含砷铁矿石烧结脱砷中含砷气体的固结研究.doc

1、本科毕业论文题目含砷铁矿石烧结脱砷中含砷气体的固结研究学院材料与冶金学院专业冶金工程学号201102126006学生姓名指导教师日期二一五年六月武汉科技大学本科毕业论文I摘要我国藏有大量含砷铁矿石，含砷铁矿石在烧结工序中，多数砷以气态物质被脱除进入大气中，严重污染了环境。研究钢铁冶炼中烟气里砷的去除是解决砷污染有效的方法，也是阻止砷进入环境最有效的途径。本实验用FACTSAGE软件进行烧结脱砷固砷及热力学模拟计算，得到相关的热力学数据，包括产物的量、存在状态、种类等。利用ORIGIN软件对得到的实验数据进行处理，得到关于碳含量、温度、氧气压的图像，对得到的这些图像进行分析，并利用烧结杯烧结脱砷

2、固砷，得到关于脱砷固结的相关结论如下（1）在氧化钙固结含砷铁矿石里的含砷气体时，固结产物有砷酸钙；（2）影响烧结气态产物脱砷的因素有烧结过程中碳含量、氧化钙含量、烧结温度、抽风负压以及氧气的给予量。氧化钙可以促进固结作用的发生；模拟发现抽风负压对固结的影响并不大，但抽风负压可能破坏含砷烟气固结反应的动力学，试验发现可以抑制砷固结；当氧含量在500G2500G时，在氧含量比较低的时候，温度对固结的影响很小，在氧含量高的时候影响较大，会抑制固结作用的发生；氧含量可以促进含砷气体的固结；适当碳含量可以促进固结作用的发生。关键词热力学；烧结脱砷；固结研究；氧化钙除砷武汉科技大学本科毕业论文IIABST

3、RACTCHINASPOSSESSIONOFLARGEAMOUNTSOFARSENICBEARINGIRONORECONTAININGARSENICANDIRONOREINTHESINTERINGPROCESS,THEMAJORITYOFARSENICINGASEOUSSUBSTANCESAREREMOVEDINTOTHEATMOSPHERE,THESERIOUSPOLLUTIONOFTHEENVIRONMENTARSENICREMOVALFROMFLUEGASINIRONANDSTEELSMELTINGISTHEMOSTEFFECTIVEWAYTORESOLVETHEARSENICPOLLU

4、TIONANDTOPREVENTARSENICFROMENTERINGTHEENVIRONMENTINTHISEXPERIMENT,THEFACTSAGESOFTWAREWASUSEDTOSIMULATETHEARSENICARSENICANDTHETHERMODYNAMICSIMULATION,ANDTHERELEVANTTHERMODYNAMICDATAWEREOBTAINED,INCLUDINGTHEAMOUNTOFTHEPRODUCT,THESTATEOFEXISTENCE,THESPECIES,ETCTHEORIGINSOFTWARETOPROCESSTHEDATAOBTAINEDB

5、YTHEEXPERIMENTSTOGETIMAGESOFCARBONCONTENT,TEMPERATURE,OXYGENPRESSURE,TOGETTHEIMAGEANALYSIS,ANDTHEUSEOFSINTERINGCUPARSENICREMOVAL,GETONTHEREMOVALOFARSENICCONSOLIDATIONOFTHERELEVANTCONCLUSIONSAREASFOLLOWS1GASCONTAININGARSENICBEARINGIRONORESINTHECALCIUMOXIDECONSOLIDATION,CONSOLIDATIONPRODUCTOFCALCIUMAR

6、SENATE2AFFECTTHERESULTOFSINTERINGGASREMOVALOFARSENICINSINTERINGPROCESSOFCARBONCONTENT,CALCIUMOXIDECONTENT,SINTERINGTEMPERATURE,SUCTIONPRESSUREANDOXYGENGIVENCALCIUMOXIDECANPROMOTETHECONSOLIDATIONEFFECTSIMULATION,ITISFOUNDTHATTHESUCTIONPRESSUREOFCONSOLIDATIONDOESNOTHAVEASIGNIFICANTIMPACT,BUTTHESUCTION

7、PRESSUREMAYDAMAGEWITHTHEKINETICSOFTHEREACTIONOFARSENICCONSOLIDATIONOFFLUEGASTHERESULTSSHOWEDTHATTHEARSENICCONSOLIDATIONCANBESUPPRESSEDWHENTHEOXYGENCONTENTINTHE500G2500GWHENTHEOXYGENCONTENTISLOW,THEINFLUENCEOFTEMPERATUREONTHECONSOLIDATIONISVERYSMALL,INTHEHIGHOXYGENCONTENTAFFECTLARGER,WILLINHIBITTHECO

