这种方法是1958年西德发明的,其基本原理是利用气泡将钢水不断的提升到真空室内进行脱气、脱碳,然后回流到钢包中。 RH法的优点 1)反应速度快。真空脱气周期短,一般10分钟可以完成脱气操作,5分种能完成合金化及温度均匀化,可与转炉配合使用。 2)反应效率高。钢水直接在真空室内反应,钢中可达到[H]≤×10-6,[N]≤25×10-6,[C]≤10×10-6,的超纯净钢。 3)可进行吹氧脱碳和二次燃烧热补偿,减少精炼过程的温降。 RH法工艺参数 1)RH循环量。循环量是指单位时间内通过上升管或下降管的钢水量,单位是t/min。有关资料给出的计算公式为: Q=×·,式中:Q———循环流量,t/min;Du———上升管直径,cm;G———上升管内氩气流量,L/min。 2)循环因数。他是指在RH处理过程中通过真空室的钢水与处理量之比,其公式为:μ=w·t/v式中:μ———循环因数,次;w———循环量,t/min;t———循环时间,min;v———钢包容量,t。 3)供氧强度与含碳量的关系。向RH内吹氧可以提高脱碳速度,即RH-OB法。当[C]/[O]>时钢包内氧的传质速度决定脱碳速度,其计算公式为: QO2=×Q·[C]式中:QO2———氧气强度,Nm3/min;Q———钢水循环量,t/min;[C]———含碳量,Nm3/t。 RH法在生产实践中的应用 日本的山阳钢厂将LF与RH配合生产轴承钢形成EF-LF-RH-CC轴承钢生产线,钢中总氧量达到×10-6。LF-RH法首先利用LF炉将钢水升温,利用LF搅拌和渣精炼功能进行还原精炼,是钢水脱硫和预脱氧,然后将钢水送入RH中进行脱氢和二次脱氧。经过这样处理大大的提高了钢水的清洁度,同时钢水的温度达到连铸需要的温度。 宝钢炉外精炼设备有RH-OB、钢包喷粉装置、CAS精炼装置,RH-OB的冶炼效果较理想,脱氢率为50%~70%,脱氮率为20%~40%,一般情况下,经RH-OB处理后[H]≤×10-6,[C]≤30×10-6,去除钢中非金属夹杂物一般能达到70%,钢中总氧量≤25×10-6,而且在RH中合金处理可以提高合金的收得率和控制的精确度,[C]、[Si]、[Mn]的控制精度能达到±,铝的精确度可达到×10-3,取得了较好的炉外精炼效果。 VOD法(真空罐内钢包吹氧除气法) VOD的特点VOD法是1965年西德首先开发应用的,它是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳,同时从钢包底部向上吹氩搅拌。此方法适合生产超低碳不锈钢,达到保铬去碳的目的,可与转炉配合使用。他的优点是实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件-高温、真空、搅拌。 VOD法在生产实践中的应用 20世纪90年代初,上海大隆铸锻厂从德国莱宝(leybold)公司进口1台15tVODC的关键设备和技术软件。采用电炉初炼钢水经VODC炉外精炼的工艺方法,精炼了超低碳不锈钢、中低合金钢和碳钢,取得了很好的冶金效果,钢中非金属夹杂物减少,氢含量小于3×10-6氧含量小于×10-6,不锈钢中铬回收率达98%~99%,精炼后的钢具有十分优越的性能。VODC精炼工艺成熟,控制容易,适应中小型钢厂和铸钢厂的多钢种、小吨位精炼生产需要,对发展铸钢行业的精炼生产会起到很大积极作用,具有广阔的发展前景10。 抚顺特殊钢有限公司有30tVOD炉,采用EAF+VOD技术精炼不锈钢,可使[H]≤×10-6,T[O]≤×10-6,铬回收率达到,脱硫率,精炼高碳铬轴承钢T[O]≤×10-6 。 4 发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向炉外精炼技术已经应用40年,对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起了重要作用,使冶炼成本大幅降低,同时提高了钢的品质和性能。但在发展的过程中也出现了一些问题,有待于解决,使这项技术更加完美。 1)实现炉外精炼工艺的智能化控制,根据来料钢水的各种技术参数,利用信息技术,制定最佳的精炼工艺方案,并通过计算机控制各精炼工序。精炼工位配备快速分析设备,实现数据网络化,减少热停等待时间。 2)炉外处理设备将实现“多功能化”。在水钢精炼设备中将渣洗精炼、真空冶金、搅拌工艺以及加热控温功能全部组合起来,实现精炼,以满足超纯净钢生产的社会需求。 3)开发高纯度、高密度、高强度的优质碱性耐火材料,以适应不同精炼炉的需要,注重产品质量的稳定性。耐火材料的使用条件应尽可能与炉渣相适应,最大限度地降低侵蚀速度。要根据精炼设备的实际情况形成不同层次的配套材料,研究开发保温和修补技术,提高炉衬的使用寿命。 4)减少精炼过程的污染排放,精炼过程会产生大量废气,其中含SO2、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒等,在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、Zn等,这些污染物须经企业内部的相关处理,把污染程度降低到符合排放标准后再排放,加强环境保护意识。 5 结束语 炉外精炼技术是一项提高产品质量,降低生产成本的先进技术,是现代化炼钢工艺不可缺少的重要环节,具有化学成分及温度的精确控制、夹杂物排除、顶渣还原脱S、Ca处理、夹杂物形态控制、去除H、O、C、S等杂质、真空脱气等冶金功能。只有强化每项功能的作用,才能发挥炉外精炼的优势,生产出高品质纯净钢种。
煤气发生炉气化原料煤后,获得固体残渣,我们称为炉渣或炉灰。由于煤种、气化方式不同,所得的炉渣之化学成份和矿物组成有所差异,但是它的化学成份主要是由硅、铝、铁、钙的化合物所组成,而且都含有少量的镁、钛、钾、铜、磷等化合物以及微量的氰化物。它们存在的主要形式是酸盐、硅铝酸盐、氧化物和硫酸盐。现将几种煤渣的化学成份列于下表。炉渣本身略有或没有水硬胶凝性能,但它在磨细以后的水分存在的情况下,特别是在蒸汽养护条件下,参与氢氧化钙或其它氢氧化物发生化学反应。而生成具有水硬胶凝性能的化合物。所以,它可用来当作建筑材料,常用于生产煤渣或炉渣混凝土大型样板等,也可将炉渣用于修路或作房屋内的保温,隔音材料。 类别 二氧化硅 三氧化二铝 三氧化二铁 氧化钙 氧化镁 三氧化硫 烧矢量 1 2 - 3 4 5 - 炉渣里还残留某些稀有金属,据可查历史记载从1896年起也能从炉渣回收锗、钡、铀等成份。发生炉炉渣中一般含碳10-20%。煤炭采用焙烧 浸出 净化 还原 的工艺处理真空蒸硒炉渣,试验结果硒回收率90 09%,硒粉品位>99.5%。硒渣焙烧浸出硒一般从铜、铅和镍的电解阳极泥、硫酸生产的酸泥和生产纸浆的洗涤 炉渣中的含碳可燃物如不加以回收,不仅严重地浪费国家资源,而且对炉渣综合利用带来不好的影响,所以在某些城市,将含碳量高的炉渣打作成生活用煤砖,再使其燃烧一次,一方面充分回收煤炭热能,另一方面使炉渣能得到充分利用。 由于炉渣是多孔性碱性物质,所以它还能和于废水处理系统作过滤材料,用于废水的除油,除固体杂质等预处理方面。
好宽的范围,就只讲转炉炼钢的发展也不止5000字啊
李延祥,韩汝玢:林西县大井古铜矿冶遗址冶炼技术研究《自然科学史研究》1990年第2期,151-160李延祥:从古文献看长江中下游古代火法炼铜技术《中国科技史料》1993年第4期李延祥:冶金史上的奇篇《大冶赋》《中国冶金史料》1992年第4期,42-50李延祥:西属美洲的白银开采及其向中国的流入《中国冶金史料》1993年第1期,34-41李延祥:东南亚冶金考古《中国冶金史料》1993年第2期,39-46李延祥:旧大陆铜冶金考古《中国冶金史料》1993年第2期,46-53李延祥,洪彦若:炉渣分析揭示古代炼铜技术《文物保护与考古科学》1995年第1期,28-34李延祥、韩汝玢、柯俊:九华山唐代炼铜炉渣研究《自然科学史研究》1996年第3期,285-294梅建军,李延祥:新疆奴拉赛古铜矿铜矿冶遗址冶炼技术初步研究《自然科学史研究》1998年第3期,289-295李延祥,卢本珊:铜绿山XI号矿体炉渣冶炼冰铜说《有色金属》(季刊)1998年第3期,120-128李延祥:安第斯冶金考古《文物保护与考古科学》1998年第2期,44-49戴志强,周卫容,李延祥,刘伟:“夹锡钱”问题再研究《中国钱币》1999年第1期,4-9李延祥:巴尔干半岛冶金考古《文物保护与考古科学》1999年第2期,53-56李延祥:铜绿山XI矿体古代炉渣的熔炼过程《有色金属》(季刊)1999年第4期,93-96李延祥,韩汝玢,宝文博,陈铁梅:牛河粱页铜炉壁残片研究《文物》1999年第12期,44-50李延祥,周卫荣:广西贺县铁屎岭遗址宋代锡铅及含锡铁钱冶炼技术研究《有色金属》(季刊)2000年第2期,91-95李延祥,韩汝玢:辽宁省凌源县牛河梁出土的炉壁研究《有色金属》(季刊)2000年第3期,80-83李延祥:九华山唐代铜矿冶遗址冶炼技术研究《有色金属》(季刊)2000年第4期,95-99周卫荣,李延祥:广西贺县铁屎岭遗址北宋含锡铁钱初步研究《文物》2000年第12期,73-80李延祥,梅建军:奴拉赛古铜矿冶炼技术研究《有色金属》(季刊)2001年第1期,64-66李延祥:阿拉伯谷地的冶金考古《有色金属》(季刊)2001年第3期,92-96李延祥,王兆文,王连伟,韩汝玢:大井古铜矿冶炼技术及产品特征《有色金属》(季刊)2001年第3期,92-96王兆文,李延祥,李庆峰,高炳亮,邱竹贤:铝电极阳极材料的开发与应用《有色金属》(季刊)2001年第3期,92-96李延祥,贾海新,朱延平:敖汉旗大甸子夏家店下层文化墓葬出土铜器初步研究《有色金属》(季刊)2002年4期,123-126李延祥,朱延平:塔布敖包冶铜遗址初步考察,《有色金属》(季刊)2003年8期,149-152李延祥,贾海新,朱延平:大甸子墓地出土铜器初步研究《文物》,2003年7期,78-84李延祥:中国古代对锡在钢铁中的作用的理解和利用第三届北京冶金年会论文集,2002年10月(论文集)Weirong