冶金含硫炉渣的氧化焙烧脱硫研究

论文摘要

炉渣是冶金过程中最主要的固体废弃物之一,我国每年排放炉渣超过2亿吨,如此巨大的排放量加上逐年累积,对钢铁工业的可持续发展提出了严峻的挑战。为配合国家低碳经济的发展要求及国家节能减排目标的实施,提高炉渣利用率和利用水平具有重要意义。含硫炉渣在循环利用过程中存在硫元素的累积效应,限制了其循环利用率,研究含硫炉渣的脱硫方法是提高其循环利用水平的有效途径。本文首先研究确定了含硫炉渣中硫的主要赋存状态,在此基础上,采用高温同步差热热分析仪、高温气氛炉对CaS粉末进行了可控焙烧,研究了CaS相的高温反应机理,为含硫炉渣焙烧脱硫提供了理论基础。研究得到以下结论：（1）含硫渣中硫以CaS相单独存在,或部分置换铝酸钙中的氧化钙形成Ca12Al14O32S相。（2）CaS在氧化性气氛下焙烧呈现不同反应特性。在700～900℃之间,CaS首先氧化生成CaSO4,在900～1100℃之间,生成的CaSO4与残余的CaS发生固-固反应生成CaO。（3）温度、粒度及氧分压对CaS焙烧反应影响较大,提高温度以及氧分压可以提高CaSO4的转化率；CaSO和CaS的固-固反应速率随温度升高而增大。1100℃纯惰性气氛下,反应40min后固-固反应进行较为彻底。（4）最佳的焙烧方式为,高氧条件下焙烧一定时间后使硫化钙部分转变成硫酸钙,再通过硫酸钙与残余硫化钙的固-固反应生成氧化钙,硫以气相形式脱除。具体参数如下：900℃,气氛氧气浓度为21%条件下焙烧60min,再升高温度至1100℃,惰性气氛下焙烧40min,再重复进行焙烧一次,焙烧产物中生成CaO质量分数能达到85%。（5）由于工业含硫炉渣中硫的固溶程度较高,加之原料粒度的影响,工业渣采取上述焙烧参数获得的脱硫效果稍差,但焙烧后炉渣中硫含量仍然降低了60%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 文献综述
• 1.1.1 冶金炉渣概述
• 1.1.2 钢铁工业炉渣排放现状
• 1.1.3 冶金炉渣的作用
• 1.1.4 冶金炉渣利用现状
• 1.1.5 冶金含硫炉渣的范畴及特点
• 1.2 课题研究背景
• 1.3 课题研究目的及意义
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 含硫炉渣中硫的赋存形态研究
• 2.1 含硫炉渣中硫的赋存形态
• 2.1.1 文献研究现状
• 2.1.2 钢液脱硫热力学
• 2.1.3 硫赋存形态的实验研究
• 2.2 含硫炉渣的预脱硫实验
• 第3章 硫化钙氧化焙烧实验及机理分析
• 3.1 硫化钙氧化反应文献研究
• 3.2 硫化钙氧化焙烧热力学计算
• 3.3 硫化钙氧化反应的非等温差热、热重分析
• 3.3.1 实验原理
• 3.3.2 实验装置
• 3.3.3 实验步骤
• 3.3.4 实验方案
• 3.3.5 实验结果与分析
• 3.4 硫化钙氧化焙烧反应实验
• 3.4.1 实验装置
• 3.4.2 实验方案
• 3.4.3 实验步骤
• 3.4.4 实验结果与分析
• 3.5 硫酸钙和硫化钙的固-固反应实验
• 3.5.1 实验方案及实验过程
• 3.5.2 实验结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 工业含硫炉渣的焙烧脱硫实验
• 4.1 硫化钙直接氧化脱硫实验
• 4.2 硫化钙间接焙烧脱硫实验
• 4.3 工业含硫炉渣的焙烧脱硫实验
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