8、NSOLIDATIONEFFECTOXYGENCONTENTCANPROMOTECONTAININGARSENICGASCONSOLIDATIONPROPERCARBONCONTENTCANPROMOTETHECONSOLIDATIONEFFECTKEYWORDSTHERMODYNAMICSSINTERINGARSENICREMOVALCONSOLIDATIONSTUDYARSENICREMOVALFROMCALCIUMOXIDE武汉科技大学本科毕业论文III目录1文献综述111砷的简介1111砷的基本性质1112烟气里的砷化物112砷污染2121砷污染的来源2122砷污染的危害213除砷途径

9、3131干法收砷工艺3132吸附除砷4133氧化钙除砷125134其它脱砷处理法614砷研究及其研究的重要性6141砷研究的必要性6142砷的固结研究72烧结脱砷固砷热力学821热力学理论计算原理822计算结果与讨论8221CAO质量和抽风负压对烧结含砷气体固结的影响8222碳含量和温度对烧结脱砷含砷产物固结的影响11223氧气含量对烧结含砷气体固结的影响143实验1631实验原理1632实验原料及设备16321烧结实验原料16322烧结实验仪器1733实验步骤17331实验流程18332实验记录1834实验结果及讨论184结论20武汉科技大学本科毕业论文IV参考文献21致谢23武汉科技大学本

10、科毕业论文11文献综述11砷的简介砷有毒砒霜有剧毒砷元素的丰度为5104，排行第三十八位，元素并不高，但是砷可以生成各种矿物与重金属矿物形成集合体或共生体而成重金属矿床，随着重金属矿床的开采，砷随之释放出来。砷的分布不均匀，据探明，70分布在我国砷是灰色半金属，三氧化二砷俗称砒霜。烟气里砷主要来自含砷铁矿石在烧结过程中分解释放出来的，它以单质或者化合物的形式存在。111砷的基本性质砷1，元素符号AS，原子序数33，稳定同位数75，相对原子质量7492160，砷的电子层排布为1S22S22P63S23P63D104S24P3。砷在元素周期表中属VA族，属半金属。砷元素具有黑、灰、黄三种同素异形体

11、，其中灰色晶体具有金属性，脆而硬；砷的密度5727G/CM3、熔点8170C，砷蒸汽具有一股难闻的大葱臭味；黑砷由砷化氢加热而得，它是无定形物质；黄砷，淡黄色晶体，由灰砷的蒸汽迅速冷却后而形成。元素砷不溶于水，因此毒性较低；但能溶于王水和强碱，形成砷酸盐，砷酸盐具有相当的毒性，也容易在人体聚集，造成慢性中毒，砷化物的毒性跟其价态有关。自然界的砷有四种价态AS（V）、AS（III）、AS（0）、AS（III）。不同形态与价态的砷化物对生物的毒性和迁移性是不同的，自然界中砷主要以无机砷酸盐和亚砷酸盐的形式存在。砷的熔点817（28106PA），613升华砷的比热容（25）246J/（MOLK）。砷

12、的熔化热2774KJ/MOL。砷的升华热3197KJ/MOL。砷的电阻率26CM。砷的化合价3，3，0，5。112烟气里的砷化物砷在铁矿石中的赋存形态主要有毒砂FEASS、臭葱石2FEASO42H2O、雄黄AS2S2及雌黄AS2S3。砷化物及其特性如下1毒砂FEASS在中性气氛下,FEASS在2200C发生离解,生成AS4G；在氧化性气氛中,FEASS于5005300C生成AS2O3G；2）气化产物AS2O3在2210C开始升华,熔点为3130C,沸点为48720C,8000C以下温度以双分子AS4O6形式存在,温度高于8000C,分解成单分子AS2O3。3在还原性气氛下,AS按下式以AS4S

13、4形武汉科技大学本科毕业论文2式气化，生成AS4S4G。4加热时,FEASO42H2O在2500C发生脱水反应生成FEASO4，继续加热,FEASO4将在近10000C时发生分解反应生成AS2O3，在还原性气氛中,FEASO4将发生反应生成AS2O3G。雄黄AS2S2和雌黄AS2S3等硫化砷在3500C左右气化,仅能在还原性或中性气氛中稳定存在,当氧分压大于1017PA时,发生反应生成AS4O6G。单质AS熔点为3003200C,沸点为5506000C；AS2O3熔点为2703200C，沸点为45720C；AS4S4点,3003200C，沸点为5506000C。由于烧结完成后烟气的温度至少在3