Zhou and Yanxiang Li: A Search for the Tinned Coins of the Song Dynasty, ChinaBulletin of the metals museum, 2003, P63-73李延祥:开展燕文化区的铜冶金考古 《有色金属》(季刊),2003年4期,168-172李延祥:《中国通邮地方物产志》记载山西产锡及其意义 《有色金属》(季刊),2004年第3期Mei Jianjun, Li Yanxiang. Early Copper Technology in Xinjiang, China: The Evidence So and Metal Production Through The Age, The British Museum Press, 2003李延祥等:辽西地区早期铜冶金技术《广西民族学院学报》,2004年第2期,11-20梁宏刚,李延祥等,垣曲商城出土含砷渣块研究《有色金属》(季刊),2005第3期Chen Jianli, Li Yanxiang, et al:Chronological and metallurgical studies for the zinc smelting ruins at Yangliusi site, Fengdu County, Chongqing. Metallurgy: A touchstone for cross-cultural interaction The British Museum, April 2005李延祥,蔡全法:郑韩故城出土含金渣块研究《文物科技研究》,2005年(第二辑)李延祥等:2005年辽西古矿冶遗址考察报《文物研究所70周年纪念文集》,2006年
冶金工艺的不断发展,传统炼铜工艺如鼓风炉熔炼、反射炉熔炼和电炉熔炼等,正逐渐被闪速熔炼工艺所取代;与此同时,熔池熔炼工艺如诺兰达法、瓦纽科夫法、艾萨法,因其工艺自身的优势而逐渐被人们所重视。冶炼厂转炉、闪速熔炼等炉渣含铜较高(尤其是含砷等有害元素较高的炉渣),返回处理困难,日本、芬兰等冶炼厂都采用选矿工艺处理铜冶炼渣。
我国的铜渣主要为火法熔炼渣,每年产出150万吨以上,目前累积达2500多万吨,此外还有相当数量的转炉渣和湿法炼铜浸出渣。我国铜资源目前的保有储量7048万吨,已开发4100万吨,其余尚未利用的储量中,富矿少、贫矿多,原矿品位低、难采难选,建设条件和开发效益差,回收利用困难。相反,铜冶炼产生的冶炼渣中Cu、Fe等金属含量却较高。
随着铜年产量的不断增加,铜渣的堆积量也越来越大,这些铜渣如果长期堆存,经日晒,风吹,雨淋,渣中的有毒金属元素就会溶出,进入土壤,流入江河而导致二次环境污染。此外,铜渣大量堆积在炼铜厂周围得不到处理,还占用了大量的土地,造成土地资源的浪费。所以必须设置除铁系统。
矿渣和钢渣等冶金渣中往往含有铁质,以铁粒、铁块的形态或包裹在渣中,且金属铁颗粒又 硬又具有延展性和韧性,影响粉磨。在使用矿渣和钢渣作为原料及混合材的粉磨生产线人料胶带 上,直接用除铁器除去夹带料中的铁渣;对包裹在颗粒中的铁质,经粉磨使铁质裸露后,再由除 铁器或筛板将料粉与铁粉分离。要设置除铁系统的原因如下。①提高粉磨效率在粉磨有杂质铁存在的物料时,当研磨体(钢球、磨辊等)的粉磨力作 用于铁颗粒,而不能有效地传递到物料上时,降低粉磨能力。②保护磨盘、磨辊、衬板和钢球等有金属杂质存在时,增加研磨体等易损件的磨损量。③避免后续设备运行受影响如输送管道、生料均化库、水泥包装等。
近年来,随着冶金工业的不断发展,大量的冶金废渣堆积,造成矿产资源浪费和环境污染,若能利用其脱硫,不仅可以减少废渣堆积造成的环境污染,还能降低脱硫成本,环境和经济效益都非常可观。本文综述了有色金属冶炼渣(铜渣、锰渣)的处理处置方法,提出利用冶炼废渣处理含SO2烧结烟气,对冶炼废渣渣的综合利用提出展望。
输煤系统运往锅炉原煤仓的原煤中,常常夹杂有各种不 同形状和大小的金属物。这些金属物进入输煤系统的碎煤机或制 粉系统,都将造成有关设备的严重损坏和事故。同时,这些金属 物沿输煤系统通过,会在带式输送机、皮带给煤机等转动部分引 起各种破坏,尤其是导致胶带的纵向划破,将给输煤系统造成重 大事故。为保障输煤系统安全运行,必须装设除铁设备除去煤中金属物。
冶金工业在冶炼过程中每年产生大量的有色冶金废渣,如果不加以回收利用,将造成严重的环境污染及资源浪费。因此,有色冶金废渣无害化处理与资源化利用成为了冶金工业的研究热点。而冶金废渣中含有多种有色金属,如Fe、Mn、Zn、Al等,具有液相催化氧化脱除SO2的特性。采用液相催化氧化法处理冶炼烟气中低浓度的SO2,最终达到以废治废、废物再利用的目的。矿渣和钢渣等冶金渣中往往含有铁质,以铁粒、铁块的形态或包裹在渣中,且金属铁颗粒又 硬又具有延展性和韧性,影响粉磨。在使用矿渣和钢渣作为原料及混合材的粉磨生产线人料胶带 上,直接用除铁器除去夹带料中的铁渣;对包裹在颗粒中的铁质,经粉磨使铁质裸露后,再由除 铁器或筛板将料粉与铁粉分离,要设置除铁系统。
据统计,中国每年产生超过4亿吨生活垃圾。如果算上建筑垃圾,这个数字将超过30亿吨。建筑垃圾是新建、改建、扩建和拆除建筑物过程中产生的渣土、弃土、弃料、淤泥及其他废弃物的总称,目前也是我国城市单一品种排放数量最大、最集中的固体垃圾。
在建筑垃圾治理体系中,推进建筑垃圾减量化一直是其中的重要内容。修订后的《固废法》要求政府制定包括源头减量在内的建筑垃圾(污染环境)防治工作规划后,住建部很快在《关于推进建筑垃圾减量化的指导意见》(下简称《意见》)中提出了“2020年年底,各地区建筑垃圾减量化工作机制初步建立”的近期工作目标,并围绕施工现场这一建筑垃圾减量化工作的主战场制定了《施工现场建筑垃圾减量化指导手册(试行)》(下简称《手册》)。
结合2018年以来的建筑垃圾治理试点工作经验,新政围绕存量治理与增量控制双管齐下,旨在有效减少工程全寿命期的建筑垃圾排放。
1、建筑垃圾存量治理
当前,我国存量建筑垃圾已达200余亿吨,建筑垃圾“围城”、“堆山”、“填河”等现象愈演愈烈。对占用公共用地、影响城市环境的存量建筑垃圾进行消纳治理,是建筑垃圾减量化的当务之急。
消纳治理即确保建筑垃圾被倾倒至指定场所,而非倾倒、抛撒或堆放于其他场所。相应的,《手册》从施工现场端予以了规范:出场建筑垃圾应运往符合要求的建筑垃圾处置场所或消纳场所。针对消纳治理基础设施状况,修订后的《固废法》也要求政府做好消纳设施和场所布局及建设工作。此外,地方政策还因地制宜设置了弹性要求,如《湖南省人民政府办公厅关于加强城市建筑垃圾管理促进资源化利用的意见》明确:对城区和城乡结合部现存的渣土堆,短期内不能清理的,各地应在安全加固、地形整理基础上进行绿化。
在加快建筑垃圾消纳治理的同时,建立健全建筑垃圾开发和再利用体系也是存量治理的路径之一。建筑垃圾并非“一无是处”,其中的许多废弃物经分拣、剔除或粉碎后可作为再生资源重新利用,如砖、瓦可重复使用,且废砖、碎瓦可作为再生骨料。
为提高建筑垃圾的资源化利用率,《意见》明确:施工单位应充分利用混凝土、钢筋、模板、珍珠岩保温材料等余料,在满足质量要求的前提下,根据实际需求加工制作成各类工程材料,实行循环利用。事实上,施工单位在地形整理、工程填垫等环节合理利用建筑垃圾,能够直接实现就地减量。当然,《意见》也对不具备就地利用条件的施工现场做出规定,要求其按规定及时转运到建筑垃圾处置场所进行资源化处置和再利用。
2、建筑垃圾增量控制
