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湿法提纯高灰分焦粉的工艺及理论研究

杨扬  
【摘要】:焦炭是炼焦过程及工业焦炭破碎时产生的一种副产物,其粒径通常小于30mm,灰分高达30%-40%。由于灰分较高在生产中无法满足工艺要求,通常廉价出售或被迫废弃。近年来,随着能源的日益短缺,我国的炼焦煤和优质焦炭供不应求,价格长期居高不下。焦炭是电石生产中的主要原料之一,电石用焦在电弧炉中又充当导电体和发热体。因此,电石用焦应具有灰份低、活性高和粒度适中等特性,但灰分低、性能好的焦炭价格昂贵。焦炭中灰分含量过高,不仅使电耗和炭耗升高,而且对电炉产生危害。因此,采用有效的方法对高灰分焦粉进行提纯获取优质焦粉具有重要意义。 本文在参阅了大量的焦粉和煤深度脱灰工艺及相关资料的基础上,对焦粉采用湿法提纯过程进行热力学分析,将传统方法提纯焦粉与现代湿法冶金工艺相结合,采用高压碱浸与常压酸浸联合浸出工艺,实现了高效脱灰目的。焦粉灰分成分物相分析表明:焦粉灰分中的杂质主要以硅、铝、铁和镁等氧化物形式存在,其中SiO2含量达56.86%,Fe2O3和Al2O3含量分别为5.92%和20.07%。 本文对采用现代湿法冶金方法对高灰分焦粉提纯的相关工艺技术进行研究。通过热力学分析表明在碱浸过程中,温度越高,其化学反应的吉布斯自由能越负,越有利于反应的自发进行,碱浸过程应在高压条件下进行;在酸浸过程中,随着温度的升高,其化学反应的吉布斯自由能越大,这将不利于反应的自发进行,所以酸浸过程应在常压条件下进行。其次,通过单因素实验考察碱浸和酸浸过程中原料粒度、初始浓度、反应时间、压力和液固比对焦粉提纯的影响规律,得到了合理的工艺条件:(1)一段碱浸:始碱浓度18%,温度200℃,浸出时间60min,液固比8:1;(2)二段酸浸:始酸浓度12%,温度90℃,浸出时间30min,液固比6:1。在该合理工艺条件下提纯焦粉,可使焦粉中灰分从28.62%降至3.95%,脱灰率高达86.2%,提纯后的焦粉含碳量由原来的69.20%上升至92.90%。 根据湿法冶金法提纯高灰分焦粉实验结果确定了一段高压碱浸及二段常压酸浸联合浸出工艺流程,并进行了重现性实验,其结果表明:高压碱浸与常压酸浸联合浸出工艺提纯高灰分焦粉技术上是完全可行的,该方法相对物理法有更好的提纯效果和更高的固定碳回收率。根据重现性实验工艺条件进行了扩大试验,并对扩大试验进行经济核算。结果表明,采用本文确定的工艺路线处理高灰分焦粉获得优质焦粉,经成球处理后产出优质焦球,经济效益显著,具有较好的工业应用前景。


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