14、000C以上，那么，含砷铁矿石烧结脱砷的气体砷有AS2O3，AS4S4，AS4等砷化物。12砷污染在现在这个工业化的时代，随着经济的增长，环境污染也越来越严重，其中砷污染也是其中之一。当污染越来越严重的时候，我们唯一能做的就是去解决它，要想解决砷污染，可以从研究砷污染的来源，危害等方面入手。121砷污染的来源砷污染的来源3可以分为自然因素和人为因素。（1）自然因素自然砷的主要来源是岩石的风化，每年约45000T。此外，还可以通过火山爆发、地质活动、温泉上溢等因素产生。（2）人为因素砷能与众多有色金属形成砷硫化矿。砷矿石在开采、运输、加工及最终利用过程中都会有损耗，这是砷进入环境的一个重要渠道。

15、工业生产过程中，突然事件导致高浓度砷的污染，农药、除草剂、杀虫剂，以及许多合金中也用到砷。在各个环节里，农药用砷所占比重最大，这也是砷进入环境最主要的途径。工厂里砷污染烟气的来源烧结机有鼓风烧结机、焦结炉等；焙烧炉有沸腾焙烧炉、回转窑、多膛炉等；熔炼炉有鼓风炉、反射炉、闪速熔炼炉、熔炼电炉、吹炼转炉、贵铅炉、分银炉、烟化炉等。122砷污染的危害4砷对环境的污染可分为对大气的污染、对水体的污染、对土壤的污染。砷的提炼和砷在农药里的运用会导致严重的大气污染，空气中的砷会通过呼吸道进入人体，被砷污染的水无色、无味、透明度不变，降低生化需氧量。当土壤被砷污染后，不适宜耕种，砷还可以通过农作物进入植物，

16、最后通过生物圈再次进入人体，导致慢性砷中毒。大气中砷含量为1553UG/M3。砷的污染除岩石风化、火山爆发等自然原因外，主要来自工业部门。1974年S米勒姆和T斯特朗测定距某炼铜厂不同距离的飘尘中砷含量3238公里处为70PPM，不足06公里处为1300PPM。当地人的头发和尿中均检出高浓度的砷。含砷农药生产和砷的提炼也会造成局部地区大气的砷污染。砷污染对水生生物影响很大，出现砷污染的水体里水生生物会大量死亡。砷在土壤中累计并进入到植物体内，砷污染导致多地的农作物减产并导致病变。武汉科技大学本科毕业论文3砷中毒5主要是通过饮水和食物进入到人体内的，水中的砷还可以通过破损的皮肤进入体内，空气里的

17、砷主要通过呼吸道进入人体内。砷中毒不容易被察觉，因为它不会改变水的颜色及透明度，只有味道会稍微的改变。13除砷途径除砷的途径包括干法收砷工艺、吸附除砷以及利用氧化钙除砷。不同除砷工艺具有不同的特点，也有不同的工艺流程和不同的效益。131干法收砷工艺6传统的湿法收砷工艺是硫酸净化收砷，存在投资大、生产成本高、砷滤饼难以处理、技术引用费用高等缺陷。而骤冷干法收砷技术却可以很好的解决这一问题。干法收砷的原理，干法骤冷收砷是利用三氧化二砷在不同温度气体中的饱和量不同，当烟气温度急剧下降，三氧化二砷便结晶析出形成固态。不同温度下气体中三氧化二砷饱和量如表11。从表1中可以看出来，温度是控制烟气中砷含量的

18、关键因数。表13不同温度下气体中三氧化二砷的饱和量温度/0CAS2O3/MGM3温度/0CAS2O3/MGM3温度/0CAS2O3/MGM35000161253720079007503115028025012400010042（1）干法收砷的工艺流程将含砷烟气、压缩空气、水通入到骤冷塔中，进行收砷，利用布袋收砷，把收到的砷三氧化二砷送到自动包装机制成成品三氧化二砷，余下的烟气送去制酸。骤冷干法收砷的工艺流程见图11。图11骤冷干法收砷的工艺流程由于烟气里砷不能完全析出，加之布袋收砷有限，部分砷酸烟气进入硫酸净化系统然后进入稀酸。稀酸处理站采用硫化法处理含砷稀酸，生成的砷渣返回系统配料，重新武汉

19、科技大学本科毕业论文4燃烧脱砷经布袋收集，从而完成含砷无聊循环处理。（2）干法收砷在冶金行业的发展前景生产实践证明，利用该工艺处理含砷复杂的精矿，有效的提高了贵金属的回收率，为处理含砷复杂物料开辟了新的道路。砷元素大部分在布袋收集器收集，净化稀酸中的砷在稀酸处理站以砷滤饼的形式返回系统处理，实现了有害元素砷的合理处置，该方法为砷元素的回收以及冶金行业的环境治理提供了借鉴。132吸附除砷吸附法采用的是与砷有较强亲和力的材料作为吸附剂，通过化学吸附和离子交换将砷除去。离子交换技术是树脂上的离子和需要交换的离子进行交换，达到除去污染物离子的目的。可用来作为除砷的吸附剂有活性炭、沸石、活性氧化铝、活性

