CN111057810A - 一种气化渣中杂质铁的脱除方法 - Google Patents

一种气化渣中杂质铁的脱除方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种气化渣中杂质铁的脱除方法，该方法依次包括高温碳热还原过程及磁选除铁过程，本发明利用气化渣自身的矿相结构和元素组成特点，以气化渣中自身所含的碳为还原剂，通过阶段性升温控制，对气化渣中的铁元素进行高效解离与充分还原，使矿相转化形成稳定的莫来石‑石英矿相，再通过磁选处理将杂质铁分离出来，快速、高效，整个过程中不涉及毒害成分的使用、无废液排放，经济和环境效益显著。

Description

一种气化渣中杂质铁的脱除方法
技术领域
本发明涉及无机化工固废资源化利用技术领域，具体指一种气化渣中杂质铁的脱除方法。
背景技术
煤炭主要用于火力发电，其比例高达60％以上，有机资源利用附加值较低，且造成了严重的大气、土壤、水体污染等问题。基于上述问题，煤气化技术近年来已得到广泛关注，将煤中的有机碳通过气化改性技术合成有机产品(如乙醇、甲烷等)，大幅提高了有机资源的利用率和附加值，但该过程产生的废渣成分/矿相结构复杂、利用难度大。
目前气化渣利用主要是以建工建材和复合材料制备两方面为主：
在建工建材方面，CN 106336164 A和CN 106467376 A分别公开了利用气化渣制备免烧砖的方法，其以气化渣为原料，向其中添加水泥、豆沙石或煤矸石、钢渣等物质调节组成比例进行混合，经过成型-养护后得到免烧砖产品；
在复合材料制备方面，CN 104774023 A公开了一种利用粉煤灰和气化渣制备轻质陶粒和过滤陶瓷的方法，其将粉煤灰、气化渣、钠/钾长石按照一定比例混合后，再加入少量助剂进行成型-干燥-烧成等工序，可得到合格的轻质陶粒和过滤陶瓷产品；CN 106800416A公开了一种利用气化渣制备低蠕变耐火砖的方法，其以气化渣、堇青石、锆刚玉、石灰石、粉煤灰、长石等为原料，加入碳化硼纤维、纳米氧化钨等助剂，经过细磨-微波高温烧结-洗涤-干燥等工段得到机械性能高、蠕变性低、抗震性能好的耐火材料。
另外，基于气化渣含碳量高的特点，CN 102980195 A公开了一种煤化工气化渣的处理方法，将气化渣与煤泥均匀混合后再加入白泥浆，通过输送管道将其送至流化床锅炉进行燃烧，提高其中碳的利用效率。但其材料制备过程，铁含量过高不仅影响产品外观色泽，同时严重降低了产品性能和品质，阻碍了其资源高值转化。而针对气化渣中铁含量较高的问题，由于气化渣中铁元素矿相赋存复杂且均匀分布，目前尚未形成系统、可靠的除铁方法。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种充分利用气化渣自身的碳组分进行矿相定向转化解离从而便于将气化渣中的杂质铁分离出来的气化渣中杂质铁的脱除方法。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能快速、高效的将杂质铁自气化渣中分离出来的气化渣中杂质铁的脱除方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种气化渣中杂质铁的脱除方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将气化渣置于高温还原炉中，向其中通入还原性气体，保证其处于完全还原气氛；
(2)对步骤(1)的体系进行阶段性控温处理，先快速升温、再慢速升温，最后冷却得到还原气化渣；
(3)将步骤(2)得到的还原气化渣进行磁选分离，得到富铁相和贫铁相，实现杂质铁的分离。
优选地，所述的还原性气体为氮气、氩气、氢气中的至少一种。本发明的还原性气体可采用其中的一种，也可以采用其中两种或三种的混合气。
在上述方案中，所述阶段性控温处理过程中，快速升温过程用于促进玻璃体熔融和富铁相高效解离，慢速升温过程用于使碳颗粒与铁相进行充分还原反应，使气化渣矿相形成稳定的莫来石-石英矿相，以便于进一步将其中的杂质铁分离出来；如果不经该过程直接采用磁选分离，则无法实现杂质铁的分离。
优选地，所述阶段性控温处理过程依次包括第一阶段加热、第二阶段加热、空冷过程，其中，第一阶段加热速率大于5℃/min，加热至阶段终端温度不高于800℃保温1-3h，第二阶段加热速率小于5℃/min，加热温度至阶段终端温度不高于1350℃保温1-3h。
优选地，所述第一段加热的阶段终端温度为600-800℃，所述第二段加热的阶段终端温度为1150-1350℃。
优选地，所述磁选过程中所施加的磁场强度大于2000Gs。进一步优选，所述磁选过程中所施加的磁场强度为2000-6000Gs。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明利用气化渣自身的矿相结构和元素组成特点，以气化渣中自身所含的碳为还原剂，通过阶段性升温控制，对气化渣中的铁元素进行高效解离与充分还原，使矿相转化形成稳定的莫来石-石英矿相，再通过磁选处理将杂质铁分离出来，快速、高效，整个过程中不涉及毒害成分的使用、无废液排放，经济和环境效益显著。
附图说明
图1为本发明实施例的过程框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
如图1所示，本实施例中气化渣中杂质铁的脱除方法包括以下步骤：
高温碳热还原过程：将气化渣置于高温炉中，通入氩气保证其处于还原气氛中，以9℃/min升温速率由室温升至800℃，保温1h；进一步以4℃/min升温速率升至1250℃，保温3h，冷却至室温；
磁选过程：在磁场强度为3000Gs条件下进行磁选除铁；
得到的除铁渣中铁含量由9％降低至1.82％，除铁率高达80％，渣损失量为17％。
实施例2：
如图1所示，本实施例中气化渣中杂质铁的脱除方法包括以下步骤：
高温碳热还原过程：将气化渣置于高温炉中，通入氩气保证其处于还原气氛中，以8℃/min升温速率由室温升至650℃，保温1h；进一步以3℃/min升温速率升至1250℃，保温2.5h，冷却至室温；
磁选过程：在磁场强度为3500Gs条件下进行磁选除铁；
得到的除铁渣中铁含量由9％降低至2.33％，除铁率高达74％，渣损失量为21％。
实施例3：
如图1所示，本实施例中气化渣中杂质铁的脱除方法包括以下步骤：
高温碳热还原过程：将气化渣置于高温炉中，通入氢气保证其处于还原气氛中，以6℃/min升温速率由室温升至750℃，保温1.5h；进一步以4℃/min升温速率升至1200℃，保温3h，冷却至室温；
磁选过程：在磁场强度为4000Gs条件下进行磁选除铁；
得到的除铁渣中铁含量由9％降低至1.74％，除铁率高达81％，渣损失量为18％。
实施例4：
如图1所示，本实施例中气化渣中杂质铁的脱除方法包括以下步骤：
高温碳热还原过程：将气化渣置于高温炉中，通入氩气/氢气(10％)混合气保证其处于还原气氛中，以6℃/min升温速率由室温升至750℃，保温1.5h；进一步以5℃/min升温速率升至1300℃，保温2h，冷却至室温；
磁选过程：在磁场强度为4000Gs条件下进行磁选除铁；
得到的除铁渣中铁含量由9％降低至1.65％，除铁率高达82％，渣损失量为19％。
实施例5：
如图1所示，本实施例中气化渣中杂质铁的脱除方法包括以下步骤：
高温碳热还原过程：将气化渣置于高温炉中，通入氮气/氢气(10％)混合气保证其处于还原气氛中，以8℃/min升温速率由室温升至700℃，保温2h；进一步以3℃/min升温速率升至1300℃，保温2.5h，冷却至室温；
磁选过程：在磁场强度为4500Gs条件下进行磁选除铁；
得到的除铁渣中铁含量由9％降低至1.57％，除铁率高达83％，渣损失量为16％。
实施例6：
如图1所示，本实施例中气化渣中杂质铁的脱除方法包括以下步骤：
高温碳热还原过程：将气化渣置于高温炉中，通入氮气保证其处于还原气氛中，以10℃/min升温速率由室温升至600℃，保温1h；进一步以5℃/min升温速率升至1150℃，保温1h，冷却至室温；
磁选过程：在磁场强度为2000Gs条件下进行磁选除铁；
得到的除铁渣中铁含量由9％降低至2.87％，除铁率高达68％，渣损失量为24％。
实施例7：
如图1所示，本实施例中气化渣中杂质铁的脱除方法包括以下步骤：
高温碳热还原过程：将气化渣置于高温炉中，通入氢气保证其处于还原气氛中，以6℃/min升温速率由室温升至800℃，保温2h；进一步以2℃/min升温速率升至1350℃，保温3h，冷却至室温；
磁选过程：在磁场强度为5000Gs条件下进行磁选除铁；
得到的除铁渣中铁含量由9％降低至1.13％，除铁率高达87％，渣损失量为14％。

