含砷鐵礦石燒結(jié)脫砷中含砷氣體的固結(jié)研究

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　題目：含砷鐵礦石燒結(jié)脫砷中含砷氣體的固結(jié)研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　我國(guó)藏有大量含砷鐵礦石，含砷鐵礦石在燒結(jié)工序中，多數(shù)砷以氣態(tài)物質(zhì)被脫除進(jìn)入大氣中，嚴(yán)重污染了環(huán)境。研究鋼鐵冶煉中煙氣里砷的去除是解決砷污染有效

2、的方法，也是阻止砷進(jìn)入環(huán)境最有效的途徑。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)用FactSage軟件進(jìn)行燒結(jié)脫砷固砷及熱力學(xué)模擬計(jì)算，得到相關(guān)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)物的量、存在狀態(tài)、種類等。利用origin軟件對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到關(guān)于碳含量、溫度、氧氣壓的圖像，對(duì)得到的這些圖像進(jìn)行分析，并利用燒結(jié)杯燒結(jié)脫砷固砷，得到關(guān)于脫砷固結(jié)的相關(guān)結(jié)論如下：</p><p>　?。?）在氧化鈣固結(jié)含砷鐵礦

3、石里的含砷氣體時(shí)，固結(jié)產(chǎn)物有砷酸鈣；</p><p>　?。?）影響燒結(jié)氣態(tài)產(chǎn)物脫砷的因素有燒結(jié)過程中碳含量、氧化鈣含量、燒結(jié)溫度、抽風(fēng)負(fù)壓以及氧氣的給予量。 氧化鈣可以促進(jìn)固結(jié)作用的發(fā)生；模擬發(fā)現(xiàn)抽風(fēng)負(fù)壓對(duì)固結(jié)的影響并不大，但抽風(fēng)負(fù)壓可能破壞含砷煙氣固結(jié)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可以抑制砷固結(jié)；當(dāng)氧含量在500g~2500g時(shí)，在氧含量比較低的時(shí)候，溫度對(duì)固結(jié)的影響很小，在氧含量高的時(shí)候影響較大，會(huì)抑制固結(jié)作用的發(fā)

4、生；氧含量可以促進(jìn)含砷氣體的固結(jié)；適當(dāng)碳含量可以促進(jìn)固結(jié)作用的發(fā)生。</p><p>　　關(guān)鍵詞：熱力學(xué)；燒結(jié)脫砷；固結(jié)研究；氧化鈣除砷 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　China's possession of large amounts of arsenic bearing iron or

5、e containing arsenic and iron ore in the sintering process, the majority of arsenic in gaseous substances are removed into the atmosphere, the serious pollution of the environment. Arsenic removal from flue gas in iron a

6、nd steel smelting is the most effective way to resolve the arsenic pollution and to prevent arsenic from entering the environment..</p><p>　　In this experiment, the FactSage software was used to simulate the

7、 arsenic arsenic and the thermodynamic simulation, and the relevant thermodynamic data were obtained, including the amount of the product, the state of existence, the species, etc.. The Origin software to process the dat

8、a obtained by the experiments to get images of carbon content, temperature, oxygen pressure, to get the image analysis, and the use of sintering cup arsenic removal, get on the removal of arsenic consolidation of </p

9、><p>　　(1) gas containing arsenic bearing iron ores in the calcium oxide consolidation, consolidation product of calcium arsenate;</p><p>　　(2) affect the result of sintering gas removal of arsenic

10、 in sintering process of carbon content, calcium oxide content, sintering temperature, suction pressure and oxygen given. Calcium oxide can promote the consolidation effect; simulation, it is found that the suction press

11、ure of consolidation does not have a significant impact, but the suction pressure may damage with the kinetics of the reaction of arsenic consolidation of flue gas. The results showed that the arsenic consolidation can b

12、e s</p><p>　　Keywords: Thermodynamics; Sintering arsenic removal; Consolidation study; Arsenic removal from calcium oxide</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 文獻(xiàn)綜

13、述1</b></p><p>　　1.1 砷的簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1.1 砷的基本性質(zhì)1</p><p>　　1.1.2 煙氣里的砷化物1</p><p>　　1.2 砷污染2</p><p>　　1.2.1 砷污染的來源2</p><p>　　1.2.