20、铁粉、赤铁矿、硫铁矿等。目前吸附材料主要有六大类稀土与黏土材料、复合材料、活性材料、改性材料、纳米材料。（1）活性炭活性炭是一种最常见的黑色大表面积多孔性吸附剂，具有较高的机械强度、化学与热稳定性，具有巨大的比表面积，可再生重复使用。活性炭主要分为无定形炭，还有少量的氢、氧、氮、硫及灰分。活性炭具有大的比表面积、发达的孔隙结构、良好的化学稳定性，故常用做吸附剂。活性炭对于AG、CD2、及CRO42等离子的吸附去除率可达到85以上（浓度以1355UG/L），对于水中大多数的金属如锑、砷、铋、锡、汞、钴、铅、镍、铁等均有很好的吸附能力。活性炭对砷的吸附，在PH为45时为最好,其机理主要是静电吸引及

21、形成特殊的化学键，活性炭的型号对砷的吸附也有较为重要的作用，废水中存在有机污染物对砷的吸附影响不大，但二价铁的存在可以提高对砷的吸附速度，并提高其去除率，强酸或碱可以从活性炭中回收五价砷，但不能完全恢复活性炭的吸附能力7。对活性炭的来源研究发现在碱性条件下，煤果壳木材，吸附的砷主要是H2ASO4及HASO4，但在PH低于8时，H3ASO3不能被吸附，但一旦被氧化成H3ASO4，就能很快地被吸附。由于活性炭对亚砷酸有很强的催化氧化的能力，在空气的存在下，很快地被氧化成砷酸而被吸附。催化的最佳PH为56，而在酸性条件下，其活性炭吸附能力依其来源为木材果壳煤。很多科学家对活性炭作为吸附剂进行了研究。

22、张书娟等8用负载壳聚糖的活性炭进行了吸附砷的研究，结果表明活性炭经过处理，对砷在PH为28范围内有很强的去除能力，浓度能降到10UG/L以下。朱慧杰等9以活性炭为载体，利用液相还原方法制备了一种负载型纳米吸附剂，室内试验数据表明该吸附剂在PH为65，温度为2520C，AS（III）初始浓度为2MG/L,吸附剂用量为10G/L时，AS（III）的去除率为9986，吸附剂的砷吸附容量为1997MG/G，吸附速率在前12H较快，可达943，72H达到吸附平武汉科技大学本科毕业论文5衡。吸附平衡后的吸附剂可以用01MOL/LNAOH溶液洗脱再生，再生效率较高，在饮用水除砷邻域有较高的应用前景。陈云嫩等

23、10采用骨炭作吸附剂研究饮用水中AS（V）去除的效果及其影响因素，研究表明在PH为10，吸附时间为30MIN和骨炭加入量为06G/L，饮用水砷的初始浓度为05MG/L时其砷除去率可达952。刘振中等11开展了离子交换纤维IEF除砷酸盐的效果研究，结果显示在砷酸盐初始质量浓度为25MG/L时，其吸附的能力达285MG/G。（2）其他的除砷吸附剂废水中的砷还可以用软锰矿（MNO2）,磁性黄铁矿（FES），方铅矿（PBS），纤锌矿（ZNS）等矿石进行吸附。其中FES对三价砷及五价砷的吸附容量分别为074、082MMOL/G。活性氢氧化铝、活性针铁矿也可以用来吸附，前者要将PH调到1012，后者要将P

24、H调到45。133氧化钙除砷12利用氧化钙除砷是最有效最经济的方法，形成的砷酸钙溶解度很小，可以收集起来，以免进入到环境中污染环境，是很好的除砷办法。（1）氧化钙氧化钙（CALCIUMOXIDE），是一种无机化合物，它的化学式是CAO，俗名生石灰。物理性质是表面白色粉末，不纯者为灰白色，含有杂质时呈淡黄色或灰色，具有吸湿性。氧化钙的物理性质有白色或带灰色块状或颗粒。溶于酸类、甘油和蔗糖溶液，几乎不溶于乙醇。相对密度332335。熔点2572。沸点2850。折光率1838。氧化钙的化学性质有氧化钙为碱性氧化物，对湿敏感。易从空气中吸收二氧化碳及水分。与水反应生成氢氧化钙（CAOH2）并产生大量热

