高炉粉尘的热处理研究(附件)【字数：14780】
粉尘是钢铁生产过程中的固体废弃物之一，近年来关于粉尘的处理利用研究颇受关注。目前无论是工业应用上还是科学研究中，所采用的方法主要是火法、湿法和固化填埋处理。相比于填埋法占用土地和污染环境，火法和湿法处理则为粉尘的资源再利用开辟了更加广阔的空间。其中火法处理作为较易实施的技术，是粉尘应用开发的重要路线。而理解粉尘热处理过程中的相变或形貌特征的变化，是粉尘火法应用的基础和前提。本课题采用高能球磨和焙烧热处理技术，利用TGA-DTA、XRD、SEM和EDS等手段，对沙钢高炉粉尘在处理过程中的相变和形貌变化做以研究。原始粉尘主要含有铁、碳、硅、铝等元素，其中主要元素铁是以γ-Fe2O3和ɑ-Fe2O3形式存在。当对粉尘进行球磨和加热处理后，随着温度升高至440℃时，γ-Fe2O3的XRD特征衍射峰极度弱化，表明γ-Fe2O3逐渐向ɑ-Fe2O3转变。相对于未球磨的热处理粉尘，球磨样品的无定型炭或二氧化硅的XRD衍射宽峰稍微锐化。铜的引入对粉尘氧化铁的结晶度有显著影响。TGA-DTA结果表明，空气下加热粉尘，失重率为11%；而氮气氛下加热样品，失重率为3%左右；相比于空气氛下的差热峰，氮气氛下的差热峰向高温区偏移。SEM结果表明，球磨使初始粉尘粒径从毫米级减小至微米、纳米级。对粉尘热处理后样品球磨，时间从5h到7h，样品粒径尺寸变化不大。粉尘中加入铜球磨后进行热处理，保温时间从3h到6h，样品粒径尺寸变化不大。铜的引入会促进粉尘粒径减小，但团聚严重。关键词高炉粉尘；热处理；高能球磨
目 录
第一章 绪论 1
1.1 钢厂废弃物的产生及污染 1
1.2 高炉粉尘的组成及来源 1
1.3 高炉粉尘的处理方法 2
1.3.1 湿法工艺与火法工艺 3
1.3.2 不锈钢粉尘处理 5
1.3.3 含锌粉尘处理 6
1.4 高能球磨 8
1.4.1 高能球磨法 8
1.4.2 高能球磨机 9
1.4.3 球磨原理 9
1.5 研究意义和主要内容 10
第二章 实验部分 11
2.1 实验材料和仪器 11
2.1.1 材料 11
2.1.2 设备 11 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
2.2 实验步骤 11
2.2.1 样品先磨后烧处理实验步骤 11
2.2.2 样品先烧后磨处理实验步骤 12
2.3 材料表征 12
2.3.1 TGDSC 12
2.3.2 XRD介绍 13
2.3.3 SEM和EDS分析 13
第三章 数据分析与讨论 14
3.1 高炉粉尘分析 14
3.1.1 SEM和EDS 14
3.1.2 XRD 15
3.1.3 TGADTA 15
3.2 粉尘样品先球磨后热处理 16
3.2.1空气气氛下先球磨后热处理 17
3.2.2粉尘加铜 18
3.3 粉尘样品先热处理后球磨 20
3.3.1 热处理温度的影响 20
3.3.2 热处理时间的影响 22
3.3.3 热处理后样品加铜球磨 22
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
第一章 绪论
1.1 钢厂废弃物的产生及污染
现如今，我国作为钢铁大国，钢铁企业众多，铁矿石的进口量不断增加。钢铁厂经济快速发展的同时，也产生了许多废弃物。这些废弃物由于长时间得不到有效的回收，对周边环境造成了严重污染。因此，冶金企业综合利用含铁废渣是很有必要的。有效地处理和利用钢厂废弃物，使之清洁生产，定将成为我国钢铁行业日后健康发展的重要目标。含铁废渣和粉尘，实质是一种资源，然并未得到合理利用，是一种资源的浪费[1]。
钢铁的生产操作流程十分复杂，且每步流程中都会产生大量的粉尘、废气以及其他废物等。废物的产生主要集中在以下两个方面：一方面是钢铁生产流程中必然会出现的排放废物，比如炉渣、燃料的燃烧、铁矿石被碳还原、钢包铁水脱碳时有CO和CO2气体产生[2]；另一方面则是冶金流程中工艺废物的排放，比如加热产生的高温废气、烟尘由于加热蒸发和废气而大量出现、仪器冷却后废水的出现等。这是因为流程中废物排放的出现符合物料平衡，可以通过原料的结构以及工艺流程进行调整，调整的结果一般只能使排放废物的性能和地点发生改变，并不会降低流程中总的废物排放量。要想降低只能结合其他行业的工艺技术来实现资源的循环利用，如冶金炉渣可以用来制造建筑材料等。