14、2 砷污染的危害2</p><p>　　1.3 除砷途徑3</p><p>　　1.3.1 干法收砷工藝3</p><p>　　1.3.2 吸附除砷4</p><p>　　1.3.3 氧化鈣除砷[12]5</p><p>　　1.3.4 其它脫砷處理法6</p><p>　　

15、1.4 砷研究及其研究的重要性6</p><p>　　1.4.1 砷研究的必要性6</p><p>　　1.4.2 砷的固結(jié)研究7</p><p>　　2 燒結(jié)脫砷固砷熱力學(xué)8</p><p>　　2.1 熱力學(xué)理論計(jì)算原理8</p><p>　　2.2 計(jì)算結(jié)果與討論8</p><

16、;p>　　2.2.1 CaO質(zhì)量和抽風(fēng)負(fù)壓對(duì)燒結(jié)含砷氣體固結(jié)的影響8</p><p>　　2.2.2 碳含量和溫度對(duì)燒結(jié)脫砷含砷產(chǎn)物固結(jié)的影響11</p><p>　　2.2.3 氧氣含量對(duì)燒結(jié)含砷氣體固結(jié)的影響14</p><p><b>　　3 實(shí)驗(yàn)16</b></p><p>　　3.1

17、實(shí)驗(yàn)原理16</p><p>　　3.2 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備16</p><p>　　3.2.1 燒結(jié)實(shí)驗(yàn)原料16</p><p>　　3.2.2 燒結(jié)實(shí)驗(yàn)儀器17</p><p>　　3.3 實(shí)驗(yàn)步驟17</p><p>　　3.3.1 實(shí)驗(yàn)流程18</p><p>　　3.3

18、.2 實(shí)驗(yàn)記錄18</p><p>　　3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論18</p><p><b>　　4 結(jié)論20</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　　致謝23</b></p><p><

19、;b>　　1 文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　1.1 砷的簡(jiǎn)介</b></p><p>　　砷有毒！砒霜有劇毒！砷元素的豐度為5×10-4%，排行第三十八位，元素并不高，但是砷可以生成各種礦物與重金屬礦物形成集合體或共生體而成重金屬礦床，隨著重金屬礦床的開采，砷隨之釋放出來。砷的分布不均勻，據(jù)探明，70%分布在我國(guó)砷是灰色

20、半金屬，三氧化二砷俗稱砒霜。煙氣里砷主要來自含砷鐵礦石在燒結(jié)過程中分解釋放出來的，它以單質(zhì)或者化合物的形式存在。</p><p>　　1.1.1 砷的基本性質(zhì)</p><p>　　砷[1]，元素符號(hào)As，原子序數(shù)33，穩(wěn)定同位數(shù)75，相對(duì)原子質(zhì)量74.92160，砷的電子層排布為：1S22S22P63S23P63d104S24P3。砷在元素周期表中屬VA族，屬半金屬。砷元素具有黑、灰、黃三

21、種同素異形體，其中灰色晶體具有金屬性，脆而硬；砷的密度5.727g/cm3、熔點(diǎn)8170C，砷蒸汽具有一股難聞的大蔥臭味；黑砷由砷化氫加熱而得，它是無定形物質(zhì)；黃砷，淡黃色晶體，由灰砷的蒸汽迅速冷卻后而形成。</p><p>　　元素砷不溶于水，因此毒性較低；但能溶于王水和強(qiáng)堿，形成砷酸鹽，砷酸鹽具有相當(dāng)?shù)亩拘?，也容易在人體聚集，造成慢性中毒，砷化物的毒性跟其價(jià)態(tài)有關(guān)。自然界的砷有四種價(jià)態(tài)：As（V）、As（II