25、，有腐蚀性。（2）砷酸钙砷酸钙是一种无机化合物，化学式为CA3ASO42，为无色固体，但工业中砷酸钙都以碱性化合物出现。较砷酸铅易溶于水，因此毒性更大。这主要是单纯的砷酸钙稍溶于水，易造成药害，故在工业品中，都加以过量的石灰，要保持碱性，又名安全砷酸钙。工业砷酸钙为粉红色粉末，难溶于水，易溶于盐酸熔点1455，不可燃。用途二十世纪初出现的砷酸盐杀虫剂，可由砷酸液与石灰乳反应制得。它最初用作杀虫剂和杀菌剂。对害虫为胃毒作用，用于防治咀嚼式口器害虫。随着有机农药的发展，用量日益减少。在有些国家，仍有相当数量被使用。（3）砷形成砷酸钙达到去除砷目的减少溶解砷流动性有效的方法是加石灰到含砷废物里，通过

26、形成低溶解度的钙砷酸来完成的。在CA4OH2ASO424H2O和CA5ASO43OH13分别为001和05毫克/升时，砷平衡浓度是最小的。在近中性PH值时砷酸磷灰石是稳定的，其稳定由CA5PO43OH固体溶解度决定。当石灰添加到黄铁矿粉悬浮液14里时，由于形成了砷酸钙，砷浓度进武汉科技大学本科毕业论文6一步的降低。通过CA3ASO42原型矿对砷吸收钙的热力学数据建立模型的方式来研究砷酸盐的溶解行为。在很宽的PH范围内，水溶液内虽然可以形成几种砷酸钙沉淀，而无水CA3ASO42不是其中之一。GUERIN和PIERROT15对砷酸钙的综合研究表明，只有在水合物的形式下，如CA3ASO42XH2O的

27、形式，在热力学上才是稳定得。134其它脱砷处理法湿法常压氧化也是目前一项重要研究课题。在这方面,提出的方案也颇多如碱浸脱砷、电化学氧化脱砷、硝化法脱砷、多硫化铵法等,其中比较成熟的有ARSENO16和NITROX法。微波法是利用微波照射,选择性加热目标矿物,使AS和S挥发成AS2O3和SO2,以使金裸露出来。柯家骏等对云南某含碳砷金精矿在碱性介质中进行了微波处理取得了较好的结果17。离子交换法18是指水溶液通过树脂时产生的固液间离子的相互交换。废水离子交换处理就是通过离子交换过程除去废水中的有害离子的方法。离子交换法除率高，并可浓缩回收有用物质。液液萃取19是一项重要的水处理单元过程。向水中投

28、加一种与水不互溶，但能良好溶解污染物的溶剂。使其与废水充分混合接触，由于污染物在溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度，因而大部分污染物转移到溶剂相。微生物法与传统的物理化学方法相比，微生物法处理含砷废水具有经济、高效且无二次污染等优点，已成为公认的、最具前途的发展方法。14砷研究及其研究的重要性砷及其化合物有毒性，进入人体会导致慢性中毒，同时，对大自然也是很大的污染，在钢铁冶金中，排放出来的烟气对环境的影响不容小视，只有去除烟气里的砷污染物才可以减少对环境的影响。141砷研究的必要性砷矿物在焙烧、烧结、冶炼及化工过程中会产生毒性更大的砷化合物。为了避免砷对正常生产的影响，通常将砷排除进入三废水之中

29、。据工业企业卫生标准规定地面水中砷最高允许浓度为004MG/L。含砷工业废气直接排到大气，将会对大气污染造成严重影响，所以工业烟气必须经过严格的净化处理，以出去含砷化合物及其他杂质。砷是一种有毒的物质，砷及其化合物广泛被应用在农药、除草剂、杀虫剂，以及许多合金中。砷的化合物是一种具有类金属特性的原生质毒物,具有广泛的生物效应,已被美国疾病控制中心和国际防癌研究机构确定为第一类致癌物。近年来,随着矿冶、陶瓷、皮革、农药等行业的快速发展,地下水环境中砷的污染日益严重。地方性砷中毒引起了世武汉科技大学本科毕业论文7界范围的广泛关注。含砷的铁矿石在进行脱砷时，产生的烟气中含有砷及其化合物，如果这些烟气

30、直接排放，会导致环境严重污染。因此，对含砷铁矿石烧结脱砷中含砷气体的固结研究十分有必要。142砷的固结研究含砷铁矿石烧结脱砷中含砷气体的固结研究是将含砷及其化合物的烟气进行固结处理，达到净化烟气，回收砷的目的。进行固结处理时，通常采用湿法收砷工艺和干法收砷工艺。烧结，是指把粉状物料转变为致密体，是一个传统的工艺过程。烧结脱砷，这里的烧结脱砷是指如何把烧结铁矿石中产生的烟气里的砷去除掉，减少烟气里的含砷量，达到符合环境的标准。废物砷的处理方法有很多，主要包括物理方法和化学方法。物理方法主要是吸附，吸附剂主要包括稀土属物质、活性炭、铁或氧化铁、三氧化二铝，化学方法主要包括硫化物沉淀法和多价重金属与