Claims (7)

1.一种气化渣中杂质铁的脱除方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将气化渣置于高温还原炉中，向其中通入还原性气体，保证其处于完全还原气氛；
(2)对步骤(1)的体系进行阶段性控温处理，先快速升温、再慢速升温，最后冷却得到还原气化渣；
(3)将步骤(2)得到的还原气化渣进行磁选分离，得到富铁相和贫铁相，实现杂质铁的分离。
2.根据权利要求1所述的气化渣中杂质铁的脱除方法，其特征在于：所述的还原性气体为氮气、氩气、氢气中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的气化渣中杂质铁的脱除方法，其特征在于：所述阶段性控温处理过程中，快速升温过程用于促进玻璃体熔融和富铁相高效解离，慢速升温过程用于使碳颗粒与铁相进行充分还原反应，使气化渣矿相形成稳定的莫来石-石英矿相。
4.根据权利要求3所述的气化渣中杂质铁的脱除方法，其特征在于：所述阶段性控温处理过程依次包括第一阶段加热、第二阶段加热、空冷过程，其中，第一阶段加热速率大于5℃/min，加热至阶段终端温度不高于800℃保温1-3h，第二阶段加热速率小于5℃/min，加热温度至阶段终端温度不高于1350℃保温1-3h。
5.根据权利要求4所述的气化渣中杂质铁的脱除方法，其特征在于：所述第一段加热的阶段终端温度为600-800℃，所述第二段加热的阶段终端温度为1150-1350℃。
6.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的气化渣中杂质铁的脱除方法，其特征在于：所述磁选过程中所施加的磁场强度大于2000Gs。
7.根据权利要求6所述的气化渣中杂质铁的脱除方法，其特征在于：所述磁选过程中所施加的磁场强度为2000-6000Gs。
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