电弧炉粉尘的热处理研究studyonheattreatmentofelectricarcfurnacedusk(附件)【字数：14576】
摘 要摘 要电弧炉粉尘是钢铁企业生产的固废之一。火法与湿法以及固化掩埋是处理粉尘的主要路线。粉尘作为危险废弃物，其填埋会给土壤和水体环境带来严重污染。因此利用火法或湿法对粉尘中大量的铁、锌等有价元素提取回收，或者将其作为原料制备功能性新材料是粉尘资源再利用的最可取途径。本课题研究了加热处理对天工电弧炉粉尘物相的影响，重点考察了ZnO的加入引起的粉尘物相变化，并对所得产物进行了磁性测定。借助SEM、EDS、TG-DSC和XRD等仪器分析手段，可知电弧炉粉尘中的主要元素铁是以其氧化物γ-Fe2O3形式存在；从370℃升温到900℃过程中，发生γ-Fe2O3向ɑ-Fe2O3的物相转变。向粉尘中引入ZnO并进行高能球磨后，在铁锌摩尔比为1:1.1、混合粉尘加热温度为800℃、保温时间为2小时的条件下，粉尘相变产生的ɑ-Fe2O3会与ZnO发生固相反应，从而形成新相铁酸锌。对所得的铁酸锌进行了磁性测试，结果表明，所得铁酸锌呈顺磁性特征。关键词电弧炉粉尘；热处理；铁酸锌；高能球磨
目录
第一章 绪论 1
1.1电弧炉粉尘的来源及组成 1
1.2电弧炉粉尘的处理和利用现状 1
1.2.1固化与填埋法 1
1.2.2返回烧结和喷吹法 2
1.2.3湿法提取法 2
1.2.4火法工艺 3
1.3铁酸盐 4
1.3.1铁酸盐的制备方法 4
1.3.2铁酸盐材料的应用 6
1.4研究的主要内容和意义 7
第二章 实验部分 8
2.1实验试剂和仪器 8
2.1.1试剂 8
2.1.2设备 8
2.2实验设备 9
2.2.1球磨机 9
2.2.2热处理炉 10
2.2.3分析方法 11
2.3实验内容 12
2.3.1实验流程 12
2.3.2原料准备 13
2.3.3高能球磨 13
2.3.4粉尘热处理 13
第三章 数据分析和讨论 14
3.1电弧炉粉尘原粉分析 14
3.1.1 XRD 14< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
br /> 3.1.2 SEM及EDS 15
3.1.3氮气吸附脱附 16
3.1.4热重差热分析 17
3.1.5粉尘原粉热处理后XRD分析 18
3.2粉尘加入氧化锌后的分析 19
3.2.1热重差热分析 19
3.2.2 SEM及EDS分析 20
3.2.3粉尘中加入氧化锌热处理后的分析 21
3.2.4高温固相合成铁酸锌的机理 24
3.3铁酸锌磁性分析 25
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
改革开放以来我国经济高速发展，钢铁行业更是突飞猛进。目前我国钢产量已经稳居世界第一位。钢铁行业的发展为国家经济增长助力的同时，也给环境带来巨大的压力。冶金“三废”的处理研究已成为国内外热门课题。近些年电弧炉炼钢在我国得到巨大发展，伴随着电弧炉生产带来的大量粉尘废弃物，成为当前急需解决的问题。电弧炉粉尘内不仅含有害物质，更有铁、锌等极具回收价值的元素。本课题通过对电弧炉粉尘深入研究，尝试获得有诸多用途的新材料，以期为电弧炉粉尘的资源再利用提供一些理论基础和重要的实验数据。
1.1电弧炉粉尘的来源及组成
电炉炼钢各过程收集而得到的产物就是电炉粉尘。一般认为，每生产1t的钢将会产生10kg～20kg的粉尘量。电炉炼钢粉尘中含铁量很高，此外还含有Zn、Cr、Pb、Cd 等重金属元素[1]，这些重金属的成分和含量与冶炼的钢种以及冶炼工艺有关。一般来说冶炼碳钢和低合金钢中的锌和铅的含量较多，冶炼不锈钢和特种钢的粉尘中铬、镍、钼的含量会比较多。电炉粉尘中的铅、镉等对人体有害。电弧炉粉尘颗粒小，收集以及运输难度大。露天放置的电炉粉尘会随着雨水渗入到地下，污染地下水，严重污染周围环境，危害人类的健康。但电炉粉尘中的铁、锌等金属元素具有很高的回收利用价值，它们的进一步回收再利用研究值得深入开展。
