论文题目: 金属循环过程中渣化法分离铁与铜锡等元素技术的基础研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 钢铁冶金
作者: 李长荣
导师: 蒋国昌,洪新
关键词: 废钢循环,残余元素,渣化法,富熔渣,元素分离,金属残液
文献来源: 上海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 尽管不断有各种各样的新材料问世,工程材料也日趋多元化,但钢铁材料仍是现代人类社会最广泛使用的材料。在目前使用的金属材料当中,钢铁所占的比例在90%以上。随着地球矿产资源的迅速枯竭,废钢必将成为钢铁生产的主要原料来源。因此,逐步建立以废钢铁为原料基础的钢铁冶金体系,是社会可持续发展的重要组成部分,是建立循环型经济社会的必然要求。 本文论述了废钢循环在整个循环经济活动中的重要性及其在钢铁材料可持续发展中的关键作用,首次明确地指出了采用稀释法利用回收废钢方法的负面效应,这种利用方式还是停留在线性经济的思维定式里。此类仅以成本最低为原则的利用模式已经不符合循环经济的发展要求。 理论研究和生产实践都表明:钢材的纯净度对其性能和使用寿命都具有很大的影响。在金属循环过程中维护和保持金属基体的纯净性是至关重要的,未来废钢价值的大小将主要取决于废钢中有害残存元素的含量。 本文对渣化法分离黑色金属与有色金属元素技术的基本原理进行了论述和分析。对废钢中最为常见的有害残存元素铜、锡在富FeO熔渣中的氧化溶解行为进行了研究。在1873K温度条件下,与金属铜溶液平衡的纯氧化铁熔渣中含铜量为2.04%,熔渣中的铜含量随着渣中CaO含量的增加而逐渐减小。根据实验结果计算出γCuO0.5,并得出γCuO0.5与熔渣中CaO含量之间的产系: γCuO0.5=3.95-2.31exp（-（CaO%）/16.63） 在1873K温度条件下,与金属锡溶液平衡的纯氧化铁熔渣中含锡量为8.07%。锡的氧化溶解随着熔渣中,CaO含量的增加仅略有下降,说明CaO含量对锡的氧化溶解的影响小于其对铜氧化溶解的影响。相比之下,锡的氧化溶解更容易受到氧分压的影响。得出的γSnO与熔渣中CaO含量之间的关系为: γSnO=1.37-0.021（CaO%） 采用化学平衡法对铜、锡元素在富FeO熔渣与金属液之间的分配规律进行了研究。研究结果表明:在1823K～1923K的温度范围内,得出的（Cu%）与温度之间的关系为: 当[Cu]=10%时,（Cu%）=-1.18+8×10-4T; 当[Cu]=1.96%时,（Cu%）=-0.75+5×10-4T; 而在[Sn]=0.71%时,温度对锡在渣金间分配的影响甚微。铜在渣金间的分配比随着温度的升高而升高,但温度对低浓度下的分配比影响更大一些,在高浓度时其影响变小,分配比的增势明显变缓。 根据渣金间的化学平衡研究了铜在富FeO熔渣与金属溶液之间的分配比,
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 循环经济与金属循环
1.1.1 循环经济的本质特征
1.1.2 金属循环中的废钢循环
1.2 废钢循环在钢铁生产中的作用和意义
1.2.1 废钢是钢铁生产的重要含铁原材料
1.2.2 废钢循环利用对资源和能源的节约作用
1.2.3 废钢循环利用的环境保护作用
1.3 钢铁生产炉料结构的变化与发展趋势
1.3.1 现有的钢铁生产炉料结构
1.3.2 钢铁生产炉料结构的变化
1.4 一次金属生产技术的进步对金属循环利用率的影响
1.5 本章小结
第二章 钢铁生产对废钢的质量要求
2.1 钢铁生产对废钢的质量要求
2.1.1 钢铁生产对废钢的一般要求
2.1.2 钢铁生产对废钢化学成分的要求
2.2 废钢中有害残存元素的影响及其行为
2.2.1 废钢中有害残存元素对钢材性能的影响
2.2.2 废钢中有害残存元素在炼钢生产过程中的行为
2.3 废钢中有害残存元素的蓄积与废钢的循环利用率
