含锌粉尘脱锌处理的实验室研究
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Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．４安徽工业大学学报第２４卷第４期Ｏｃｔｏｂｅｒ２００７Ｊ．ｏｆＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００７年１０月
文章编号：１６７１－７８７２（２００７）０４－０３５１－０３
含锌粉尘脱锌处理的实验室研究
王强１，龙世刚１，占莉２
（１．安徽工业大学冶金与资源学院，安徽马鞍山２４３００２；２．北京科技大学冶金与生态工程学院，北京１０００８３）
摘要：充分利用高炉含锌瓦斯泥中充足的碳源，将铁和锌还原出来，得到脱锌金属化球团矿，实现资源的回收利用和环境保护。
通过研究不同粘结剂、碱度、还原温度和还原时间对熟球抗压强度、脱锌率的影响，找出最佳试验方案为Ａ１Ｂ３Ｃ３Ｄ３，得到脱锌率和抗压强度较高的金属化球团。
关键词：粉尘；含碳球团；抗压强度；脱锌率
中图分类号：ＴＦ０４６文献标识码：Ａ
ＳｔｕｄｙｏｎＤｅｚｉｎｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＤｕｓｔＣｏｎｔａｉｎｅｄＺｉｎｃｉｎＬａｂ
ＷＡＮＧＱｉａｎｇ１，ＬＯＮＧＳｈｉ－ｇａｎｇ１，ＺＨＡＮＬｉ２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ＆Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａ＇ａｎｓｈａｎ２４３００２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｕｓｅｔｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅＦｅａｎｄＺｎｗａｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｐｌｅｎｔｙｃａｒｂｏｎｃｏｎｔａｉｎｅｄｉｎＢｌａｓｔＦｕｒｎａｃｅｄｕｓｔａｎｄｔｈｅｍｅｔａｌｌｉｃｐｅｌｌｅｔｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｚｉｎｃｗａｓｇａｉｎｅｄ．Ｂｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｉｎｄｅｒｓ，ｂａｓｉｃｉｔｙ，ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｉｍｅｏｎｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｄｅｚｉｎｃｄｅｇｒｅｅａｆｔｅｒｒｅｄｕｃｉｎｇ，ｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｂｅｓｔｓｃｈｅｍｅＡ１Ｂ３Ｃ３Ｄ３ａｎｄｇｅｔｔｈｅｍｅｔａｌｌｉｃｐｅｌｌｅｔｓｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｄｅｚｉｎｃｄｅｇｒｅｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｕｓｔ；ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｅｌｌｅｔｓ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｄｅｚｉｎｃｄｅｇｒｅｅ
钢铁厂每年产生的大量含锌粉尘，既占用场地，严重污染环境，又浪费其中铁、锌、铅、碳等资源，严重制约了钢铁厂的可持续发展。
经济有效地将含锌粉尘资源化既是２０多年来钢铁界的热门课题，也是一大难题，已经实用化的技术普遍存在投资过大，成本较高的问题，大大限制了它们的推广应用。
含锌粉尘处理技术开发就是通过技术创新解决现有技术存在的问题。
不仅对钢铁厂的可持续发展有重要意义，对提升钢铁厂环保技术自主创新能力也具有重要意义［１］。
充分利用高炉含锌瓦斯泥中充足的碳源，将铁和锌还原出来，得到脱锌金属化球团矿，实现资源的回收利用和环境保护。
１实验方法
高炉瓦斯泥含碳量较高，为了提高碳的利用率和得到较高的金属化率，实验配加一定量的精矿粉，使碳氧摩尔比为１．２［２］。
高炉瓦斯泥主要成份（ｗ／％）为：ＴＦｅ３６．３４，ＦｅＯ５．３４，ＳｉＯ２６．２，ＣａＯ１．７２，ＭｇＯ０．６３２，Ａｌ２Ｏ３３．５３，ＴｉＯ２０．２９，Ｋ２Ｏ０．０６５，Ｎａ２Ｏ０．０５６，ＭｎＯ０．１６，Ｐ０．１０１，Ｚｎ５．９４，Ｃ２２．７９。
精矿粉主要成份（ｗ／％）为：ＴＦｅ６６．９６，ＦｅＯ２．８，ＳｉＯ２２．４８，ＣａＯ０．０７，Ｓ０．０３５。
粘结剂为水玻璃、膨润土、羧甲基纤维素钠所配制的复合添加剂。