为减少建筑垃圾的产生,《意见》要求各参建主体积极开展绿色策划、实施绿色设计、推广绿色施工,在工程建设全周期控制建筑垃圾增量。
绿色策划即在项目构成和总体设想中推动建筑垃圾增量控制常态化。从建造方式看,绿色建筑、装配式建筑以及全装修交付等建设方式的应用能够减少施工现场建筑垃圾的产生,也是建筑行业现代化的必经之路;从建造用材看,可再生、可循环利用的绿色建材和施工周转工具能够提高建材利用效率,是实现建筑垃圾减量化的长远选择。另外,为减少因施工质量、“错漏碰缺”等原因造成的返工而浪费建筑材料、产生建筑垃圾,《意见》还鼓励建设单位推进建筑信息模型(BIM)等技术在工程设计和施工中的应用,并创新组织模式加强设计与施工的深度协同。
绿色设计即在工程设计中为建筑垃圾增量控制提供体系化依据。《意见》一方面要求设计单位推进功能模块和部品构件标准化,通过细节的统一化、系列化、通用化、组合化、模块化避免或减少施工过程中拆改、变更产生建筑垃圾;另一方面要求设计单位深化设计,保证设计深度满足施工需要,减少施工过程设计变更。
绿色施工即在工程施工过程中将建筑垃圾增量控制落到实处。为落实各方建筑垃圾减量化责任,《意见》要求施工单位在建筑垃圾源头减量(源头减量措施包括设计深化、施工组织优化、永临结合、临时设施和周转材料重复利用、施工过程管控等)、分类收集与存放、就地处置、排放控制等方面采取相应措施;也引导各参建主体采用先进技术、工艺、设备和管理措施,应用技术力量实现建筑垃圾减量化。其中,围绕《意见》提出的“鼓励以末端处置为导向对建筑垃圾进行细化分类”,《手册》也制定了施工现场建筑垃圾的分类收集与存放细则,这也将为建筑垃圾资源化利用以及垃圾分类提供助力。另外,《手册》还从施工现场建筑垃圾减量化专项方案的编制、源头减量、就地处置、排放控制等维度进行了部署。
存量治理与增量控制齐头并进,方能够做好建筑垃圾减量化工作,促进绿色建造和建筑业转型升级。在此基础上,建筑垃圾治理体系也应加紧完善:通过在建筑垃圾收集、运输、资源化利用和处置管理全周期落实建筑垃圾减量化,我国建筑垃圾治理能力才能得到整体提升,建筑业也将为节约资源、保护环境做出应有贡献。
我觉得lovercannon网友,已经把问题说的很明白了,但是在实际中,由于炉渣的主要成分是CaO和SiO2,氧化铝的影响因素很低,基本可以忽略,在现在的研究中少见到关于氧化铝和氧化镁对高炉炉渣的影响的文献,如果要在实际中应用,我认为应该谨慎。我倒是看到过关于使用添加锰矿调节碱度和炉渣流动性的。但是如 果是做专业性质的研究,例外。 很抱歉,楼主,关于你的问题补充,我实在无法明确回答,我刚刚担任高炉工长,但是我在高炉主控室的这段时间里并没有注意炉渣氧化镁变化对炉渣碱度和流动性的影响,在我的生产日志中也没有关于炉渣氧化铝的记载(有氧化铝这一栏,可能是参考价值较低,已经好几年没有氧化铝含量的记载了)。但是,可以明确的是,每一座高炉由于它的原燃料情况,装料制度,焦比(综合焦比)的差异,并不存在一个绝对的碱度最优值。以我所在的高炉为例,碱度硫磺基本可以控制在以下,而且流动性较好,不会影响到高炉顺行。呵呵,悬赏分数越来越高了哦! 记住lovercannon所说的那些,我觉得自己已经没有要补充的了。 lovercannon网友的知识储备明显要比我高。
高炉炼铁生产是冶金(钢铁)工业最主要的环节。高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉,并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣,聚集在炉缸中,定期从铁口、渣口放出。 高炉生产是连续进行的。一代高炉(从开炉到大修停炉为一代)能连续生产几年到十几年。本专题将详细介绍高炉炼铁生产的工艺流程,主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息。由于时间的仓促和编辑水平有限,专题中难免出现遗漏或错误的地方,欢迎大家补充指正。高炉冶炼目的:将矿石中的铁元素提取出来,生产出来的主要产品为铁水。付产品有:水渣、矿渣棉和高炉煤气等。高炉冶炼原理简介:高炉生产是连续进行的。一代高炉(从开炉到大修停炉为一代)能连续生产几年到十几年。生产时,从炉顶(一般炉顶是由料种与料斗组成,现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶)不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂,从高炉下部的风口吹进热风(1000~1300摄氏度),喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石,主要是铁和氧的化合物。在高温下,焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来,得到铁,这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁,铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣,从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出,经除尘后,作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压,用导出的部分煤气发电。 高炉冶炼工艺流程简图:[高炉工艺]高炉冶炼过程:高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉,并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣,聚集在炉缸中,定期从铁口、渣口放出。高炉冶炼工艺--炉前操作:一、炉前操作的任务1、利用开口机、泥炮、堵渣机等专用设备和各种工具,按规定的时间分别打开渣、铁口,放出渣、铁,并经渣铁沟分别流人渣、铁罐内,渣铁出完后封堵渣、铁口,以保证高炉生产的连续进行。2.完成渣、铁口和各种炉前专用设备的维护工作。3、制作和修补撇渣器、出铁主沟及渣、铁沟。4、更换风、渣口等冷却设备及清理渣铁运输线等一系列与出渣出铁相关的工作。高炉冶炼工艺--高炉基本操作 :高炉基本操作制度:高炉炉况稳定顺行:一般是指炉内的炉料下降与煤气流上升均匀,炉温稳定充沛,生铁合格,高产低耗。操作制度:根据高炉具体条件(如高炉炉型、设备水平、原料条件、生产计划及品种指标要求)制定的高炉操作准则。高炉基本操作制度:装料制度、送风制度、炉缸热制度和造渣制度。 高炉冶炼主要工艺设备简介: [高炉设备]高炉 : 横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳,壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹 、炉缸5部分。由于高炉炼铁技 术经济指标良好,工艺 简单 ,生产量大,劳动生产效率高,能耗低等优点,故这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石),从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭(有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料)中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气,在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧,从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣,从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出,经除尘后,作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁 ,还有副产高炉渣和高炉煤气。 [高炉设备]高炉热风炉介绍 :热风炉是为高炉加热鼓风的设备,是现代高炉不可缺少的重要组成部分。提高风温可以通过提高煤气热值、优化热风炉及送风管道结构、预热煤气和助燃空气、改善热风炉操作等技术措施来实现。理论研究和生产实践表明,采用优化的热风炉结构、提高热风炉热效率、延长热风炉寿命是提高风温的有效途径。[高炉设备]铁水罐车:铁水罐车用于运送铁水,实现铁水在脱硫跨与加料跨之间的转移或放置在混铁炉下,用于高炉或混铁炉等出铁。 以上供你参考,希望对你有帮助,希望你能采纳,谢谢!!