2.3.1 废钢中有害残存元素的蓄积状况
2.3.2 废钢中有害残存元素的蓄积与废钢的循环利用率
2.4 关于废钢价值的再认识
2.5 本章小结
第三章 金属循环利用过程中金属元素的分选与分离技术
3.1 固态下单质金属的分选技术
3.1.1 常温(低温)破碎拆解法
3.1.2 磁选法及涡电流分选法
3.1.3 人工智能分选法
3.1.4 铜铝风力分选法
3.1.5 冰铜(硫化物)反应法
3.1.6 熔铝法
3.1.7 气—固相反应法(氯化法)
3.2 钢水中铜、锡等元素的分离技术
3.2.1 气化(氨盐)分离法
3.2.2 真空分离法
3.2.3 熔铅法
3.2.4 CaO-CaC_2法(钙反应法)
3.2.5 过滤吸附法
3.3 铁与锡的元素分离技术
3.3.1 碱性电解液电解法
3.3.2 碱性溶液浸出法
3.3.3 氯化法
3.4 其它元素的分离技术
3.4.1 废钢中锌的去除技术
3.4.2 其他元素的去除
3.5 本章小结
第四章 渣化法分离钢水中有价金属元素的理论基础
4.1 渣化法分离黑色金属与有价金属元素的基本原理
4.2 相关熔体的相图及其热力学性质
4.2.1 Fe-Cu系
4.2.2 Fe-Sn系
4.2.3 Fe-O系
4.2.4 Cu-O系
4.3 渣化法分离钢水中有价金属元素的渣系选择
4.3.1 FeO-Fe_2O_3-CaO系
4.3.2 FeO_n-CaO-SiO_2系
4.3.3 FeO—Fe_2O_3-MgO系
4.3.4 Cu_2O-Fe_2O_3系
4.4 富FeO熔渣的物理化学性质
4.4.1 富FeO熔渣的密度
4.4.2 富FeO熔渣的粘度
4.4.3 富FeO熔渣的表(界)面张力
4.4.4 富FeO熔渣的氧化-还原性
4.5 本章小结
第五章 铜、锡在富FeO熔渣中氧化溶解行为的研究
5.1 实验设备与实验方法
5.2 实验结果
5.2.1 熔渣的成分分析
5.2.2 熔渣的X射线衍射分析(XRD)
5.3 分析与讨论
5.3.1 铜在氧化铁熔渣中的氧化溶解
5.3.2 锡在氧化铁熔渣中的氧化溶解
5.3.3 熔渣成分对铜、锡在渣中氧化溶解的影响
5.4 熔渣的显微观察与分析
5.5 熔渣中金属相的定量测量
5.5.1 定量测量的基本原理
5.5.2 显微镜下矿物定量符号的基本定义与公式
5.5.3 自动图像分析仪的基本组成
5.5.4 测量结果
5.6 本章小结
第六章 铜、锡元素在富FeO熔渣与铁溶液间分配规律的研究
6.1 实验方法
6.2 实验结果
6.3 分析与讨论
6.3.1 温度对铜、锡在渣金间分配比的影响
6.3.2 铁溶液中铜含量对渣金间分配比的影响
6.3.3 熔渣成分对铜、锡在渣金间分配比的影响
6.4 熔渣的显微观察
6.5 本章小结
第七章 含铜、锡等元素铁溶液渣化过程的实验研究
7.1 铁溶液中元素的氧化机理
7.1.1 铁溶液中元素的氧化机理
7.1.2 铁溶液中元素的氧化方式
7.2 表面吹氧方式下含铜、锡铁溶液的渣化实验研究
7.2.1 实验设备与实验方法
7.2.2 实验结果
7.2.3 分析与讨论
7.3 深吹氧方式下含铜、锡铁溶液的渣化实验研究
7.3.1 实验方法
7.3.2 实验结果
7.3.3 分析与讨论
7.4 本章小结
第八章 结论
参考文献
主要符号表
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致谢
攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2005-09-16
参考文献
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- [4].氧化物熔渣电解相关基础研究[D]. 刘俊昊.北京科技大学2016
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