将各种原料按一定的比例配料、混合，用圆盘造球机造球、烘干，在Ｎ２保护气氛下的电阻炉中还原。
对还原后的球团进行强度测试及化学分析。
采用正交试验实验设计，验证碱度、粘结剂、还原温度和时间对脱锌率和熟收稿日期：２００７－０４－０５
作者简介：王强（１９８２－），男，安徽当涂人，硕士生。
安徽工业大学学报２００７
图１各因素与抗压强度的关系
实验编号
粘结剂（Ａ）
碱度（Ｂ）
温度（Ｃ）／℃
时间（Ｄ）／ｍｉｎ
抗压强度／（Ｎ／个球）
１１０．８１０５０１０９７２１０．９１１５０２０９０３３１１．０１２５０３０１４３６４２０．８１２５０２０９８１５２０．９１０５０３０８９６２１．０１１５０１０１０４７３０．８１１５０３０４８３８３０．９１２５０１０５７２９３１．０１０５０２０１０
ｋ１８１２５２０６５２５８ｋ２３９１５２１４９７６３１ｋ３
３５５５１７９９６６６９极差４５７４９３１４１１最优方案
Ａ１
Ｂ２
Ｃ３
Ｄ３
球抗压强度的影响，找出最佳试验方案。
２实验结果与分析
２．１抗压强度
熟球抗压强度为金属化球团的重要指标，正交试验时，以Ａ代表粘结剂，Ｂ代表碱度，Ｃ代表温度，Ｄ代表时间，４种因素对熟球抗压强度的影响见表１。
表１熟球抗压强度
由表１极差可以得出，各因素对熟球抗压强度的影响由强到弱排列为：还原温度＞粘结剂＞还原时间＞碱度。
其中还原温度对熟球的抗压强度影响最大，试样３（Ａ１Ｂ３Ｃ３Ｄ３）的熟球抗压强度最高１４３６Ｎ／个球，极差分析试验最优方案为Ａ１Ｂ３Ｃ３Ｄ３。
图１为各试验因素与抗压强度之间的关系曲线图。
由图１可知，添加１号粘结剂的球团抗压强度最好，添加３号粘结剂的强度最差；熟球抗压强度随着碱度的升高先升高后降低，碱度对强度的影响不大，碱度为０．９时抗压强度最大；随着还原温度的升高熟球团抗压强度显著增大，１２５０℃时达到最大；随着还
１１００
９００７００５００３００１００
Ａ１Ａ２Ａ３
Ｂ１Ｂ２Ｂ３
Ｃ１Ｃ２Ｃ３
Ｄ１Ｄ２Ｄ３
试验因素
抗压强度／（Ｎ／个球）
原时间的延长熟球团抗压强度增大，当还原时间由２０ｍｉｎ延长到３０ｍｉｎ时强度变化不大，３０ｍｉｎ时最大。
２．２脱锌率
还原后球团的脱锌率根据化学法分析Ｚｎ的质量分数，用下式计算可得：
脱锌率＝（还原前球团中锌量－还原后球团中残余锌量）／还原前球团中锌量。
Ａ代表粘结剂，Ｂ代表碱度，Ｃ代表温度，Ｄ代表时间，４种因素对脱锌率的影响见表２。
从表２极差可以看出，各因素对脱锌率的影响程度由强到弱为：还原温度＞还原时间＞粘结剂＞碱度。
其中还原温度对脱锌率影响最大，最优试验方案为Ａ１Ｂ３Ｃ３Ｄ３。
同时可以看出，试样３（Ａ１Ｂ３Ｃ３Ｄ３）组合脱锌率最高为８７．５２％，与正交试验最优方案一致。
图２为各试验因素与脱锌率之间的关系曲线。
由图２可知，添加１号粘结剂的球团脱锌率最大，添加３号粘结剂的脱锌率最低；脱锌率随着碱度的升高而缓慢增大，碱度是１．０时，脱锌率达到最大。
随着还原温度的升高脱锌率显著增大，１２５０℃时达到最大；随着还原时间的延长脱锌率增大，当还原时间由２０ｍｉｎ延长
３５２
第４期实验编号
粘结剂（Ａ）
碱度（Ｂ）
温度（Ｃ）／℃
时间（Ｄ）／ｍｉｎ
脱锌率／％
１１０．８１０５０１０１．２９２１０．９１１５０２０４４．６９３１１．０１２５０３０８７．５２４２０．８１２５０２０７６．２３５２０．９１０５０３０２２．９４６２１．０１１５０１０２１．４１７３０．８１１５０３０４０．８６８３０．９１２５０１０５３．７２９３１．０１０５０２０１３．０５
ｋ１４４．５０３９．４６１２．４３２５．４７ｋ２４０．１９４０．４５３５．６５４４．６６ｋ３
３５．８８４０．６６７２．４９５０．４４极差８．６２１．２０６０．０６２４．９７最优方案
Ａ１
Ｂ３
Ｃ３
Ｄ３
表２
脱锌率
到３０ｍｉｎ时脱锌率变化不大，３０ｍｉｎ时最大。
综合比较，在保证熟球抗压强度一定的情况下脱锌率越高越好，确定Ａ１Ｂ３Ｃ３Ｄ３为最终试验方案。
８０６０４０２００
Ａ１Ａ２Ａ３Ｂ１Ｂ２Ｂ３Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｄ１Ｄ２Ｄ３
脱锌率／％
试验因素
图２各因素与脱锌率的关系
３结论
（１）试样３
（Ａ１Ｂ３Ｃ３Ｄ３）得到最高脱锌率为８７．５２％，熟球最高抗压强度１４３６Ｎ／个球。
（２）极差分析碱度为０．９时熟球团抗压强度最大，
碱度为１．０时有最高的脱锌率。
碱度对抗压强度和脱
锌率的影响最小且不同碱度之间影响不大，在保证一定熟球抗压强度时脱锌率越高越好。
因此，最佳实验方案为Ａ１Ｂ３Ｃ３Ｄ３：碱度１．０，选取１号粘结剂，还原温度
１２５０℃，还原时间３０ｍｉｎ。
参考文献：
王强等：含锌粉尘脱锌处理的实验室研究［１］王东彦．宝钢含锌铅粉尘快速还原技术［Ｊ］．宝钢技术，２００５
（３）：３１－３４．［２］汪琦．铁矿含碳球团技术［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００５．
３５３。