31、金属氢氧化物生成沉淀。武汉科技大学本科毕业论文82烧结脱砷固砷热力学21热力学理论计算原理在化学热力学领域中，FACTSAGE20是世界上完全集成数据库最大的计算系统之一。它于2001年创立，结合了FACTWIN/FACT和CHEMSAGE/SOLGASMIX两个热化学软件包。FACTSAGE显著的特点是数据内容丰富和计算功能强大。FACTSAGE可以使用的热力学数据包括了数千种纯物质数据库，评估及优化过的数百种金属溶液、氧化物液相与固相溶液、锍、熔盐、水溶液等溶液数据库。而且FACTSAGE软件可以自动使用这些数据库。这些评估过的氧化物、炉渣、锍等数据库是采用先进的模型技术对文献数据优化的结

32、果。软件主要利用反应的吉布斯自由能最小化原理，利用此软件进行热力学分析十分方面并且可靠。利用FACTSAGE软件进行烧结过程的模拟，得到一系列关于AS、AS2、AS4、五氧化二砷、砷酸钙等烧结产物随着氧化钙质量、抽风负压和温度变化的数据，将这些数据利用ORIGIN软件作出一系列图像，然后对图像进行分析，得到烧结产物中含砷气体的固结现象随氧化钙质量、温度和氧气压的变化情况，得到相应的结论。烧结含砷气体固结的影响因素，烧结含砷气体固结的影响因素有很多，在这里主要分析CAO质量、氧气压、烧结时C含量、烧结温度以及烧结时通入氧气含量对固结的影响。分成三组1CAO质量和氧气压；2C含量和温度；3氧气含量

33、，分别利用ORIGIN作图进行分析并得出结论。其中平衡计算初始条件见表21所示。表21平衡计算初始条件物质FE2O3FE3O4FEOSIO2CAO初始AL2O3MGOSFEASS含量（G）5276209024379193544517271559622计算结果与讨论221CAO质量和抽风负压对烧结含砷气体固结的影响当温度在1673K时，CAO质量和氧气压都可能对含砷烧结产物固结产生影响。下面分别从含砷气体AS元素质量的变化和砷酸钙AS元素质量的变化两方面对含砷产物固结在不同CAO质量和氧气压条件下进行了分析，得到关于影响含砷烧结产物固结的因素。（1）温度为1673K时，CAO质量和抽风负压对总砷

34、变化的影响利用ORIGIN软件对数据进行处理得到变量因子之间的关系见下图。下图中，横坐标是CAO的质量，纵坐标表示反应过程中AS元素摩尔量的变化，其中，整个砷元素的质武汉科技大学本科毕业论文920002004006008001000120014001600180000200022002400260028003000320034003600380040ASMOLCAOG08ATM082ATM084ATM086ATM088ATM09ATM092ATM094ATM096ATMT1673KO211520G图211673K时，砷随CAO质量和氧气压的变化情况量是砷酸钙和气体中砷元素的质量之和。由图可知，

35、随着CAO质量和氧气压的变化，整个过程AS质量之和不变，说明含砷的固结分析可以从气体中AS的质量和CAO中AS质量的变化情况来进行分析。（2）温度为1673K时，CAO质量和抽风负压对脱砷的影响0200400600800100012001400160018000005000000050010001500200025003000350040ASMOLCAOG08ATM082ATM084ATM086ATM088ATM09ATM092ATM094ATM096ATMT1673KO11520G图221673K，气态物质里砷随氧化钙质量和温度的变化利用ORIGIN软件对数据进行处理得到变量因子之间的关系如

36、上图所示，上图中横坐武汉科技大学本科毕业论文10标表示氧化钙的质量，纵坐标表示烧结生成气体中AS原子的总摩尔量，不同的线表示气体里砷原子摩尔量随不同氧压的变化情况。由图可知，一方面，CAO质量在0400、500900、14001600G时，产物气体里的AS原子摩尔质量基本没有什么变化；CAO质量在400500、9001400G时，产物气体里的砷原子摩尔质量减少。另一方面，当氧化钙为一固定值时，产物里砷的变化随抽风负压的变化很小。整体上看，随着CAO质量的增加，反应产物的AS原子摩尔质量减少，即产物固结增强，因此CAO可以促进烧结燃烧产物的固结。（3）温度为1673K时，CAO质量和抽风负压对固