1.2电弧炉粉尘的处理和利用现状
目前有很多处理电炉粉尘的方法，其中一般对没有回收价值的粉尘采用填埋法、固化和稳定技术法等，而对于有回收价值的粉尘我们采用返回烧结法、湿法提取法、火法、湿法火法结合法等。
1.2.1固化与填埋法
我们一般将铁、锌等金属含量低的粉尘进行简单的处理，然后送入安全填埋场填埋[2]。这种方法占用土地，花费巨大，而且处理能力有限，不能回收粉尘中有价金属元素，不仅造成环境污染，还造成资源浪费。
固化技术有水泥固化技术和药剂固化技术等[3]。水泥固化法主要是在粉尘中加入水泥，水泥和粉尘发生化学反应后形成水泥固化体，它可以有效地控制有害元素的渗出和污染[4]。药剂固化技术则是在粉尘中加入药剂，使药剂和粉尘发生反应，使粉尘中的有害物质难以渗出[5]。化学稳定化则是通过直接烧结将电弧炉粉尘模制成块体，再加入化学添加剂例如CaCO3，Na2CO3和SiO2进行烧结，或通过添加石灰来实现稳定化。这种方法有效降低了粉尘中重金属浸出的可能，但并不能保证粉尘永久不会浸出有毒物质，而且没有充分考虑到有价值金属的回收，因而浪费资源。
1.2.2返回烧结和喷吹法
返回烧结和喷吹法是将粉尘以不同的方式加入到电炉中，作为原料还原粉尘中铁的过程。
返矿烧结法是将电炉粉尘返回烧结回收利用，这种方法把电炉粉尘按照一定配比和原料混合，制成烧结矿使用。但混入粉尘的烧结矿含铁品位明显降低，并且随着返矿次数的增加，烧结矿中的锌含量会大大增加。锌含量的增加会使煤气堵塞，影响炉顶煤气压力变化。这种方法会使电路中的锌恶性循环富集，给电炉生产造成巨大危害。所以返矿烧结对电炉粉尘的锌含量要求很高，一般返矿二次生产后收集的粉尘难以再使用。这种方法虽然可以保证电弧炉粉尘中铁的回收，但难度相当大，经济效益不高，并且长期将粉尘返矿烧结会影响电炉的正常工作，因而目前很多企业已经不再采用这种方法。
喷吹法则是将粉尘混入氧气和煤粉，喷吹到高炉中。粉尘中的碳将作为还原剂，与煤粉一起还原粉尘中的铁。由于粉尘颗粒小，喷吹粉尘会导致高炉透气性变差，影响高炉炼铁的顺行。
目录
第一章 绪论 1
1.1电弧炉粉尘的来源及组成 1
1.2电弧炉粉尘的处理和利用现状 1
1.2.1固化与填埋法 1
1.2.2返回烧结和喷吹法 2
1.2.3湿法提取法 2
1.2.4火法工艺 3
1.3铁酸盐 4
1.3.1铁酸盐的制备方法 4
1.3.2铁酸盐材料的应用 6
1.4研究的主要内容和意义 7
第二章 实验部分 8
2.1实验试剂和仪器 8
2.1.1试剂 8
2.1.2设备 8
2.2实验设备 9
2.2.1球磨机 9
2.2.2热处理炉 10
2.2.3分析方法 11
2.3实验内容 12
2.3.1实验流程 12
2.3.2原料准备 13
2.3.3高能球磨 13
2.3.4粉尘热处理 13
第三章 数据分析和讨论 14
3.1电弧炉粉尘原粉分析 14
3.1.1 XRD 14< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
br /> 3.1.2 SEM及EDS 15
3.1.3氮气吸附脱附 16
3.1.4热重差热分析 17
3.1.5粉尘原粉热处理后XRD分析 18
3.2粉尘加入氧化锌后的分析 19
3.2.1热重差热分析 19
3.2.2 SEM及EDS分析 20
3.2.3粉尘中加入氧化锌热处理后的分析 21