楼主所说的氧化铝应该三氧化二铝。在高炉炼铁产生的炉渣中分2种氧化物,一类是碱性氧化物(比如说氧化钙和氧化镁),还有一类就是酸性氧化物(比如说二氧化硅和三氧化二铝),它们之间有个比值,称为炉渣碱度。如果碱性氧化物含量高,那么炉渣的流动性不好,凝固后的固态炉渣呈石头装,一般称为石头渣或者短渣,这样的炉渣脱硫效果好,但是流动性差,不易排出炉外,从而影响高炉顺行。相反,如果酸性氧化物含量高,炉渣的流动性好,凝固后的固态炉渣呈现玻璃状,一般称为玻璃渣或者长渣,这样的炉渣脱硫效果很差,但是流动性好。所以高炉操作者要调整炉渣的成分,也就是炉渣的碱度,既保持优良的流动性,也能有很好的脱硫效果,使生铁达到一类要求。 不知道这么回答,楼主是否满意,如果有不明白的,我可以更加详细的解释。 楼下的可能是新工长,我想说的是,一个炉子要吃锰矿了,那么这个炉子已经进入了失常状态,或者更为严重的长期失常,炉缸已经不够活跃,或者堆积严重。用锰矿就是使炉渣里锰的氧化物含量增高,使炉渣在温度相对较低的情况下有很好的流动性,排出炉外,以利炉况的恢复。还有就是刚刚开炉生产的高炉,也要提高渣铁的流动性,道理和上述基本一致。 还有楼主提出的补充问题,这个可以用3元和4元碱度计算出来,这些数据在各个炉子有不同,要根据原燃料的条件进行调整,计算后的碱度也绝对不是一层不变的,要根据原料的变化随时改变。比如烧结的全铁含量高,就适当的提高碱度,反之则降低碱度,焦炭含S高要提高碱度,反之降低碱度。要说具体数值,在我们高炉,2元碱度(CaO含量除以SiO的含量)的范围在,3元碱度(CaO含量+MgO含量除以SiO的含量)在左右 呵呵,几位朋友应该都是同行,在这里探讨下,我觉得对大家都很有帮助。不过我听楼主说的好像是烧结方面的工艺了啊,不像是高炉操作方面的,你可以再解释下你所要问的吗? 楼下希望麦田稻草人你好,你是哪个钢铁企业的?我可以介绍下我自己,我是本溪钢铁集团炼铁厂的技术人员,我所在的高炉为2600立 降低焦比是所有高炉的攻关目标。影响焦比的因素有太多,在此不是回答的主题,所以不一一列举。因为炉渣中氧化镁的重要作用是调整碱度的关键,或者(我是猜测)是你们原料的焦炭中的焦硫含量过高,作为调剂的手段提高烧结碱度来降低生铁中的硫磺。还有你所说的应该是烧结中的一些问题,具体配料方面的工艺我是无法回答的,不过我可以给你一个建议,你可以去你们烧结车间所对应的高炉,去询问高炉技术员,或者整理数据去寻找一个最合适的碱度中间值。因为上面我已经说了,每个高炉所对应的终渣碱度都是不尽相同的,它受到很多因素的影响。每个高炉都会找到一个合适碱度来保证顺行,同时具有很好的脱硫能力。你只要掌握了大量的数据,找到炉渣里氧化镁含量的最佳值,你就能对配料中白云石的剂量做到一个很好的判定。
高炉渣的表面性质是指炉渣与煤气之间的表面张力和炉渣与铁水之间的界面张力。这类张力可理解为两相(液-气、液-液)间生成单位面积的新的交界面所消耗的能量,如渣层中生成气泡。表面张力以!代表、界面张力以!界代表,炉渣的!在;界在,而金属的表面张力(即铁水与煤气之间的c)可达1~2N/m,比炉渣的!大很多,这是因为金属质点质量大,金属键作用力也强。炉渣的表面张力是由其各种氧化物表面张力的加权和:=!(Xl为i组分的摩尔分数;!为纯i组分的表面张力)。高炉渣内的Si02、Ti02、K20、CaF2等表面张力较低,这些物质在表面层中的浓度大于内部的浓度,成为表面活性物质。高炉炼铁是多相反应,即在相界面上发生反应,炉渣的表面性质必然对多种反应的进行和不同相的分离过程产生影响。典型的例子是攀钢和包钢炉渣的泡沬渣和一些高炉的铁损严重。经过研究认为高炉内有很多产生气泡的反应和气体穿过渣层的现象,因此生成气泡是不可避免的,关键在于气泡能否稳定地存在于炉渣层中,一旦形成稳定的气泡就成泡沬渣。滴落带焦层中的液泛现象就是属于这个范畴;当炉渣流出炉外时,由于大气压力低于炉内压力,溶于渣中气体体积膨胀,起泡尤为严重,造成渣沟及渣罐外溢,引起生产事故。攀钢渣中有Ti0',包钢渣中有CaF',由于它们是表面活性物质从而降低了炉渣的表面张力,一旦!与炉渣黏度的比值过小时,就出现上述泡沬渣现象。如果说普通炉渣的!在左右,攀钢的高Ti02炉渣的则只有,在生产中就会出现相当严重的泡沬渣。而当!界/偏小时,液态铁珠乳化为高弥散度的细滴,悬浮于渣中,形成相对稳定的乳状液,结果造成较大的铁损。
电石炉气在循环经济的综合利用论文
[摘要] 本文简述了电石炉气的特性和利用价值,从电石炉气成分主要为CO和H2(约90%)可以看出,电石炉气可以作为燃料及化工原料来利用。然而简单地将电石炉气作为燃料使用并没有使其价值最大化,而以其为原料发展高附加值的化工产品则更有意义。因此,本文重点介绍了利用密闭电石炉尾气生产碳一化工产品的工艺,并与煤化工中煤造气工艺进行对比,发现以电石炉气为原料的工艺不仅可以全部利用电石炉气中的有效气体成分,还减少了碳的排放量,减轻了对环境的污染,同时可以有效降低碳一化工产品的生产成本和建设投资。
[关键词] 电石炉气;循环经济;碳一
电石是有机化工的基础原料,由它制得的乙炔可生产醋酸、醋酸乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、乙炔炭黑等一系列数千种有机产品。在国内电石行业,无论是全密闭式电石炉、内燃式半密闭电石炉还是开放式电石炉,其尾气一直以来没有得到很好的利用,有的甚至直接放空烧掉,造成了资源的极大浪费。
1电石炉气特性及利用价值
电石炉气特性
使用密闭炉生产电石,每吨电石副产炉气量约400Nm3[1-2],其典型组成及物理性质如表1所示。从表1可以看出,炉气中含尘量大,具有黏、轻、细、不易捕集等特点;炉气内含微量焦油,它在温度大于225℃时呈气态,在温度小于225℃时容易析出,会使除尘布袋黏结堵塞;炉气本身温度很高,同时含有难以除净的大量粉尘,治理难度比较大,在利用前需要对炉气进行充分的净化处理。
电石炉气利用价值
从电石炉气成分可以看出,炉气中含有大量的CO和H2,是很好的燃料和化工原料,利用好这部分气体可以产生巨大的经济效益和社会效益。以我国2017年电石产量2500万吨计算,副产的电石炉气总量达到100亿Nm3左右,如能全部回收,可得到约75亿Nm3CO和亿Nm3H2。因此,炉气净化利用对实现能源回收利用、降低生产成本、提高经济效益,都具有重要的意义。
2电石炉气在化工中的利用及经济性分析
目前,部分企业的电石炉气只是经过简单处理后,作为燃料烧石灰、烧锅炉等使用,并没有将炉气价值最大化利用。电石炉气的主要成分是CO和H2,在经过深度净化处理后,可利用CO和H2发展后续高附加值化工产品,可用于生产合成氨、甲醇、乙二醇、二甲醚、甲酸钠等较高附加值的化工产品[4],目前国内已成功建成生产甲酸钠、合成氨、乙二醇的装置,详见表2。
合成氨和甲醇
[3]根据原料气分析以及物料平衡计算,电石尾气中氮气的体积分数约为5%,如单产甲醇,5%的氮气将作为无效气被放空,增加了压缩机的无效功;如单产合成氨,需要向系统中补充氮气,新增制氮装置,增加投资。综合考虑,如果采用以醇-氨联产工艺,即甲醇生产中串入合成氨生产,将炉气中的N2与H2合成氨,避免了合成甲醇过程中排放惰性气体而造成大量有效气体损失。醇-氨联产工艺不仅最大限度地利用了电石炉气,减少了排放量,又创造了经济效益。醇-氨联产工艺的流程示意图1所示。以电石炉气为原料,醇-氨联产工艺有以下几个优点:(1)充分利用了电石炉气中的气体成分,炉气的利用率更高;(2)利用甲醇合成后的尾气副产液氨,既最大限度利用了电石炉气,又创造了经济效益;(3)能耗低,与国内煤头制甲醇工艺相比能耗明显降低;(4)成本低,与国内煤头制甲醇工艺相比成本明显降低。
乙二醇
乙二醇合成气为高纯度的H2(,vol)和CO(99%,vol),且H2和CO的体积比约为。若以电石炉气作为乙二醇合成气,与以煤为原料相比,省去了煤制气的过程,消耗低,原料成本大幅下降,无疑是一种优于单纯以煤为原料的生产乙二醇的原料路线。以电石炉气为原料合成乙二醇的工艺流程见图2。2中可以看出,电石炉气只需要经过适当的变换及分离制氢后即可作为乙二醇的原料,不需要煤造气过程,可以节省大量的投资,具有良好的经济效益和社会效益。从国内电石炉气的在化工产品上的利用情况来看,新疆天业集团已经取得了成功。新疆天业以电石炉气为原料,采用煤制乙二醇技术,于2011年7月在新疆石河子开工建设了25万吨/年煤制乙二醇项目一期工程,规模为年产5万吨乙二醇。一期工程在2013年1月份建成并成功产出优等品乙二醇,产品纯度均超过国标优等品标准。在一期获得成功的基础上,二期工程20万吨/年乙二醇于2013年5月开工建设,并于2015年9月建成投产。
聚氯乙烯
[4]除了在碳一化工中利用外,在烧碱-PVC生产路线中,电石法PVC有两个重要的化学反应过程:(1)氢气和氯气反应合成氯化氢;(2)氯化氢和乙炔反应合成氯乙烯。在合成氯化氢过程中,为了避免氯化氢中的游离氯含量过高遇乙炔发生爆炸,参加反应的氢气一般过量10%左右。但电解氯化钠时,产生的氯气和氢气量是相同的,这样就需要过量的氢资源。而氯碱企业一般靠生产液氯来平衡氢气的不足,或者采用如水电解制氢或天然气制氢来补充氢气,这样都会带来投资增加和生产成本上升的问题。而从电石炉气成分可知,炉气中除含有体积分数80%左右的CO外,还有体积分数5%~10%的H2,这样可将炉气回收后经过等温变换、变压吸附等工艺分离出H2,用于合成氯化氢,剩余的CO可以继续作为碳一化工的原料来利用。炉气回收利用工艺流程如图3所示。在氯碱行业利润普遍不高的情况下,炉气回收利用不仅降低了电石生产成本,而且为PVC生产提供了氢气,具有显著的经济效益。
炉气回收利用的`经济性分析
