含鐵型焦的物理化學(xué)基礎(chǔ)研究.pdf

1、近年來，極端異常天氣的增加與溫室效應(yīng)呈正相關(guān)（特別是工業(yè)革命以來人類活動引起的日益劇增的CO2排放量）。鋼鐵行業(yè)是僅次于化工和水泥的第三大CO2排放源，占我國CO2總排放量的15％，其中煉鐵的CO2排放總量占鋼鐵業(yè)70％～90％以上。為此，降低煉鐵中CO2排放量是鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排的核心。另外，因發(fā)展中國家在新型工業(yè)化過程中引起鋼鐵消費量的增加，使冶金焦價格尤其是焦煤價格上漲，降低了鋼鐵行業(yè)的利潤空間。
　　 歐洲、日本等國的研究

2、報告表明，把非焦煤和鐵礦粉混合、制備成含鐵型焦（Carbon Iron Composite以下簡稱CIC），在焦化時，含鐵型焦中的鐵礦粉還原為金屬鐵，它與焦炭密切接觸，既可作為高爐中焦炭氣化反應(yīng)的催化劑降低氣化反應(yīng)溫度;又能用廉價的非煉焦煤，且把預(yù)還原的金屬化爐料入爐，是可以改善高爐固定床蓄熱區(qū)的熱平衡狀態(tài)、擴大焦煤資源的適用范圍、提高高爐競爭力、降低焦比、減少CO2排放量和解決煉鐵過程資源環(huán)境問題的有效方法之一。目前，研制、開發(fā)CIC

3、的制備與應(yīng)用理論和技術(shù)，已成為歐洲、日本等先進國家鋼鐵行業(yè)的一個研究熱點和重點。
　　 本研究作為研發(fā)CIC和降低高爐CO2排放量的基礎(chǔ)研究，把約占我國煤炭資源3/4的非焦煤（神府動力煤）和澳礦粉破碎、篩分、按不同比例混合，經(jīng)預(yù)熱、熱壓成型和高溫焦化后，制備出不同澳礦(Australian MinePowder以下簡稱AMP)含量的CIC試樣。用電子力學(xué)試驗機測定CIC的抗壓強度;用OM、X射線衍射儀和熱重分析儀等測定試樣焦化前

4、、后的微觀組織結(jié)構(gòu)、物相和氣化起始溫度等試驗數(shù)據(jù)，分析研究澳礦含量對CIC抗壓強度、微觀組織結(jié)構(gòu)和氣化反應(yīng)起始溫度的影響，分析、探討CIC和澳礦含量對改善高爐固定床蓄熱區(qū)熱平衡狀態(tài)、降低CO2排放量的作用機理。為提高高爐競爭力、降低焦比、減少CO2排放量和解決煉鐵過程資源與環(huán)境的矛盾提供基礎(chǔ)試驗數(shù)據(jù)。
　　 試驗結(jié)果表明:
　　 把神府煤和澳礦粉分別破碎、篩分到2.5mm和38.5μm，經(jīng)80Mpa、150℃熱壓成型制備

5、的冷態(tài)含鐵型焦(CIC)，其煤/鐵礦石的顆粒之間結(jié)合緊密、強度達5.17MPa以上。
　　 熱壓成型CIC的抗壓強度隨著澳礦粉含量的增加而降低。冷態(tài)CIC的強度平均為5.89 MPa;而焦化后CIC平均強度降低了66.7％，含9％以上澳礦的CIC焦抗壓強度僅為普通焦炭的一半。說明含CIC還未能達到與普通焦炭一樣的強度，未來可以通過改變粘結(jié)劑的比例、提高熱壓溫度和壓強來改善其強度，滿足高爐的使用要求。
　　 CIC焦化時，

6、澳礦(Fe2O3)顆粒被還原性氣體H2逐級還原為Fe3O4、FeO和Fe原子，且隨澳礦粉含量的增加，CIC中的Fe含量增大。焦化過程形成的氣孔，為促進碳氣化反應(yīng)提供了動力學(xué)條件。
　　 隨澳礦粉含量的增加，CIC的氣化反應(yīng)起始溫度逐步降低，由787.5℃降低至665.3℃，平均降幅接近0.63℃/1％AMP。因Fe原子的催化作用，氣化反應(yīng)的熱效應(yīng)吸熱同比增加4.46kJ; CIC氣化反應(yīng)活化能降為175.6±8kJ/mol。