22、I）、As（0）、As（-III）。不同形態(tài)與價(jià)態(tài)的砷化物對(duì)生物的毒性和遷移性是不同的，自然界中砷主要以無機(jī)砷酸鹽和亞砷酸鹽的形式存在。</p><p>　　砷的熔點(diǎn)：817（2.8106Pa），613℃升華</p><p>　　砷的比熱容：（25℃）：24.6J/（mol.k）。.</p><p>　　砷的熔化熱：27.74KJ/mol。</p>&

23、lt;p>　　砷的升華熱：31.97KJ/mol。</p><p>　　砷的電阻率：26μ?.cm。</p><p>　　砷的化合價(jià)：-3，+3，0，+5。</p><p>　　1.1.2 煙氣里的砷化物</p><p>　　砷在鐵礦石中的賦存形態(tài)主要有: 毒砂(FeAsS)、臭蔥石[2](FeAsO4·2H2O)、雄黃(A

24、s2S2)及雌黃(As2S3)。</p><p>　　砷化物及其特性如下:(1)毒砂( FeAsS)在中性氣氛下, FeAsS在2200C發(fā)生離解, 生成 As4(g)；在氧化性氣氛中, FeAsS于500~ 5300C生成As2O3 ( g)；(2）氣化產(chǎn)物As2 O3 在2210C開始升華, 熔點(diǎn)為3130C , 沸點(diǎn)為487.20C,8000C以下溫度以雙分子As4O6形式存在, 溫度高于8000C,分解成

25、單分子As2O3。(3)在還原性氣氛下, As 按下式以As4S4形式氣化，生成As4S4 (g)。(4)加熱時(shí),FeAsO4·2H2O在2500C發(fā)生脫水反應(yīng)生成 FeAsO4，繼續(xù)加熱,FeAsO4將在近10000C時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)生成As2O3，在還原性氣氛中, FeAsO4將發(fā)生反應(yīng)生成As2O3 (g)。雄黃(As2S2)和雌黃(As2S3) 等硫化砷在3500C左右氣化,僅能在還原性或中性氣氛中穩(wěn)定存在, 當(dāng)氧分壓大

26、于10-17Pa時(shí),發(fā)生反應(yīng)生成As4O6(g)。</p><p>　　單質(zhì)As熔點(diǎn)為300~ 3200C, 沸點(diǎn)為550~6000C；As2O3熔點(diǎn)為270~3200C，沸點(diǎn)為457.20C；As4S4點(diǎn),300~3200C，沸點(diǎn)為550~6000C。由于燒結(jié)完成后煙氣的溫度至少在3000C以上，那么，含砷鐵礦石燒結(jié)脫砷的氣體砷有As2O3，As4S4，As4等砷化物。</p><p>

27、<b>　　1.2 砷污染</b></p><p>　　在現(xiàn)在這個(gè)工業(yè)化的時(shí)代，隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，環(huán)境污染也越來越嚴(yán)重，其中砷污染也是其中之一。當(dāng)污染越來越嚴(yán)重的時(shí)候，我們唯一能做的就是去解決它，要想解決砷污染，可以從研究砷污染的來源，危害等方面入手。</p><p>　　1.2.1 砷污染的來源</p><p>　　砷污染的來源[3]可以分為

28、自然因素和人為因素。</p><p>　?。?）自然因素：自然砷的主要來源是巖石的風(fēng)化，每年約45000t。此外，還可以通過火山爆發(fā)、地質(zhì)活動(dòng)、溫泉上溢等因素產(chǎn)生。</p><p>　?。?）人為因素：砷能與眾多有色金屬形成砷硫化礦。砷礦石在開采、運(yùn)輸、加工及最終利用過程中都會(huì)有損耗，這是砷進(jìn)入環(huán)境的一個(gè)重要渠道。工業(yè)生產(chǎn)過程中，突然事件導(dǎo)致高濃度砷的污染，農(nóng)藥、除草劑、殺蟲劑，以及許多合