采用煤与电石炉气为原料生产乙二醇合成气,主要的成本差异体现在合成气的原料气制备上,因此主要比较煤制合成气成本与电石炉气做为合成气处理成本。比较前提(1)生产相同规格和相同量的合成气(H2+CO);(2)煤制气按水煤浆气化工艺考虑;(3)电石炉气按项目外供给,按元/Nm3计价;(4)比较范围截至合成气的原料气,即不考虑后续变换、分离等。消耗比较基于的比较前提,对煤制气和电石炉气生产合成气的过程进行计算和分析,得到两种工艺过程原材料消耗和公用工程消耗情况,如表3所示。从表3中明显可以看出,采用电石炉气为原料,原料气直接由电石厂供应,消耗已计入电石生产中,因此对于化工装置来说原料气是已经制备好的;而采用煤气化,在造气环节要增加公用工程消耗和原料煤消耗,对项目所在地的煤资源保证有要求,同时还需要为煤气化配套建设公用工程。成本比较根据表3的消耗情况可知,电石炉气为原料气只需要计算原料电石炉气的成本,实际上电石炉气是电石生产副产品,因而其成本可认为是0。本比较考虑电石炉气从项目外电石厂外购,需按购买价计入原料气成本。成本比较结果见表4。从表4的比较结果来看,采用电石炉气为原料,每1000Nm3合成气成本可降低200元以上,折每吨乙二醇成本下降500元左右,成本降低非常显著。如果电石炉气能够实现内部供给的话,则电石炉气成本可以忽略,合成气成本下降更为可观。投资比较因合成气来源不同,投资差异会比较大。对煤制气与电石炉气两种原料过程进行了投资差异上的比较估算,其比较结果见表5。从表5可以看出,若煤制气投资基准值为0,以93750Nm3/h(可满足30万吨/年乙二醇生产)合成气规模计算,则采用电石炉气为原料一次性投资可减少约亿。
电石规模的影响
虽然电石炉气作为合成气原料,无论从投资上还是运行成本都较煤制气路线要低很多,但要利用好电石炉气还要看电石装置规模的大小。例如,利用电石炉气生产甲酸钠,10万吨/年电石可配套7万吨/年甲酸钠装置;而利用电石炉气生产合成氨、甲醇、乙二醇等高附加值的化工产品,10万吨/年电石仅能配套万吨/年甲醇或合成氨装置。如此小的化工装置很难产生经济效益,相当于利用了电石炉气的资源,但在配套建设的化工装置上多消耗了能源,使电石炉气回收利用的社会、经济、环保、节能效益大打折扣。因此,利用电石炉气必须要考虑电石装置规模。目前从新疆、内蒙等地电石企业来看,规模一般都在60万吨/年以上,如新疆天业电石产能已达到200万吨/年以上,这样的规模可以为化工生产提供足够的原料气。所以,若新建碳一化工项目无充足的电石炉气,可考虑与周边大型电石企业合作,由电石企业向化工企业提供电石炉气,从而实现资源互补,循环利用。
3结论
综合以上分析,利用电石炉气来生产化工产品,无论从一次性投资还是产品成本上都优势明显。电石炉气的开发利用已经引起了越来越多的关注,尤其是在化工领域已经取得了重大突破。电石炉气在碳一化工产品中的应用,目前行业内已经获得了成功,如果逐步推广到更多的化工产品中将会大大降低相关产品成本和投资,节能减排,提高经济效益,是循环经济发展的一大亮点。此外,除了生产电石外,冶金行业中生产铁合金、工业硅、黄磷、刚玉等过程都会产生一氧化碳为主的炉气,且其炉气排放量大约是电石炉气的两倍。如果将电石炉气在化工产品上应用成功的范例,推广到整个冶金行业,将对整个国民经济能源节约、资源利用、环境保护有着重大贡献。
镍冶金渣资源化利用现状分析论文
摘要:镍冶金渣作为重要的二次资源,含有铁、镍、铜等有价金属。随着镍需求量的增大,排放的镍渣也越来越多,若不能得到合理利用,既造成资源浪费,又污染环境。本文对镍冶金渣资源化利用现状进行分析,并讨论了进一步资源化的方向。
关键词:镍冶金渣;资源化;有价金属;建筑材料
随着我国对有色金属需求量增大,每年有色冶金渣的数量不断增长,这些冶炼弃渣由于未得到合理利用,不仅占用大量的土地资源,同时对环境有着潜在的威胁,从而不利于可持续发展,因此有色冶金渣的资源化利用就有着十分重要的意义。中国是世界上镍资源消费最大的国家,每生产1t镍约排除6~16t渣,仅金川集团的镍冶金渣堆存量多达4000万t,每年还新增约200万t[1-3]。镍渣的组成因其矿石种类和冶炼工艺不同而变化较大。以金川镍闪速炉渣的物相组成为例,主要由铁氧化物、硅氧化物、钙和镁的氧化物组成,渣中含有约40%的铁元素,还含有一定数量的有色金属元素镍、铜、钴;铁主要以铁橄榄石形式存在,橄榄石间充填的非晶态玻璃质并且机械夹杂着大颗粒镍硫[4]。镍渣的处理已经成为镍冶炼过程的重要工序,如何正确有效的回收再利用这些二次资源,使得镍冶炼过程顺畅,解决排渣占地和环境污染等问题,成为镍冶金发展循环经济的主要问题。本文对目前镍渣资源化利用进行综述,再利用的主要研究包括:有价金属的提取,用作填充材料,制作微晶玻璃,生产建材等[5-7]。
1、镍渣资源化利用现状
有价金属提取
倪文[8]等利用以焦炭为还原剂的熔融还原法提取闪速炉水淬镍渣中的有价铁,探讨了不同碱度,不同还原温度,不同还原时间对提铁率的影响。结果表明控制100g渣配加、和焦炭,熔融温度为1500℃,还原时间为180min,铁的还原率达。王爽[9]等将镍渣、氧化钙和焦粉制备成含碳球团进行深度还原回收有价金属铁、镍和铜,结果表明碱度对有价金属的回收率有影响,适当提高碱度可以促进金属相生长,改变形态结构有利于后续分离,碱度过高会使金属相中产生杂质,当碱度确定为时,铁、铜、镍的回收率分别为、、;镍渣中的铁经深度还原后以金属铁的形式存在,镍和铜主要与铁以固溶体形式存在。卢雪峰[10]等利用自制小型直流电弧炉对镍渣进行硅钙合金回收,以焦炭和为还原剂,控制镍渣、生石灰及还原剂的比例,可以获得相应的的硅钙合金。肖景波[11]等对镍渣进行铁、镍、镁回收,实验过程将镍渣破碎后的粉末进行酸浸,向酸浸液中加入氧化剂与pH控制剂生成铁沉淀物,分离后与硫酸作用生成硫酸铁溶液,精制后采用氧化沉淀法获得高纯铁沉淀物;沉铁溶液加入硫化物生成硫化镍沉淀,经分离、洗涤、干燥制得镍精矿;提镍溶液加入助剂LN除杂,得到精制硫酸镁溶液与氨水反应制得氢氧化镁产品。
生产充填材料
镍渣被用于井下填充材料技术相对成熟,既解决了镍渣的资源化问题,又可以降低填充成本,减少水泥的消耗,降低水泥生产过程中环境污染。目前水淬渣用作充填材料关键在于对活性渣进行激发,激发方式分为机械激发和化学激发。传统的机械激发采用普通机械球磨进行物理细化,高能球磨可以使矿渣迅速细化,增加比表面积,增大水化反应面提高物料的物理化学活性。镍渣经过高能球磨处理后,抗压强度会显著提高。化学激发利用激发剂与矿渣的化学反应生成具有水硬胶凝性能的物质来提高矿渣的活性,激发剂多采用硫酸盐类、碳酸盐类等。杨志强[12]等采用机械活化和化学活化两种方式进行实验研究。
结果表明,机械活化镍渣、脱硫石膏、电石渣、水泥熟料的最佳比表面积分别为620,200,200,300m2/kg,化学活化以脱硫石膏和电石渣为主,硫酸钠和水泥熟料为辅,前两者比例相同各占总量5%时,镍渣充填体强度最高;加入3%的硫酸钠和2%的水泥熟料可以提高激发效果;外加的PC高效减水剂,配置胶砂比为1∶4,料浆浓度为79%的充填浆料完全满足矿山对充填体的强度要求,可以替代水泥应用于金川矿山交接充填采矿。高术杰[13]等利用水淬二次镍渣制备矿山充填材料,利用脱硫石膏和电石渣等物质激发生成大量水化产物,产生较高充填强度。并且水淬镍渣充填料的'流动度好于水泥充填料的流动度。结果表明,脱硫膏与电石渣比为1∶1混合再与少量硫酸钠及水泥熟料配置复合激发剂,具有较好地激发效果。
制作高附加值玻璃
微晶玻璃和泡沫玻璃均数高附加值玻璃,微晶玻璃具有玻璃和陶瓷的双重特性,比陶瓷亮度高,比玻璃韧性强。泡沫玻璃具有不燃烧、不变形、热学性能稳定、力学强度较高且易加工的优点。王亚利[14]等对镍渣熔融炼铁剩余熔渣制备微晶玻璃进行了研究。提铁二次渣经过均化→澄清→浇注→晶化→退火→研磨→抛光制备出符合建筑装饰国家标准的微晶玻璃,确定了最优原料比。冯桢哲[15]等以镍渣和废玻璃为主要原料,添加碳酸钠作为发泡剂,烧制出泡沫玻璃。探讨了碳酸钠添加量、发泡温度、保温时间对泡沫玻璃质量的影响,结果表明,主要原料镍渣和废玻璃分别为20%和80%,外加5%~7%的碳酸钠发泡剂、2%的硼酸为稳泡剂和2%的硼砂为助溶剂,在870℃下恒温1h,可以制备出总气孔率为,抗折强度高达的镍渣基泡沫玻璃。
生产建材
镍渣的主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3,利用镍渣生产硅酸盐水泥可以部分替代黏土和铁粉,减少能源消耗。镍渣中存在的少量镍、铜、钴等元素对降低熟料的液相最低共熔点和黏度有积极的作用,可以改善其易烧性,有利于熟料矿物的形成。吴阳[16]等用镍渣替代铁粉制备道路硅酸盐水泥,通过合理配料制备出以C3S,C2S和C4AF为主要矿物的道路硅酸盐水泥熟料,其强度、矿物组成、安全性等性能符合国标要求;最佳条件为镍渣掺杂量(质量分数)10%,煅烧温度1370℃。王顺祥[17]等探讨了镍渣不同细度和不同掺杂量对硅酸盐水泥水化特性的影响。结果表明,随着镍渣的掺量增加,使得水泥浆体凝结时间延长,水化反应放热减少,硬化水泥砂浆的抗压强度、抗折强度讲师;相反,随着镍渣细度的提高可以改善上述影响,并且有利于硬化水泥浆体的结构致密化。镍渣作为混凝土掺合料和集料使用,能够提高混凝土的强度,并且镍渣结构致密且金属含量较高,含有大量的橄榄石,使得镍渣硬度高,从而使掺入镍渣后的混凝土耐磨度提高。李浩[18]等研究了镍渣砂掺量对混凝土耐磨性的影响,当镍渣粉、粉煤灰、镍渣砂同时掺入混凝土中,掺量分别为10%、10%、40%时,混凝土的耐磨性最好。丁天庭[19]等基于镍渣的掺量对混凝土的抗压强度影响进行研究,当镍渣掺量为20%时,混凝土的抗压强度最大,当镍渣掺量为50%时,混凝土的抗压强度最小。
2、发展趋势
资源利用率低,资源紧缺,产业结构不合理成为制约我国经济社会发展的战略问题。结合我国目前矿产资源现状来看,镍渣中含有的主体金属是铁,应该以提铁为主进行资源化利用,不但可以缓解我国铁矿石资源压力,而且有利于可持续发展,又可增加企业效益。提铁后的二次渣还可以用来制备微晶玻璃,充填材料等建筑材料,镍渣资源得到充分利用。
3、结语
镍渣作为重要的二次资源,含有铁、镍、钴、铜等有价元素,单纯提取有价金属经济性有限,并且存在二次渣的废弃问题;单纯做非金属资源处理造成对有价金属元素的浪费;因此,将有价金属提取后的二次渣进行非金属资源处理更有利于达到镍渣的高效化和生态化利用。
参考文献
[1]张燕云.熔融氧化法富集镍渣中铁资源的热力学研究[D].兰州:兰州理工大学,2018.
