白云鄂博矿钾、钠的催化作用研究

摘要

白云鄂博铁精矿是包钢最主要的含铁矿石原料基地，以其储量巨大而惊人，然而，白云鄂博铁精矿较之其他铁矿物含有较高的钾、钠、氟，其中，氟主要以萤石（CaF2）的状态存在，钾、钠主要以钾长石、钠辉石等复杂硅酸盐形式存在。白云鄂博矿铁精粉矿物组成复杂，嵌布力度细小，且含有较高的钾、钠、氟，这一特点也造成了白云鄂博铁精矿在高炉冶炼工艺中出现了很多问题，氟主要以气态氟和氟粉尘形式进入大气，成为主要的污染源。另外，随着国家对工业节能环保的提倡，钢铁冶炼也逐渐向低能耗、低污染、低成本转变，逐渐由传统的高炉冶炼向电炉炼钢等铁矿物的直接还原工艺转变。因此，本课题针对白云鄂博铁精矿含有钾、钠、氟的特点研究其在煤基直接还原还原过程中的特点，探究钾、钠、氟在铁矿物直接还原过程中所起的催化机理。不仅为白云鄂博铁精矿煤基直接还原工艺提供理论依据，而且为改进其他铁矿物在直接还原工艺上提供理论指导，使白云鄂博矿及其他含铁矿物在直接还原铁处理上得到更充分地利用，降低能耗，降低污染。本论文主要分为三个部分：
　　第一部分选取白云鄂博矿铁精粉和某外矿铁精粉运用模拟隧道窑直接还原法的实验室反应罐直接还原法在不同的温度及还原时间下将其还原成海绵铁，并通过失重计算其金属化率，然后，作对比研究。结果表明：在相同的还原温度和还原时间下，白云鄂博矿铁金粉金属化率高于外矿金属化率。
　　第二部分针对白云鄂博矿主东矿含有较高的钾、钠、氟及钠盐、钾盐对铁矿物还原的催化作用，选钾长石、钠辉石、黑云母、碳酸钠、氟化钠、氟化钾作为添加剂，添加到外矿实验的半焦中，与主东矿在相同的还原温度与还原时间下直接还原并对比分析。找出有催化作用的添加剂，并探究其催化作用机理。研究结果表明：对于钾长石、钠辉石，黑云母等含钾、钠的复盐在直接还原过程中不会直接起到催化作用；而碳酸钠，氟化钠、氟化钾作为添加剂在直接还原过程中起到明显的催化作用。通过对主东矿在直接还原过程中的挥发物进行XRD检测得到有氟化钠和氟化钾，说明主东矿在直接还原过程中，有氟化钠、氟化钾气体溢出，从而起到催化作用，其催化机理为，高温下钾、钠矿物与萤石反应生成了KF、NaF，对碳的气化反应有催化作用。
　　第三部分：针对主东矿和西矿海绵铁金属化率较高，且西矿海绵铁金属化率高于主东矿海绵铁金属化率的实验现象和他们含有稀土矿的差异，通过电镜扫描和EDC的检测方法，观察还原后海绵铁的矿相形貌，比较三种矿的差异。找出他们稀土分布及与铁矿物附着的微观差别。
　　本论文研究结果对提高铁矿物直接还原海绵铁金属化率，降低能耗与污染，综合利用白云鄂博矿资源具有十分重要的现实意义。

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引言

1.文献综述

1.1白云鄂博矿资源综述

1.1.1资源介绍

1.1.2白云鄂博矿的高炉冶炼现状与问题

1.1.3白云鄂博矿中氟的存在形式及相关研究

1.2直接还原

1.2.1直接还原的概述

1.2.2直接还原铁的概述

1.2.3反应罐直接还原的相关研究

1.2.4氧化铁直接还原催化作用的研究

1.2.5稀土氧化物的催化作用

1.3选题的背景及目的意义

1.3.1选题的背景

1.3.2论文研究的目的与意义

2实验内容、方案及分析方法

2.1实验原料、设备及方法

2.1.1 实验原料

2.1.2实验设备及检测仪器

2.1.3实验方法

2.2实验内容、方案及数据分析原理

2.2.1实验方案

2.2.3实验数据处理原理

3 外矿、主东矿、西矿在直接还原过程中的对比实验

3.1外矿、主东矿、西矿在不同温度下直接还原的对比

3.2外矿、主东矿、西矿在相同温度下直接还原的对比

3.3本章小结

4 外矿的催化剂实验及催化机理研究

4.1外矿的催化剂实验

4.2白云鄂博矿铁精粉中K、Na催化机理的研究

4.3本章小结

结论

参考文献

致谢