29、金中也用到砷。在各個(gè)環(huán)節(jié)里，農(nóng)藥用砷所占比重最大，這也是砷進(jìn)入環(huán)境最主要的途徑。</p><p>　　工廠里砷污染煙氣的來源：燒結(jié)機(jī)有鼓風(fēng)燒結(jié)機(jī)、焦結(jié)爐等；焙燒爐有沸騰焙燒爐、回轉(zhuǎn)窯、多膛爐等；熔煉爐有鼓風(fēng)爐、反射爐、閃速熔煉爐、熔煉電爐、吹煉轉(zhuǎn)爐、貴鉛爐、分銀爐、煙化爐等。</p><p>　　1.2.2 砷污染的危害[4]</p><p>　　砷對(duì)環(huán)境的污染可

30、分為對(duì)大氣的污染、對(duì)水體的污染、對(duì)土壤的污染。砷的提煉和砷在農(nóng)藥里的運(yùn)用會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的大氣污染，空氣中的砷會(huì)通過呼吸道進(jìn)入人體，被砷污染的水無色、無味、透明度不變，降低生化需氧量。當(dāng)土壤被砷污染后，不適宜耕種，砷還可以通過農(nóng)作物進(jìn)入植物，最后通過生物圈再次進(jìn)入人體，導(dǎo)致慢性砷中毒。</p><p>　　大氣中砷含量為1.5～53ug/m3。砷的污染除巖石風(fēng)化、火山爆發(fā)等自然原因外，主要來自工業(yè)部門。1974年S.米

31、勒姆和T.斯特朗測(cè)定距某煉銅廠不同距離的飄塵中砷含量：3.2～3.8公里處為70ppm，不足0.6公里處為1300ppm。當(dāng)?shù)厝说念^發(fā)和尿中均檢出高濃度的砷。含砷農(nóng)藥生產(chǎn)和砷的提煉也會(huì)造成局部地區(qū)大氣的砷污染。</p><p>　　砷污染對(duì)水生生物影響很大，出現(xiàn)砷污染的水體里水生生物會(huì)大量死亡。砷在土壤中累計(jì)并進(jìn)入到植物體內(nèi)，砷污染導(dǎo)致多地的農(nóng)作物減產(chǎn)并導(dǎo)致病變。</p><p>　　砷中

32、毒[5]主要是通過飲水和食物進(jìn)入到人體內(nèi)的，水中的砷還可以通過破損的皮膚進(jìn)入體內(nèi)，空氣里的砷主要通過呼吸道進(jìn)入人體內(nèi)。砷中毒不容易被察覺，因?yàn)樗粫?huì)改變水的顏色及透明度，只有味道會(huì)稍微的改變。</p><p><b>　　1.3 除砷途徑</b></p><p>　　除砷的途徑包括干法收砷工藝、吸附除砷以及利用氧化鈣除砷。不同除砷工藝具有不同的特點(diǎn)，也有不同的工藝流程

33、和不同的效益。</p><p>　　1.3.1 干法收砷工藝[6]</p><p>　　傳統(tǒng)的濕法收砷工藝是硫酸凈化收砷，存在投資大、生產(chǎn)成本高、砷濾餅難以處理、技術(shù)引用費(fèi)用高等缺陷。而驟冷干法收砷技術(shù)卻可以很好的解決這一問題。</p><p>　　干法收砷的原理，干法驟冷收砷是利用三氧化二砷在不同溫度氣體中的飽和量不同，當(dāng)煙氣溫度急劇下降，三氧化二砷便結(jié)晶析出形成

34、固態(tài)。不同溫度下氣體中三氧化二砷飽和量如表1.1。從表1中可以看出來，溫度是控制煙氣中砷含量的關(guān)鍵因數(shù)。</p><p>　　表1.3 不同溫度下氣體中三氧化二砷的飽和量</p><p>　?。?）干法收砷的工藝流程</p><p>　　將含砷煙氣、壓縮空氣、水通入到驟冷塔中，進(jìn)行收砷，利用布袋收砷，把收到的砷三氧化二砷送到自動(dòng)包裝機(jī)制成成品三氧化二砷，余下的煙氣