[2]李国洲,张燕云,马泳波,等.镍冶金渣综合利用现状[J].中国冶金,2017,27(8):1-5.
[3]李小明,沈苗,王翀,等.镍渣资源化利用现状及发展趋势分析[J].材料导报,2017,31(5):100-105.
[4]刘晓民,杨书航,张晓亮,等.金川镍渣的工艺矿物性质分析[J].矿产综合利用,2018(1):82-85.
[5]谢庚.金川镍渣多组分综合利用研究[D].陕西:西安建筑科技大学,2015.
[6]郭亚光,朱荣,裴忠冶,等.镍渣熔融还原提铁动力学[J].中国有色冶金,2017,46(5):75-80
矿山固体废弃物的处理与利用论文本文主要从我国矿山固体废弃物的现状进行探讨,分析目前对矿山固体废弃物的处理方法,提高矿山固体废弃物的回收利用率,以期对当前的矿山开采提供借鉴价值。
矿山固体废弃物的处理与利用论文【1】
摘要:随着我国冶金业的快速发展,矿山开采的力度也逐渐加大。在矿山开采过程中,矿山固体废弃物的数量也越来越多。
关键词:矿山固体废弃物 处理 利用
1 我国矿山固体废弃物的现状分析
我国的矿产资源非常丰富,矿产资源总量大、采矿企业较多,在矿山开采过程中,由于不合理的开采利用,在日积月累中产生了大量矿山固体废弃物。矿山固体废弃物的来源主要有四种:废石、尾矿、粉煤灰和煤矸石,其中以废石居多。
由于我国矿山开采的规模较大,且中小采矿企业居多,矿山固体废弃物的总量呈不断上升的趋势,以山西等采煤大省为例,一个省份的矿山固体废弃物可达到几亿甚至几十亿吨。
矿产资源的不合理开发,产生了大量的矿山固体废弃物,不仅造成了矿产资源的浪费,对生态环境也造成了很大的影响。矿山固体废弃物堆砌在土地表面,破坏地表的土地、自然景观和植被,水土流失加剧,对生态环境造成严重破坏。
再者,由于尾矿和废石的随意堆砌,可能引起河道淤塞,造成水体污染。矿山固体废弃物中的重金属含量和化学药剂较多,对地表水和地下水造成严重污染。同时,在干旱天气下,固体废弃物可能会产生大量扬尘。对大气造成污染。
2 矿山固体废弃物的处理
堆置处理
该种处理方法即将矿山固体废弃物直接堆放到指定的地方。该指定的地方要符合以下几个条件:一是要注意不能造成地下水的污染,防止矿山固体废弃物的堆放而造成的地下水水质下降。
二是注意不能造成地表水的污染,防止因矿山固体废弃物的风化淋蚀而造成的地表水的污染或者泥沙加重。三是要注意减少矿山固体废弃物的大气污染,减少风蚀程度。四是要注意矿山固体废弃物的堆放安全,防止因矿山固体废弃物大量堆放而引起的地震或洪水等灾害。
在堆放场地的选择时,应对场地的水文情况、地形、风向等综合考虑。同时,在尾矿堆放的选择时,由于尾矿的特殊性,其堆放要求更高,尾矿坝的基础材料的强度要求非常高,且不能透水。可以采取两种方式,一是粗细尾矿残渣的共处理,二是尾矿的半干堆垛。
在矿山固体废弃物堆放好之后,要在堆放表面盖上泥土或者石块,或者种植植物,或者对覆盖便面进行化学方法的处理,保持堆放物的稳定,减少二次污染源,防止对水资源和大气环境造成更严重的
污染。
复垦处理
目前,复垦处理是矿山固体废弃物处理的重要方法,将矿山开采与土地复垦结合起来,在矿山开采的过程中,在表土采掘之后,可将矿产资源表面的土壤进行存储,在开采施工完结之后,将矿山固体废弃物填至开采区,然后铺垫表土,种植植物,复垦种植的过程才算完成,复垦后的土地能够用以修建公共基础设施和农林牧渔等的生产。
填埋处理
该种方法主要是为了防止在矿产资源开采之后,形成大量的采空区的情况。一般是将水泥与尾矿砂混合起来,以胶结填充法填充采空区,防止采矿过程中的矿山坍塌造成的人员伤亡。在填埋有毒有害的矿山固体废物时,应充分考虑地下水和地表水的保护,防止水资源的污染和破坏,对场地环境进行综合考虑,保证填埋的安全。
3 矿山固体废弃物的利用
矿山固体废弃物的处理,是为了减少矿山开采过程中所造成的环境污染和生态破坏。随着循环经济和可持续发展理念的提出,矿山固体废弃物的处理应充分利用现代先进的科学技术,对废弃物进行回收利用,实现资源的循环发展和可持续发展。
在矿山开采过程中,不仅要充分利用现代的采矿技术和先进的采矿设备,提高采矿作业的效率,减少矿产资源的浪费。加强采矿管理,特别是对中小型的采矿企业的采矿环节进行严格管理,防止因人为因素造成的矿山固体废弃物的增多。
同时,在采矿过程中,要加强对矿产资源的勘探和开发设计,以矿山固体废弃物作为采空区的充填物,实现资源的回收利用,也减少了矿山固体废弃物对生态环境的破坏。
从废弃物中回收有用元素
如前所述,矿山固体废弃物中含有大量的重金属元素,如在铅锌尾矿中含有大量的铅、锌、银等元素,在锡尾矿中含有大量的铜和锌及伴生元素,在矿山固体废弃物的处理中,如果能将这些有用元素进行回收利用,不仅能减少对环境造成的破坏,还能将其用于生产实践中,促进社会生产的进步。
在回收过程中,可以采取电解气浮法、溶剂萃取法、重磁浮法和电极回收法等方法,近年来,微生物浸出技术不断发展,在实际的生产实践中应用范围越来越广。
制作建材
矿山固体废弃物可以用以制作建材,主要有三种:一是用以制作水泥和硅酸盐建材,由于矿山固体废弃物中含有大量的铝、硅等元素,可以经提取之后制作硅酸盐建材。二是玻璃。
如在石英脉型的金矿和钨矿中含有大量的石英,碳酸盐矿含有大量的萤石、方解石、白云石,花岗岩型的尾矿都可以作为生产玻璃的原料和配料。三是微晶玻璃的制造。微晶玻璃又可称之为玻璃陶瓷,是在基础玻璃的基础上进行控制晶化而形成的特殊种类的玻璃。
它可以通过对金属尾矿的回收利用而制作,微晶玻璃能够用以建筑房屋的隔墙,其耐热性和节能型都比较好。
四是铸石。矿山固体废弃物中含有大量的煤矸石和废石,如果在矿山固体废弃物中,含有花岗岩、白云岩、萤石、玄武岩、石灰岩等,都可以将其作为铸石的理想铸石原料。在现代的工业生产中,铸石是一种非常重要的生产原料,在一定条件下可以代替合金材料、钢铁等原料,具有很强的生产适用性。
4 结语
矿产资源的开采,是一项关系国计民生的大事,在矿产资源的开采过程中,应以先进的开采技术和开采设备,提高采矿的效率,控制矿山固体废弃物的产生,减少生态环境的破坏。
目前,矿山固体废弃物的处理方法主要有以下三种:堆置处理、复垦处理、填埋处理。随着循环经济的发展和可持续发展理念的提出,矿山固体废弃物的回收利用成为经济可持续发展的必由之路,将矿山固体废弃物进行有效回收,不仅能为社会生产提供所需的原料,还能减少对生态环境的破坏,促进经济的可持续发展。
参考文献
[1] 孙轶刚,邓君萍.矿山固体废弃物处理与再利用[J].价值工程,2010,29(12).
