转炉钢渣浸出脱磷及含磷浸出液吸附除磷研究

摘要

十八届五中全会提出“创新、协调、绿色、开放和共享”的发展理念，绿色发展成为“十三五”的主旋律。钢铁行业作为高能耗、高排放行业，在“十三五”期间面临的资源环境压力巨大。转炉钢渣作为冶金行业最主要的固体废弃物，每年的产出量十分巨大。截至2016年，我国粗钢年产量8亿吨以上，钢渣产量近8千万吨，但其利用率仅为25~30％。每年仍有大量钢渣堆存处理，不仅污染环境而且浪费资源。钢渣中富含的磷由于对环境和钢铁制品均有危害，是限制钢渣资源综合利用的主要因素。
　　本研究以某钢厂转炉钢渣为研究对象，从酸性水溶液浸出脱磷和含磷浸出液吸附除磷两方面进行研究，探索一种清洁环保的钢渣脱磷方法。采用柠檬酸-NaOH-HCl缓冲液作为浸出剂，系统考察了浸出时间、浸出温度、浸出液pH值、钢渣粒度以及液固比对钢渣浸出脱磷率和铁损的影响。研究发现最佳的浸出条件为：40分钟、25℃、浸出液pH值2.2、钢渣粒度75~125μm、液固比50 mL/g。最佳浸出条件下脱磷率为92%，铁损为30%。为了明确浸出机制和提高浸出速率，对浸出过程进行了动力学分析，发现钢渣浸出脱磷符合粒径不变的收缩未反应核模型。浸出过程的限制性环节为固体层扩散，表观活化能1.23 kJ?mol-1。采用活性氧化铝作为吸附剂对含磷浸出液进行吸附除磷，研究了吸附时间、吸附剂投加量、吸附剂粒度、浸出液初始磷浓度、pH值对吸附除磷的影响。研究发现吸附剂投加量与初始磷浓度有关；最佳吸附除磷pH值为6.3；吸附剂粒度对磷去除率和吸附容量有较大影响，当粒径＜1.18mm时，磷去除率和吸附容量随着粒径的减小而减小；当粒径＞2mm时，磷去除率和吸附容量随着粒径的增大而减小。当吸附剂粒径介于1.18~2mm之间时，吸附除磷效果最佳。最佳实验条件下，吸附除磷率为88%，吸附容量为0.72mg/g。通过等温线模型和动力学模型对吸附除磷过程进行解析，结果表明：活性氧化铝吸附除磷符合Freundlich模型与准二级动力学模型；活性氧化铝对磷酸根离子的吸附以化学吸附为主，物理吸附为辅。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 转炉钢渣概述

1.3 国内外钢渣综合利用现状

1.4 钢渣脱磷研究现状

1.5 含磷废液除磷研究现状

1.6 课题研究背景及研究内容

2 转炉钢渣浸出脱磷实验研究

2.1 引言

2.2 浸出实验

2.3 实验结果与分析

2.4钢渣物相与形貌表征

2.5 本章小结

3 转炉钢渣浸出脱磷动力学研究

3.1 引言

3.2 浸出脱磷动力学模型的选择

3.3 浸出脱磷动力学分析

3.4 本章小结

4 含磷浸出液吸附除磷研究

4.1 引言

4.2 吸附实验

4.3 实验结果与分析

4.4 浸出废液吸附除磷等温线

4.5 浸出废液吸附除磷动力学

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间获得的授权专利