35、送去制酸。驟冷干法收砷的工藝流程見圖1.1。</p><p>　　圖1.1 驟冷干法收砷的工藝流程</p><p>　　由于煙氣里砷不能完全析出，加之布袋收砷有限，部分砷酸煙氣進(jìn)入硫酸凈化系統(tǒng)然后進(jìn)入稀酸。稀酸處理站采用硫化法處理含砷稀酸，生成的砷渣返回系統(tǒng)配料，重新燃燒脫砷經(jīng)布袋收集，從而完成含砷無聊循環(huán)處理。</p><p>　?。?）干法收砷在冶金行業(yè)的發(fā)展

36、前景</p><p>　　生產(chǎn)實(shí)踐證明，利用該工藝處理含砷復(fù)雜的精礦，有效的提高了貴金屬的回收率，為處理含砷復(fù)雜物料開辟了新的道路。砷元素大部分在布袋收集器收集，凈化稀酸中的砷在稀酸處理站以砷濾餅的形式返回系統(tǒng)處理，實(shí)現(xiàn)了有害元素砷的合理處置，該方法為砷元素的回收以及冶金行業(yè)的環(huán)境治理提供了借鑒。</p><p>　　1.3.2 吸附除砷</p><p>　　吸附

37、法采用的是與砷有較強(qiáng)親和力的材料作為吸附劑，通過化學(xué)吸附和離子交換將砷除去。離子交換技術(shù)是樹脂上的離子和需要交換的離子進(jìn)行交換，達(dá)到除去污染物離子的目的。可用來作為除砷的吸附劑有活性炭、沸石、活性氧化鋁、活性鐵粉、赤鐵礦、硫鐵礦等。目前吸附材料主要有六大類：稀土與黏土材料、復(fù)合材料、活性材料、改性材料、納米材料。</p><p><b>　?。?） 活性炭</b></p>&l

38、t;p>　　活性炭是一種最常見的黑色大表面積多孔性吸附劑，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)與熱穩(wěn)定性，具有巨大的比表面積，可再生重復(fù)使用。活性炭主要分為無定形炭，還有少量的氫、氧、氮、硫及灰分?；钚蕴烤哂写蟮谋缺砻娣e、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、良好的化學(xué)穩(wěn)定性，故常用做吸附劑?；钚蕴繉?duì)于Ag+、Cd2+、及CrO42-等離子的吸附去除率可達(dá)到85%以上（濃度以13~55ug/L），對(duì)于水中大多數(shù)的金屬如銻、砷、鉍、錫、汞、鈷、鉛、鎳、鐵等均有很好的

39、吸附能力。</p><p>　　活性炭對(duì)砷的吸附，在pH為4～5時(shí)為最好,其機(jī)理主要是靜電吸引及形成特殊的化學(xué)鍵，活性炭的型號(hào)對(duì)砷的吸附也有較為重要的作用，廢水中存在有機(jī)污染物對(duì)砷的吸附影響不大，但二價(jià)鐵的存在可以提高對(duì)砷的吸附速度，并提高其去除率，強(qiáng)酸或堿可以從活性炭中回收五價(jià)砷，但不能完全恢復(fù)活性炭的吸附能力[7]。對(duì)活性炭的來源研究發(fā)現(xiàn)在堿性條件下，煤＞果殼＞木材，吸附的砷主要是H2AsO4-及HAsO4-

40、，但在pH低于8時(shí)，H3AsO3不能被吸附，但一旦被氧化成 H3AsO4，就能很快地被吸附。由于活性炭對(duì)亞砷酸有很強(qiáng)的催化氧化的能力，在空氣的存在下，很快地被氧化成砷酸而被吸附。催化的最佳pH為5～6，而在酸性條件下，其活性炭吸附能力依其來源為木材＞果殼＞煤。</p><p>　　很多科學(xué)家對(duì)活性炭作為吸附劑進(jìn)行了研究。張書娟等[8]用負(fù)載殼聚糖的活性炭進(jìn)行了吸附砷的研究，結(jié)果表明活性炭經(jīng)過處理，對(duì)砷在

41、PH為2~8范圍內(nèi)有很強(qiáng)的去除能力，濃度能降到10ug/L以下。朱慧杰等[9]以活性炭為載體，利用液相還原方法制備了一種負(fù)載型納米吸附劑，室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：該吸附劑在PH為6.5，溫度為25±20C，As（III）初始濃度為2mg/L,吸附劑用量為1.0g/L時(shí)，As（III）的去除率為99.86%，吸附劑的砷吸附容量為1.997mg/g，吸附速率在前12h較快，可達(dá)94.3%，72h達(dá)到吸附平衡。吸附平衡后的吸附劑可以用0.