37、砷产物的影响利用ORIGIN软件对数据进行处理得到变量因子之间的关系如下图所示，横坐标表示氧化钙的质量，纵坐标表示烧结生成砷酸钙中砷原子的总摩尔量，不同的线表示砷酸钙里砷原子摩尔量随不同氧压的变化情况。由图可知，一方面CAO质量在0400、500900、12001600G之间时，此时无论氧压如何，砷酸钙里AS的质量基本不变；当CAO质量在400500、9001200G之间时，砷酸钙中AS的质量都增加，特别在400到500G之间时，变化比较明显。整体上来看，CAO可以促进烧结含砷产物的固结反应。020040060080010001200140016001800000500000005001000

38、1500200025003000350040ASMOLCAOG08ATM082ATM084ATM086ATM088ATM09ATM092ATM094ATM096ATMT1673KO21120G图231673K,气态物质里砷随氧化钙质量和温度的变化另一方面，当CAO处于某一固定值时，随着氧压的变化，砷酸钙里AS的质量变化很小。当CAO质量在5001100G之间时，AS质量变化很小，随着氧压增大，AS质量有微小的变大，在其它的CAO质量范围内，AS质量基本不变。所以，整体上来看，氧压基本上对含砷烧结产物的固结影响很小，有微小的促进作用。并且，还可以得到的结论武汉科技大学本科毕业论文11是CAO对含

39、砷烧结产物固结产物是生成了砷酸钙。结论，抽风负压对烧结含砷气体的固结作用影响很小，CAO质量可以促进烧结含砷气体的固结，特别是CAO质量在500G900G时，氧化钙的促进作用特别明显。222碳含量和温度对烧结脱砷含砷产物固结的影响在氧压为088ATM，不同O2含量条件下，C含量以及当温度也变化时，此时烧结脱砷产物的固结可能会发生变化。当氧气含量分别在500G、1000G、1500G、2000G、2500G时，作出关于生成产物里AS含量随C含量和温度的变化曲线，再由此得到关于氧气含量、碳含量、温度对烧结脱砷产物固结的影响情况。（1）在氧气含量为500G、1000G时，C含量和温度对烧结脱砷产物固

40、结的影响在下图24、25中，横坐标表示C含量，纵坐标表示烧结气态产物AS含量的对数。曲线1表示脱砷气态产物中AS含量随C含量和温度变化情况，曲线2表示脱砷产物中砷酸钙里砷含量随C含量和温度变化情况。由图可知，当氧气含量为500G和1000G时，随着C含量和温度的变大，烧结脱砷气态产物里AS含量并没有变化。这说明当氧气含量为500G时，C含量和温度的变化对烧结脱砷产物的固结影响基本上没有。在上图中AA，并没有砷酸钙生成，说明在此条件下固结发生的很微弱，或者根本就没有发生。5005506006507007508000005000000050010001500200025003000350040AS

41、MOLCG1373K1473K1573K1673K1773K1873K12O2500GP088ATM图24脱砷产物中砷含量随C含量和温度的变化情况武汉科技大学本科毕业论文125005506006507007508000005000000050010001500200025003000350040ASMOLCG1373K1473K1573K1673K1773K1873K12O21000GP088ATM图25脱砷产物中砷含量随C含量和温度的变化情况（2）在氧气含量为1500G时，C含量和温度对烧结脱砷产物固结的影响50055060065070075080076543210LOGASCG1373K1

42、473K1573K1673K1773K1873KO21500GP088ATM图26脱砷气态产物中砷含量的对数随C含量和温度的变化情况上图中，横坐标表示C含量，纵坐标表示烧结气态产物AS含量的对数。由上图可知，一方面，当氧气含量为1500G时，温度为1373K、1473K、1573K时，当C含量在520650G范围时，随着C含量和温度的增大，烧结气态产物的对数增大，即砷含量增大，说明在此条件下时，C含量和温度可以抑制含砷产物的固结。而当温度为1673K、武汉科技大学本科毕业论文131773K、1873K时，温度和C含量对烧结脱砷产物的固结没有影响；另一方面，当C含量在650780G范围时，随着C

43、含量和温度的增大，烧结气态产物的对数不变，即砷含量没有变化，说明在此条件下时，C含量和温度对含砷产物的固结没有影响。（4）在氧气含量为2000G、2500G时，C含量和温度对烧结脱砷产物固结的影响50055060065070075080011109876543210LOGASCG1373K1473K1573K1673K1773K1873KO22000GP088ATM图27脱砷气态产物中砷含量的对数随C含量和温度的变化情况5005506006507007508001086420LOGASCG1373K1473K1573K1673K1773K1873KO22500GP088ATM图28脱砷气态产物

44、中砷含量的对数随C含量和温度的变化情况武汉科技大学本科毕业论文14上图中，横坐标表示C含量，纵坐标表示烧结气态产物AS含量的对数。从烧结气态产物中砷含量的变化来判断C含量和温度的变化对烧结脱砷产物固结的影响。由上图可知，一方面，当氧气含量为2000G、2500G时，温度为1373K、1473K、1573K时，当C含量在520700G范围时，随着C含量和温度的增大，烧结气态产物的对数增大，即烧结气态产物砷含量增大，说明在此条件下时，C含量和温度不利于含砷产物的固结。而当温度为1673K、1773K、1873K时，温度和C含量对烧结脱砷产物的固结没有影响；另一方面，当C含量在700780G范围时，