3.2.4高温固相合成铁酸锌的机理 24
3.3铁酸锌磁性分析 25
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
改革开放以来我国经济高速发展，钢铁行业更是突飞猛进。目前我国钢产量已经稳居世界第一位。钢铁行业的发展为国家经济增长助力的同时，也给环境带来巨大的压力。冶金“三废”的处理研究已成为国内外热门课题。近些年电弧炉炼钢在我国得到巨大发展，伴随着电弧炉生产带来的大量粉尘废弃物，成为当前急需解决的问题。电弧炉粉尘内不仅含有害物质，更有铁、锌等极具回收价值的元素。本课题通过对电弧炉粉尘深入研究，尝试获得有诸多用途的新材料，以期为电弧炉粉尘的资源再利用提供一些理论基础和重要的实验数据。
1.1电弧炉粉尘的来源及组成
电炉炼钢各过程收集而得到的产物就是电炉粉尘。一般认为，每生产1t的钢将会产生10kg～20kg的粉尘量。电炉炼钢粉尘中含铁量很高，此外还含有Zn、Cr、Pb、Cd 等重金属元素[1]，这些重金属的成分和含量与冶炼的钢种以及冶炼工艺有关。一般来说冶炼碳钢和低合金钢中的锌和铅的含量较多，冶炼不锈钢和特种钢的粉尘中铬、镍、钼的含量会比较多。电炉粉尘中的铅、镉等对人体有害。电弧炉粉尘颗粒小，收集以及运输难度大。露天放置的电炉粉尘会随着雨水渗入到地下，污染地下水，严重污染周围环境，危害人类的健康。但电炉粉尘中的铁、锌等金属元素具有很高的回收利用价值，它们的进一步回收再利用研究值得深入开展。
1.2电弧炉粉尘的处理和利用现状
目前有很多处理电炉粉尘的方法，其中一般对没有回收价值的粉尘采用填埋法、固化和稳定技术法等，而对于有回收价值的粉尘我们采用返回烧结法、湿法提取法、火法、湿法火法结合法等。
1.2.1固化与填埋法
我们一般将铁、锌等金属含量低的粉尘进行简单的处理，然后送入安全填埋场填埋[2]。这种方法占用土地，花费巨大，而且处理能力有限，不能回收粉尘中有价金属元素，不仅造成环境污染，还造成资源浪费。
固化技术有水泥固化技术和药剂固化技术等[3]。水泥固化法主要是在粉尘中加入水泥，水泥和粉尘发生化学反应后形成水泥固化体，它可以有效地控制有害元素的渗出和污染[4]。药剂固化技术则是在粉尘中加入药剂，使药剂和粉尘发生反应，使粉尘中的有害物质难以渗出[5]。化学稳定化则是通过直接烧结将电弧炉粉尘模制成块体，再加入化学添加剂例如CaCO3，Na2CO3和SiO2进行烧结，或通过添加石灰来实现稳定化。这种方法有效降低了粉尘中重金属浸出的可能，但并不能保证粉尘永久不会浸出有毒物质，而且没有充分考虑到有价值金属的回收，因而浪费资源。
1.2.2返回烧结和喷吹法
返回烧结和喷吹法是将粉尘以不同的方式加入到电炉中，作为原料还原粉尘中铁的过程。
返矿烧结法是将电炉粉尘返回烧结回收利用，这种方法把电炉粉尘按照一定配比和原料混合，制成烧结矿使用。但混入粉尘的烧结矿含铁品位明显降低，并且随着返矿次数的增加，烧结矿中的锌含量会大大增加。锌含量的增加会使煤气堵塞，影响炉顶煤气压力变化。这种方法会使电路中的锌恶性循环富集，给电炉生产造成巨大危害。所以返矿烧结对电炉粉尘的锌含量要求很高，一般返矿二次生产后收集的粉尘难以再使用。这种方法虽然可以保证电弧炉粉尘中铁的回收，但难度相当大，经济效益不高，并且长期将粉尘返矿烧结会影响电炉的正常工作，因而目前很多企业已经不再采用这种方法。
喷吹法则是将粉尘混入氧气和煤粉，喷吹到高炉中。粉尘中的碳将作为还原剂，与煤粉一起还原粉尘中的铁。由于粉尘颗粒小，喷吹粉尘会导致高炉透气性变差，影响高炉炼铁的顺行。
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