1.2 高炉粉尘的组成及来源
高炉粉尘主要由铁、碳、氧等元素组成，同时也会存在少量的铝、硅、钙等元素，部分地区的高炉粉尘甚至会有锌、铅、砷等有害元素。元素的含量和性质一般和进料的性质相关。美国环境保护署早在70年代[3]出台了将含有铅、锌等元素的粉尘列为K061类物质的法律，其中明确指出回收或钝化处理此类粉尘，不然必须将密封好的粉尘按规定堆放在指定地点。因此，各国高度重视如何充分地回收、处理以及综合利用高炉粉尘。既能降低对周围环境的危害，又能使粉尘得到充分利用。
钢铁企业在生产过程中排放了大量的“三废”。我国每年的钢产量达到8000万吨，假如以每生产一吨钢需排放15公斤高炉粉尘的标准来进行计算，每年粉尘的排放量就达到了120万吨。因为这些粉尘长期不能有效的回收利用，导致大量的高炉粉尘空气中漂浮。这不但造成了工厂周边环境的严重污染，农田生态环境也受到了较大的危害。而大多钢铁行业的粉尘中都含有较高的铁、碳等成分，如果能将粉尘合理开发和利用，不仅能有效地防止再次污染，还可以改善周边环境，使粉尘成为二次资源，实现可持续利用[4]。
由于我国钢铁企业数量较多、生产规模小、粉尘过于分散、粉尘中锌、铅元素含量低的现状，对粉尘的回收利用会有一定难度。但不管通过哪种方法处理粉尘，发展的方向都应遵循下面几个原则：生产出的环保渣能够堆放；回收固体挥发物；极少数会出现新废物；回收有价金属；必须要有较高的工艺的能效。如果哪种处理能够符合以上这些原则，那么该工艺就是有效的，应得到大力推广的操作[5]。
1.3 高炉粉尘的处理方法
企业通常只是简单地将含铅、锌等元素的灰尘倾倒入野外，或直接将废物就地掩埋。粉尘中的重金属一旦浸出就会对周边环境造成严重污染。由于高炉中锌的丰富，这些粉尘在钢铁厂中重复使用就会让炉衬寿命缩短，严重的话甚至会影响高炉的正常运行。随着冶金企业的快速发展和对环境保护意识的提高，粉尘的处理、回收和再利用越来越重要。如何合理地处理这类粉尘已成为冶金界的热门。
国内企业对粉尘的处理基本分为以下几种：鞍钢通过重选—浮选—磁选联合工艺获得了铁精矿，其含铁量为61％，回收率达到55％[6]；广东韶钢和广西柳钢通过火法工艺不仅保护了周边环境，而且将粉尘中的铅、锌等有价元素一一进行回收，每年创造利润200万元；邯钢通过磁选厂每年可以处理粉尘7万吨的同时处理铁精矿4万吨，每年可以获利500万元；鞍钢建成高炉粉尘的选矿车间后，每年可以处理粉尘10万吨[7]；除此以外韶钢和柳钢等将高炉粉尘处理后再利用；鞍钢和本钢等则直接将粉尘用作烧结配料或者制成球团使用；宝钢对粉尘的处理较为多样，其可以分为以下三种途径：减量处理、厂内循环和厂外利用。宝钢研究后发现，高炉粉尘通过浮选—磁选或者磁选—浮选联合工艺处理后，不但可以对炭精粉进行回收，甚至可以得到产率50％、含铁量60％的铁精矿，炭精粉的含碳量达到了67％。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 钢厂废弃物的产生及污染 1
1.2 高炉粉尘的组成及来源 1
1.3 高炉粉尘的处理方法 2
1.3.1 湿法工艺与火法工艺 3
1.3.2 不锈钢粉尘处理 5
1.3.3 含锌粉尘处理 6
1.4 高能球磨 8
1.4.1 高能球磨法 8
1.4.2 高能球磨机 9
1.4.3 球磨原理 9
1.5 研究意义和主要内容 10
第二章 实验部分 11
2.1 实验材料和仪器 11
2.1.1 材料 11
2.1.2 设备 11 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
2.2 实验步骤 11
2.2.1 样品先磨后烧处理实验步骤 11
2.2.2 样品先烧后磨处理实验步骤 12
2.3 材料表征 12
2.3.1 TGDSC 12
2.3.2 XRD介绍 13
2.3.3 SEM和EDS分析 13
第三章 数据分析与讨论 14
3.1 高炉粉尘分析 14
3.1.1 SEM和EDS 14
3.1.2 XRD 15
3.1.3 TGADTA 15
3.2 粉尘样品先球磨后热处理 16
3.2.1空气气氛下先球磨后热处理 17
3.2.2粉尘加铜 18
3.3 粉尘样品先热处理后球磨 20
3.3.1 热处理温度的影响 20
3.3.2 热处理时间的影响 22