45、随着C含量和温度的增大，烧结气态产物的对数不变，即砷含量没有变化，说明在此条件下时，C含量和温度对含砷产物的固结没有影响。223氧气含量对烧结含砷气体固结的影响下面主要对氧气含量为500G、1000G、1500G、2000G、2500G时，氧气含量对烧结脱砷气体固结的影响。在氧压为088ATM、C含量为650G、温度为1473K时，氧含量对固结的影响。5001000150020002500000000050010001500200025003000350040ASMOLO2GASLOGASC650G,P088ATM,T1473KLOGAS76543210图39砷酸钙和气态产物里砷的对数随氧含量

46、的变化曲线上图中，横坐标表示氧气含量，左边Y轴表示砷酸钙中砷的摩尔量，右边Y轴表示烧结含砷气态产物里砷摩尔量的对数。由上图可知，随着氧含量从500G变大到2500G，砷酸钙里的砷增加，气态含砷产物含砷的对数减小，说明在此过程中烧结气体的固结现象加强。由此得到结论，氧含量的增加可以促进固结。本部分的结论（1）第一小节分析了氧化钙和抽风负压对固结作用的影响，其中武汉科技大学本科毕业论文15氧化钙可以促进固结作用的发生，而抽风负压对固结的影响并不大；（2）第二小节对氧含量在500G到2500G时，碳含量和温度对烧结含砷气体固结的影响进行了分析，在氧含量比较低的时候，碳含量和温度对固结的影响很小，在氧

47、含量高的时候影响较大，会抑制固结作用的发生；（3）第三小节分析了氧含量变化对固结的影响，氧含量可以促进含砷气体的固结。武汉科技大学本科毕业论文163实验31实验原理通过烧结实验可以总结出除砷效率和影响除砷效果的因素，从而对环境中除砷技术进行革新。通过改变实验时，反应的碱度，控制烧结时CAO的含量、通氧量等条件，从而得到相关结论。铁矿石烧结是将不能入炉的铁矿石、溶剂、燃料等按一定比例配置成烧结混合料。对混合料需加合适的水分后进行混合、造球制粒。将混合料装入烧结杯后点火烧结。在烧结过程中通过混合料中燃料的燃烧，产生热量使铁矿石等物料融化并产生液相，相互熔结在一起，冷却后即可得到具有一定强度的、冶金

48、性能良好的块状烧结矿。在抽风烧结的过程中，烧结料层从上到下呈现出不同的存在状态，一般被分为烧结矿带、烧结带、于热带、干燥带、湿热带。正在烧结的那一层，称为燃烧带，向下依次为预热带、干燥带、湿热带。燃烧带的上层是烧结带。对烧结矿每个层取样进行检测，检测烧结产物里砷的含量及其产物种类，从而判断烧结矿含砷气态产物的固结影响因素。32实验原料及设备321烧结实验原料实验的原料包括含砷铁矿石（马来粉）、加粉、煤粉、石灰石、消石灰和返矿等。这些原料里各种物质的含量见表31。表31原料成分样品组分/配量/KGTFESIO2AL2O3CAOMGOSPAS马来粉5010508604031015002900495

49、554加粉683031501118煤粉006052/065/078石灰石5300208消石灰6804返矿5378000327烧结混合料一般由含铁原料、燃料和溶剂按确定的比例混合而成。为保证烧结矿的化学成分和物理性质的稳定，就必须把各种不同成分的含铁原料、燃料和溶剂根据烧结过程的要求和烧结矿质量的要求进行准确的配料计算，计算出个各原料在烧结混合料中武汉科技大学本科毕业论文17的百分比。配料计算时各种原料的化学成分要齐全准确。配料计算的具体方法如下按FE的平衡方程（以单位重量烧结矿计）IFEIFE按碱度平衡列方程IISIOICAOIRO2按氧平衡列方程9110021FEOYFEOXFEOAHBEZFYDXC式中RO、FE烧结矿的指定铁量和碱度；I单位重量烧结矿的有关原料用量；FEI，CAOI，SIO2I各原料中相应成分。C、D、F、E、H为各原料的烧结残存量。联立上述方程就可以解得配料的用量21，结果见下表表32每种反应物的含量组号含砷矿/KG配煤量/KG加粉/KG抽风负/KPA碱度155406518121182554052181211835540781812118455406518121955540651812084755406518911885540651815118322烧结实验仪器烧结设备