[2] 汪金花,李富平.基于GIS的矿山企业固体废弃物管理系统[J].金属矿山,2012(6).
[3] 戴开文.煤矿开采固体废弃物对环境的损坏及治理方法[J].中小企业管理与科技,2010(3).
[4] 郑建军,刘占全.利用矿山固体废物料固结矿区路面的试验研究[J].金属矿山,2012(6).
矿山固体废弃物的处理与利用【2】
[摘 要]我国冶金工业快速发展,促使矿山的开发力度加大,随之产生大量矿山固体废弃物。矿山固体废弃物污染包括露天矿剥离和坑内采矿产生的大量废石、选矿产生的尾矿和冶炼产生的矿渣等。
[关键词]矿山 矿渣 固体废弃物 处理 利用
1.引言
我国的矿产资源非常丰富,矿产资源总量大、在矿山开采过程中,由于不合理的开采利用,在日积月累中产生了大量矿山固体废弃物。矿山固体废弃物的来源主要有废石、尾矿、粉煤灰等。
某集团公司下属几个矿区,主要生产非金属矿产,属于中小采矿企业,由于近几年开发量大,矿山固体废弃物的总量呈不断上升的趋势,产生了大量的矿山固体废弃物,不仅造成了矿产资源的浪费,对生态环境也造成了很大的影响。
矿山固体废物概括起来主要分为两类:一类是尾矿,即在选矿加工过程中排放的固体废物,其储存场地称之为尾矿库;另一类是剥离废石,即在开采矿石过程中剥离出的岩土物料,堆放废石地称之为排土场。
矿山固体废弃物堆砌在土地表面,破坏地表的土地、自然景观和植被,水土流失加剧,对生态环境造成严重破坏。再者,由于尾矿和废石的`随意堆砌,在干旱天气下,固体废弃物可能会产生大量扬尘。对大气造成污染。
2. 固体废弃物的危害
固体废弃物直接造成环境污染,破坏生态环境
该公司的下属矿山是将从地下开采的矿石运输到露天,经过初选,直接或二次加工成小颗粒运输到加工厂。由于该生产方式属于粗放式加工生产,在加工生产过程中会产生堆积在露天厂区外固体废弃物。固体废弃物没有进行有效的遮挡,会对厂区环境造成直接污染。特别是尾矿堆存需要占用大量土地。
据不完全统计,我国尾矿堆放占用土地达1300多万亩,随着老的尾矿库闭库,新的尾矿库不断增加,必将占用更多的土地。
固废堆场如此大面积占地,尽管多为山坡地,但对植被的破坏仍然是十分严重的。不仅如此,堆场压占土地,还会破坏地貌,造成水土流失和土壤涵养功能的衰减与退化。这些都可能使生态环境失衡。
固体废弃物堆存造成严重的矿产资源浪费
特别是矿石品位低,大多呈多组分共生,矿物堪布粒度细,再加上选矿技术设备落后,管理水平低,因此,浪费与固体废弃物中的有用资源是相当可观的。
固体废弃物堆存存在安全隐患
固体废物易产生流动、塌陷和滑坡,一旦发生事故,其造成的破坏是相当巨大的。
3.矿山固体废弃物的处理
固体废弃物处理的目标
固体废弃物处理的目标是无害化、减量化、资源化。根据该公司特点,该公司生产加工的非金属矿不含有害杂质,所以,该公司处理的目标是减量化和资源化。
处理方法
堆置处理
该种处理方法即将矿山固体废弃物直接堆放到指定的地方。可以采取尾矿的半干堆垛。在矿山固体废弃物堆放好之后,保持堆放物的稳定,减少二次污染源,防止对水资源和大气环境造成污染。
填埋处理
该种方法主要是为了防止在矿产资源开采之后,形成大量的采空区的情况。
以上两种方法是对固体废弃物的处理,更为优化的作法是矿山固体废弃物的利用。增加效益,实现可持续发展。
4.矿山固体废弃物的利用
矿山固体废物处理是为了减少矿山开采过程中所造成的环境污染和生态破坏,但依据可持续发展理念,我们应该采用合理、有效的工艺对矿山固体废物进行加工利用或直接利用。
针对该企业的特别,我们主要采取以下几个方面对其进行利用。
制作建筑材料。根据矿山特点,可以用尾矿经提取之后制作硅酸盐建材。
土壤改良剂。由于不合理的施肥和灌溉,为提高产量造成的土壤板结,地力下降,重金属含量严重超出其背景值等也造成了优质土壤的严重退化。由于该矿山的尾渣含有改善土壤的元素,可以做为土壤改良剂的原料之一。
微量元素肥料。
建立生态区。可以在尾矿排放区域建造一些陆地和人工湿地,种植植物,优化周围环境,恢复生态系统。
5.存在问题
总体上,矿山固体废物资源化综合利用与无害化处理起步较晚,虽然不少矿山企业和科研院校做了大量工作,同时也也取得一定的成效,但总体发展不缓慢,仍存在一些问题。主要有:
企业积极性不高
政府虽然制定了资源综合利用减免税的优惠政策,但没有具体制定针对尾矿和废石利用的鼓励性政策,导致不能充分调动企业开展固体废物综合回收利用的积极性。
固体废弃物应用领域较窄
目前我国矿山固体废物的综合利用大多局限于回收有用成分及用作生产建筑材料,高附加值产品少,没有市场竞争力。这也是导致企业积极性不高的另一个因素。
6.建议
倡导矿山企业清洁生产
该项主要是靠政府支持,通过各种政策及技术帮助来引导企业进行。努力实现固体废物的减量化、资源化、无害化,推行清洁生产,把固体废物尽可能消灭在生产过程中
鼓励发展固体废物处理产业
鼓励企业建立循环经济生产系统,建立与市场经济接轨的固体废物管理与运行机制,走向开放与合作,实现企业化经营,走产业化道路,发展中国的矿山经济,改善我们的矿山环境。
7.结语
想要解决矿山固体废弃物的这个问题,是需要国家和地方政府、矿山企业、科研部门共同的攻关和开发。矿山的固体废弃物的产生既是我国矿产资源特点决定的,也是我国千百年矿业开发的历史积累,更是矿产资源利用不合理的结果,矿山废弃物中含有大量未利用的宝贵矿产资源,但其开发难度较高、技术含量较高、需求资金较大,所以更需要各个方面的共同努力,这样才可以走可持续发展的道路。
参考文献
[1] 浅谈矿山固体废弃物的处理与利用;科技创新导报;2013,.
[2] 综合利用矿山固体废弃物 提升企业效益;晋琼粤川鲁冀辽七省金属(冶金)学会第二十一届矿业学术交流会论文集;490.
[3] 矿山固体废物的处理与处置;矿产保护与利用;2003年10月第5期.
[4] 矿山固体废物处理与处置技术发展报告;国家环境保护矿山固体废物处理与处置工程技术中心.
[5] 我国矿山固体废物的资源化利用及处置; 现代矿业;2012年10月第10期.
