复合矿冶金固废中低品位有价元素清洁分离与全组分利用

复合矿冶金固废中低品位有价元素清洁分离与全组分利用

1.复合矿及冶金固废中低品位有价元素清洁分离

宗旨:针对我国复合矿资源特点,开展复合矿及其冶金渣中有价组分清洁分离科学的基础理论研究,并由此开发清洁分离与全组分利用的共性技术,获得冶金资源中低品位有价组分走向控制的一般原理。

特色:主要研究对象是含有价组分比较低(5%以下)的复合矿或冶金固废体系,如含残钒3%以下的炼钢渣(攀钢、承钢、马钢)、含铬不锈钢钢渣等。国际上同类的研究主要是我国的东北大学,他们的主攻方向是含有价组分比较高的复合矿或冶金固废体系,如丹东硼渣、攀钢含钛高炉渣等。

主要研究内容:结合我国含有价元素(如V、Nb等)的多元共生复合矿蕴藏量大的资源特点,研究原矿及其冶金渣中有价元素的有效利用和弃渣资源化过程的基本原理、方法和共性科学规律。创造适宜的物理化学(包括气氛与外场作用)条件,使冶金渣或复合矿中弥散分布的有价组分在化学位梯度的驱使下选择性富集于某设计相中,同时建立使该富集相长大的热力学、动力学环境,使待分离、利用的富集相长大至可选矿分离的尺度。

该方向的研究工作已涉及到低钒钢渣中钒及含铬不锈钢钢渣中铁、铬等有价元素清洁分离的基础性研究,并取得了一系列原创性成果。

(1)含铬渣中低品位有价组元强制析出的基础研究

围绕不锈钢渣体系中低品位、多价态的铬组元强化析出的关键科学问题,并兼顾多价态铁组分的共同析出,以提高废渣中铬、铁资源的回收再利用为目标,开展从微观到宏观过程有价元素强化析出的相关基础理论研究,为复杂熔渣体系中有价组元高效强化析出与回收再利用提供科学依据。主要研究包括含铬渣的模拟渣合成与基本物理化学性质,渣中铬的赋存状态;探求含铬渣中铬析出的物理化学条件;无外场作用下,渣中不同价态的铬的析出行为研究,探明凝渣中多价态铬的赋存状态及其规律;设计熔渣的碱度、Fe2+/Fe3+、Cr2+/Cr3+(或Cr3+/Cr6+)的含量,研究熔渣电导率的变化规律;探讨外场(电场、磁场)的引入对高温过程中有价组元的迁移与强化析出规律等。

                                 

该研究获得了国家自然科学基金面上项目(51274006)的资助,并获得了安徽省教育厅自然科学重点项目(KJ2009A69)支持。在美国陶瓷年会(Ceramic Transactions, Volume 222)等期刊发表了相关学术论文4篇。

(2)含钒钢渣中钒的富集与结晶动力学研究

主要研究低品位含钒钢渣中钒富集与结晶动力学, 包括:含钒钢渣中钒的赋存状态与分布,以及钢渣改性后钒的富集行为的研究,钒富集相形成后的析晶过程和晶体生长的研究,为含钒钢渣中提钒提供科学依据和技术支持。该方向的研究工作已经能实现不同渣系中V的走向控制,使含量低、弥散分布的有价元素80%以上富集到设定的矿物相中,富集品位可达到20%以上,满足后续提取的要求。

该研究获得了科技部国际合作重点项目(2005DFA90400)和国家自然科学基金面上项目(50574003)的支持。研究成果在美国冶金会志(Metallurgical and Materials Transactions B)、日本钢铁会志(ISIJ International)、德国钢铁杂志(Steel Research International)、英国冶金会志(Ironmaking & Steelmaking)、金属学报等期刊上发表学术论文近20篇,获得国家发明专利2项,并荣获2007年安徽省科学技术三等奖。

2.转炉渣全组分大宗量利用

宗旨:基于“分步分离,分部利用”的学术思路,通过对难处理转炉渣的全组分大宗量利用瓶颈问题的研究,探索对多元复杂体系中各组分进行合理分布及控制的一般原理、方法,开发多元、复杂难处理冶金固废分步利用、全组分利用、循环利用的共性技术,为科学合理利用转炉渣乃至一般难处理冶金固废奠定研究基础,并丰富“绿色与生态冶金”的理论体系。

(1)转炉钢渣中磷富集及分离研究

概述:基于传统钢铁企业一直致力于转炉钢渣返生产工序循环利用的技术研究,如将钢渣用作烧结熔剂或高炉熔剂等,但因钢渣中含有约2%的磷,循环利用会造成铁水的磷富集,因而使返回利用的量大大受到限制。为提高钢渣返生产利用的比率,本研究提出钢渣磷富集及分离技术。研究成果可为清洁生产评价指标体系中冶炼渣利用率、综合利用产品产值达到新的台阶提供技术支持。

主要成果:本研究获得了安徽省自然科学基金与宝钢公司科技基金的支持,并取得了一系列研究成果。在英国材冶会刊(Ironmaking & Steelmaking)、加拿大冶金季刊(Canadian Metallurgical Quarterly)等期刊发表了相关学术论文5篇,关于钢渣磷分布与富集规律的研究论文获2007年中国科协优秀论文奖。

(2)转炉渣全组分利用的应用基础研究

概述:基于钢渣现有的综合利用主要方式是直接用于道路建设或水泥制造等,由于钢渣中游离氧化钙的不稳定性,影响其在建筑建材方面的推广使用。本研究在系统获得转炉渣复杂理化特性的基础上,开发出转炉渣全组分高效利用的应用技术。

特色:提出了转炉渣“分步分离,分部利用”的学术思想,对其相关的应用基础进行了深入研究,并籍此开发了相应配套的应用技术,建立了转炉钢渣全组分高效利用、再生与循环利用模式。

主要成果:首先经磁选最大限度分离得到渣中富铁相(一级分离),其中品位高的部分可直接进入烧结、冶炼环节,品位低的部分直接用作制备铁、硅基无机高分子絮凝剂的原料。其次浮选分离(二级分离)得到渣中富石灰相组元,富石灰相可作为烧结矿熔剂,在钢铁企业内部循环利用;所剩尾渣的组成与相结构稳定,可以大宗量用作建材原料,从而实现转炉渣的全组分大宗量利用。本研究获得了973计划预研(2005CCA05800)、安徽省自然科学基金(050450105)、安徽省国际合作重点(09080703019)等项目以及马钢公司科技基金的支持。

   



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