42、1mol/L NaOH溶液洗脫再生，再生效率較高，在飲用水除砷鄰域有較高的應(yīng)用前景。陳云嫩等[10]采用骨炭作吸附劑研究飲用水中As（V）去除的效果及其影響因素，研究表明在PH為10，吸附時(shí)間為30min和骨炭加入量為0.6g/L，飲用水砷的初始濃度為0.5mg/L時(shí)其砷除去率可達(dá)95.2%。劉振中等[11]開展了離子交換纖維IEF除砷酸鹽的效果研究，結(jié)果顯示在砷酸鹽初始質(zhì)量濃度為25mg/L時(shí)，其吸附的能力達(dá)285mg/g。</

43、p><p>　?。?） 其他的除砷吸附劑</p><p>　　廢水中的砷還可以用軟錳礦（MnO2）,磁性黃鐵礦（FeS），方鉛礦（PbS），纖鋅礦（ZnS）等礦石進(jìn)行吸附。其中FeS對(duì)三價(jià)砷及五價(jià)砷的吸附容量分別為0.74、0.82mmol/g?；钚詺溲趸X、活性針鐵礦也可以用來吸附，前者要將PH調(diào)到10~12，后者要將PH調(diào)到4~5。 </p><p>　　

44、1.3.3 氧化鈣除砷[12]</p><p>　　利用氧化鈣除砷是最有效最經(jīng)濟(jì)的方法，形成的砷酸鈣溶解度很小，可以收集起來，以免進(jìn)入到環(huán)境中污染環(huán)境，是很好的除砷辦法。</p><p><b>　?。?）氧化鈣</b></p><p>　　氧化鈣（calcium oxide），是一種無機(jī)化合物，它的化學(xué)式是CaO，俗名生石灰。物理性質(zhì)是表面

45、白色粉末，不純者為灰白色，含有雜質(zhì)時(shí)呈淡黃色或灰色，具有吸濕性。</p><p>　　氧化鈣的物理性質(zhì)有：白色或帶灰色塊狀或顆粒。溶于酸類、甘油和蔗糖溶液，幾乎不溶于乙醇。相對(duì)密度3.32～3.35。熔點(diǎn)2572℃。沸點(diǎn)2850℃。折光率1.838。氧化鈣的化學(xué)性質(zhì)有：氧化鈣為堿性氧化物，對(duì)濕敏感。易從空氣中吸收二氧化碳及水分。與水反應(yīng)生成氫氧化鈣（Ca(OH)2）并產(chǎn)生大量熱，有腐蝕性。</p>

46、<p><b>　　（2）砷酸鈣</b></p><p>　　砷酸鈣是一種無機(jī)化合物，化學(xué)式為Ca3(AsO4)2，為無色固體，但工業(yè)中砷酸鈣都以堿性化合物出現(xiàn)。較砷酸鉛易溶于水，因此毒性更大。這主要是單純的砷酸鈣稍溶于水，易造成藥害，故在工業(yè)品中，都加以過量的石灰，要保持堿性，又名安全砷酸鈣。工業(yè)砷酸鈣為粉紅色粉末，難溶于水，易溶于鹽酸熔點(diǎn)1455℃，不可燃。</p>