镁法海绵钛爬壁钛生成量的初探沈俊宇(遵义钛业股份有限公司 贵州省 563004)摘要:在海绵钛的还原生产过程中,反应器的上部器壁会生成大量环状的爬壁钛,一炉产品爬壁钛的生成量少则500 kg左右,多则达800至1000 kg,爬壁钛不仅产品取出困难,增加操作人员劳动强度,而且其质量较差,经济损失大。本文分析了海绵钛爬壁钛的形成机理及生产过程中爬壁钛增多的原因,提出了还原中后期最大加料速度限制,以缓解反应剧烈程度和控制反应液面高度在1#范围内小幅波动,防止形成新的活性中心,是生产过程中减少爬壁钛生成量的主要途径。关键词:海绵钛 爬壁钛 生成量 加料速度 反应液面高度A Study the Production of the Titanium on Walls Produced in the Process of Sponge Producing by Magnesium ProcessJunyu,Shen(Zunyi Titanium 563004)Abstract:A quantity of annular titanium will be produced on upper walls of reactors during the reduction and distillation。The production per batch is from 500kg to 800 or 1,000kg. It is difficult for operators to take products out ,and also influences the quality .Therefore ,the titanium on walls not only strengthens the labor intensity ,but also causes a big loss The paper analyzes the formation mechanism of the titanium on wall and reasons why its production order to ease the strong reaction,make the liquid level in reaction waves no more than 1’’and prevents the formation of new active centers ,the paper introduces a main method to reduce the production of the titanium on walls,that is to retrict the speed in mid or late period of reduction and sponge the titanium on walls production feed speed liquid level in reaction 1 前言在海绵钛的还原生产过程中,反应器的上部器壁会生成大量环状的爬壁钛,如图1所示。爬壁钛会导致以下不良后果: 第一,由于目前使用双法兰反应器,反应器上部热损失较大(上部有三圈水套,反应器约300 mm高度在加热炉外),上部爬壁钛中的氯化镁很难被蒸发出去,使爬壁钛中含有较高的杂质元素氯,剥取产品时会看到反应器口部(爬壁钛的最上部)粘有大量的镁和氯化镁。第二,海绵钛还原、蒸馏反应器为铁制反应器,由于爬壁钛在反应器器壁上粘附较强,加之双法兰反应器上部热损失大,为保证反应器上部温度,蒸馏期间加热炉1#、2#加热电阻丝送电频率高且时间长,致使爬壁钛普遍有发亮现象,分析结果显示杂质元素铁含量较高。第三,爬壁钛在反应器上部空间极易被泄漏进的空气污染,使产品中杂质元素氮、氧含量较高。由表1可看出,产品分析爬壁钛质量级别基本上在3—5级(极少部分在2级以上),同时,也有少部分因杂质元素过高成为等外品。一炉产品爬壁钛的生成量少则500kg左右,多则达800至1000 kg,经济损失较大。另外,爬壁钛过多也给产品取出带来困难,增加操作人员劳动强度。为了减少爬壁钛生成量,降低损失,我们进行了控制液面高度及调整料速试验。表1 2007年下半年爬壁钛质量统计表分析批数(批) 2级品批数(批) 3~5级品批数(批) 等外品批数(批) 2级品影响因素 3~5级品、等外品影响因素75 12 51 12 HB、Fe、Cl、O、N HB、Fe、Cl2 爬壁钛形成机理镁还原TiCl4主要反应为:TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2,在还原反应刚开始时,加入的TiCl4大部分气化,发生气相TiCl4—气相Mg或气相TiCl4—液相Mg反应,同时也有一部分TiCl4液体未来得及气化,进入液镁中,发生液相TiCl4—液相Mg间的反应。还原刚开始在反应器铁壁和熔镁表面夹角处上,一旦有钛晶粒出现后,裸露在熔镁面上方的钛晶体尖峰或棱角便成为活性中心。[1] 镁还原TiCl4主要在此活性中心上进行。液镁靠表面张力沿铁壁和钛晶体毛细孔上爬,被吸附在活性中心上,与气相TiCl4反应生成最初的海绵钛颗粒。随着反应的进行,生成的海绵钛颗粒依赖其与反应器壁的粘附力和熔体浮力的支持沿反应器壁在熔体表面逐渐长大,并浮在熔体表面。随着生成的海绵钛块增厚、增大,加之排放氯化镁,失去熔体浮力支持的海绵钛块体大部份就会沉落在熔体底部,这样在反应器器壁上,将有环状海绵钛粘附在其上,其实,这部分也是最初的爬壁钛。另外,在还原反应初期,液镁有很大的蒸发表面,而空间压力较低,故镁具有很大的蒸发速度。还原反应中期,反应温度较高和对反应器底部加热时,也会有部分镁蒸发。镁蒸气挥发后,冷凝在反应器器壁和大盖底部,与气相TiCl4反应也会生成部份爬壁钛。海绵钛块沉落熔体底部后,熔体表面会重新暴露出液镁的自由面,还原反应将恢复到较大的速度。随着反应的进行,在熔体表面会重新生成海绵钛桥,通过排放氯化镁,钛桥被破坏,海绵钛块靠自重下沉,又为下一层海绵钛生长创造条件,爬壁钛也在这一过程中逐渐形成,还原反应如此周而复始进行,直至镁的利用达到65%—75%之后。3 生产中爬壁钛增多原因分析中后期加料速度随着还原反应的进行,特别是进入中期后,加料速度逐渐增加,反应进行的非常剧烈,熔体表面反应区中心部最高温度可达1200℃以上,而镁的沸点仅1105℃,此时镁处于沸腾状态。加之目前还原操作料速按玻璃转子流量计实际刻度与自动加料系统对照进行加料,因玻璃转子流量计出厂时是用水标定,当被测介质改为TiCl4时,其修正系数,经计算应为。当玻璃转子刻度显示最大加料量为150 kg /,实际料速已达160~170 kg /。这样更加剧了反应的剧烈程度,沸腾的液镁将不断吸附在最初反应器壁上已形成的少量环状爬壁钛上,通过钛晶体毛细孔上爬,与气相TiCl4反应生成新爬壁钛,使原环状爬壁钛增多、增厚。另外,由于反应剧烈程度增加,也加剧了液镁的气化,液镁蒸气挥发后,冷凝附着在反应器器壁上部和大盖底部,与气相TiCl4反应生成爬壁钛,这些爬壁钛主要粘附在反应器器壁上部和大盖底部。因此,最大料速持续的时间越长,生成爬壁钛也就越多(表2)。表2 部分大料速爬壁钛生成量统计表最大料速(kg /) 持续的时间(h) 爬壁钛占毛产量比例(%)生产炉-1 155~165 35 生产炉-2 145~155 40 生产炉-3 155~165 36 生产炉-4 155~165 40 生产炉-5 155~165 35 反应液面高度反应液面高度太低、波动范围过大会增加爬壁钛生成量,其原因如下:第一,当反应液面高度过低时,TiCl4距液镁表面间距面相对较远,发生液相TiCl4—液相Mg间的反应相对减少,气相TiCl4与镁蒸气反应相对增加,从而增加爬壁钛生成量。第二,因未定时、定量准确排放MgCl2,反应液面高度大幅上下波动,易在钛晶体活性中心之外,形成新的活性中心,液镁靠表面吸引力沿铁壁和钛晶体孔隙上爬,被吸附在活性中心上,这样在反应器壁上会粘附形成新的爬壁钛。因此,不控制好液面高度,及时准确排放MgCl2,也将增加爬壁钛的生成量(表3)。表3 反应液面高度大幅波动量统计表反应液面高度波动范围 爬壁钛占毛产量比例(%)生产炉-6 1#~2# 生产炉-7 1#~2# 生产炉-8 1#~2# 生产炉-9 1#~2# 生产炉-10 1#~2# 生产炉-11 1#~2# 措施通过上述分析,可以知道爬壁钛是海绵钛生产过程中必然要形成的,但其生成量是可以控制的,因此,我们对加料速度以及反应液面高度进行了调整。结合生产实践,采取两项措施:第一,我们对部分处于通风不好而影响散热的炉子还原中期最大加料速度限制在135~140 kg /,以缓解反应剧烈程度,特殊炉次,因反应温度太低,可以适当提高至160~170 kg /,但持续时间不能太长,最多3~4 h;后期最大料速限制在105~110 kg /。第二,控制反应液面在1#范围内小幅波动,防止形成新的活性中心,以达到降低爬壁钛生成量的目的(表4)。表4 调整料速及排放MgCl2制度试验对比表料速及排放MgCl2制度 平均爬壁钛占毛产比例(kg) 平均钛坨重量(kg) 平均加料时间(h) 中期平均最大料速(kg /) 后期平均最大料速(kg /)调整前 5291 89 160 120调整后 5483 87 138 107从表4的统计数据可以看出,通过控制最大料速以及控制好液面高度及时准确的排放MgCl2,产品生成的爬壁钛占毛产比例大大下降,调整前平均爬壁钛为%,调整后平均爬壁钛%,平均下降%。在进行调整料速试验期间,对生产炉-59一炉产品还原中期加料再次进行提高料速到155~165 kg /试验,结果爬壁钛增至占毛产量的%,从这点也证明了加料速度对爬壁钛形成的影响。此外,调整前,钛坨平均重5291 kg,调整后,钛坨平均重5483 kg,平均毛产重量未受影响;调整前平均加料时间89小时,调整后平均加料时间87小时,加料时间也略有减少。试验在降低爬壁钛生成量的同时,缩短了还原生产周期,降低了还原电耗,取得了较好的效果。5 结论对处于通风不好而影响散热的炉子还原中期最大加料速度限制在135~140kg /,后期最大料速限制在105~110 kg / 控制反应液面高度在1#范围内小幅波动。本试验在巩固海绵钛钛坨产量的情况下,降低了爬壁钛生成量,试验取得了效果,为进一步研究探索海绵钛爬壁钛生成量打下了基础。参考资料[1] 莫畏, 邓国珠 ,罗方承 . 钛冶金[M].版次(第二版).北京:冶金工业出版社,1998:281-293
好宽的范围,就只讲转炉炼钢的发展也不止5000字啊
我写的《生物医用钛及钛合金的粉末冶金制备工艺研究》,发你一篇肯定不行的,学校都要求原创。当时我也是急啊,还好同学给的莫文网,很快就帮我搞定了,感谢啊思路:关键是实验部分,采用新的粉末冶金方法,以氢化钛粉代替传统钛金属粉末,作为成形和烧结的原材料。采用混合元素法,通过直接烧结TiHH2粉及合金氢化物粉,在烧结过程中直接进行脱氢,制备钛及钛合金。采用热膨胀仪,TG-DSC热重差热分析,X射线衍射(XRD),SEM及力学性能检测等手段研究了氢化物热分解脱氢过程、烧结致密化过程、烧结样显微组织和力学性能。首先对氢化物分解反应的热力学和动力学进行分析,为确定最佳脱氢-烧结工艺提供理论依据。