3.3.3 热处理后样品加铜球磨 22
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
第一章 绪论
1.1 钢厂废弃物的产生及污染
现如今，我国作为钢铁大国，钢铁企业众多，铁矿石的进口量不断增加。钢铁厂经济快速发展的同时，也产生了许多废弃物。这些废弃物由于长时间得不到有效的回收，对周边环境造成了严重污染。因此，冶金企业综合利用含铁废渣是很有必要的。有效地处理和利用钢厂废弃物，使之清洁生产，定将成为我国钢铁行业日后健康发展的重要目标。含铁废渣和粉尘，实质是一种资源，然并未得到合理利用，是一种资源的浪费[1]。
钢铁的生产操作流程十分复杂，且每步流程中都会产生大量的粉尘、废气以及其他废物等。废物的产生主要集中在以下两个方面：一方面是钢铁生产流程中必然会出现的排放废物，比如炉渣、燃料的燃烧、铁矿石被碳还原、钢包铁水脱碳时有CO和CO2气体产生[2]；另一方面则是冶金流程中工艺废物的排放，比如加热产生的高温废气、烟尘由于加热蒸发和废气而大量出现、仪器冷却后废水的出现等。这是因为流程中废物排放的出现符合物料平衡，可以通过原料的结构以及工艺流程进行调整，调整的结果一般只能使排放废物的性能和地点发生改变，并不会降低流程中总的废物排放量。要想降低只能结合其他行业的工艺技术来实现资源的循环利用，如冶金炉渣可以用来制造建筑材料等。
1.2 高炉粉尘的组成及来源
高炉粉尘主要由铁、碳、氧等元素组成，同时也会存在少量的铝、硅、钙等元素，部分地区的高炉粉尘甚至会有锌、铅、砷等有害元素。元素的含量和性质一般和进料的性质相关。美国环境保护署早在70年代[3]出台了将含有铅、锌等元素的粉尘列为K061类物质的法律，其中明确指出回收或钝化处理此类粉尘，不然必须将密封好的粉尘按规定堆放在指定地点。因此，各国高度重视如何充分地回收、处理以及综合利用高炉粉尘。既能降低对周围环境的危害，又能使粉尘得到充分利用。
钢铁企业在生产过程中排放了大量的“三废”。我国每年的钢产量达到8000万吨，假如以每生产一吨钢需排放15公斤高炉粉尘的标准来进行计算，每年粉尘的排放量就达到了120万吨。因为这些粉尘长期不能有效的回收利用，导致大量的高炉粉尘空气中漂浮。这不但造成了工厂周边环境的严重污染，农田生态环境也受到了较大的危害。而大多钢铁行业的粉尘中都含有较高的铁、碳等成分，如果能将粉尘合理开发和利用，不仅能有效地防止再次污染，还可以改善周边环境，使粉尘成为二次资源，实现可持续利用[4]。
由于我国钢铁企业数量较多、生产规模小、粉尘过于分散、粉尘中锌、铅元素含量低的现状，对粉尘的回收利用会有一定难度。但不管通过哪种方法处理粉尘，发展的方向都应遵循下面几个原则：生产出的环保渣能够堆放；回收固体挥发物；极少数会出现新废物；回收有价金属；必须要有较高的工艺的能效。如果哪种处理能够符合以上这些原则，那么该工艺就是有效的，应得到大力推广的操作[5]。
1.3 高炉粉尘的处理方法
企业通常只是简单地将含铅、锌等元素的灰尘倾倒入野外，或直接将废物就地掩埋。粉尘中的重金属一旦浸出就会对周边环境造成严重污染。由于高炉中锌的丰富，这些粉尘在钢铁厂中重复使用就会让炉衬寿命缩短，严重的话甚至会影响高炉的正常运行。随着冶金企业的快速发展和对环境保护意识的提高，粉尘的处理、回收和再利用越来越重要。如何合理地处理这类粉尘已成为冶金界的热门。
国内企业对粉尘的处理基本分为以下几种：鞍钢通过重选—浮选—磁选联合工艺获得了铁精矿，其含铁量为61％，回收率达到55％[6]；广东韶钢和广西柳钢通过火法工艺不仅保护了周边环境，而且将粉尘中的铅、锌等有价元素一一进行回收，每年创造利润200万元；邯钢通过磁选厂每年可以处理粉尘7万吨的同时处理铁精矿4万吨，每年可以获利500万元；鞍钢建成高炉粉尘的选矿车间后，每年可以处理粉尘10万吨[7]；除此以外韶钢和柳钢等将高炉粉尘处理后再利用；鞍钢和本钢等则直接将粉尘用作烧结配料或者制成球团使用；宝钢对粉尘的处理较为多样，其可以分为以下三种途径：减量处理、厂内循环和厂外利用。宝钢研究后发现，高炉粉尘通过浮选—磁选或者磁选—浮选联合工艺处理后，不但可以对炭精粉进行回收，甚至可以得到产率50％、含铁量60％的铁精矿，炭精粉的含碳量达到了67％。
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