47、<p>　　用途：二十世紀(jì)初出現(xiàn)的砷酸鹽殺蟲劑，可由砷酸液與石灰乳反應(yīng)制得。它最初用作殺蟲劑和殺菌劑。對(duì)害蟲為胃毒作用，用于防治咀嚼式口器害蟲。隨著有機(jī)農(nóng)藥的發(fā)展，用量日益減少。在有些國(guó)家，仍有相當(dāng)數(shù)量被使用。</p><p>　?。?）砷形成砷酸鈣達(dá)到去除砷目的</p><p>　　減少溶解砷流動(dòng)性有效的方法是加石灰到含砷廢物里，通過形成低溶解度的鈣砷酸來完成的。在Ca4(

48、OH)2(AsO4)2·4H2O和Ca5(AsO4)3OH[13]分別為0.01和0.5毫克/升時(shí)，砷平衡濃度是最小的。在近中性pH值時(shí)砷酸磷灰石是穩(wěn)定的，其穩(wěn)定由Ca5(PO4)3OH固體溶解度決定。當(dāng)石灰添加到黃鐵礦粉懸浮液[14]里時(shí)，由于形成了砷酸鈣，砷濃度進(jìn)一步的降低。</p><p>　　通過Ca3(AsO4)2原型礦對(duì)砷吸收鈣的熱力學(xué)數(shù)據(jù)建立模型的方式來研究砷酸鹽的溶解行為。在很寬的pH范

49、圍內(nèi)，水溶液內(nèi)雖然可以形成幾種砷酸鈣沉淀，而無水Ca3(AsO4)2不是其中之一。Guerin和Pierrot[15]對(duì)砷酸鈣的綜合研究表明，只有在水合物的形式下，如Ca3(AsO4)2·xH2O的形式，在熱力學(xué)上才是穩(wěn)定得。</p><p>　　1.3.4 其它脫砷處理法</p><p>　　濕法常壓氧化也是目前一項(xiàng)重要研究課題。在這方面,提出的方案也頗多(如堿浸脫砷、電化學(xué)

50、氧化脫砷、硝化法脫砷、多硫化銨法等),其中比較成熟的有Arseno[16]和Nitrox法。</p><p>　　微波法是利用微波照射,選擇性加熱目標(biāo)礦物,使As和S揮發(fā)成As2O3和SO2,以使金裸露出來。柯家駿等對(duì)云南某含碳砷金精礦在堿性介質(zhì)中進(jìn)行了微波處理取得了較好的結(jié)果[17]。</p><p>　　離子交換法[18]是指水溶液通過樹脂時(shí)產(chǎn)生的固液間離子的相互交換。廢水離子交換處理

51、就是通過離子交換過程除去廢水中的有害離子的方法。離子交換法除率高，并可濃縮回收有用物質(zhì)。</p><p>　　液-液萃取[19]是一項(xiàng)重要的水處理單元過程。向水中投加一種與水不互溶，但能良好溶解污染物的溶劑。使其與廢水充分混合接觸，由于污染物在溶劑中的溶解度大于在水中的溶解度，因而大部分污染物轉(zhuǎn)移到溶劑相。</p><p>　　微生物法與傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法相比，微生物法處理含砷廢水具有經(jīng)濟(jì)

52、、高效且無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，已成為公認(rèn)的、最具前途的發(fā)展方法。</p><p>　　1.4 砷研究及其研究的重要性</p><p>　　砷及其化合物有毒性，進(jìn)入人體會(huì)導(dǎo)致慢性中毒，同時(shí)，對(duì)大自然也是很大的污染，在鋼鐵冶金中，排放出來的煙氣對(duì)環(huán)境的影響不容小視，只有去除煙氣里的砷污染物才可以減少對(duì)環(huán)境的影響。</p><p>　　1.4.1 砷研究的必要性</p

53、><p>　　砷礦物在焙燒、燒結(jié)、冶煉及化工過程中會(huì)產(chǎn)生毒性更大的砷化合物。為了避免砷對(duì)正常生產(chǎn)的影響，通常將砷排除進(jìn)入三廢水之中。據(jù)《工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：地面水中砷最高允許濃度為0.04mg/L。含砷工業(yè)廢氣直接排到大氣，將會(huì)對(duì)大氣污染造成嚴(yán)重影響，所以工業(yè)煙氣必須經(jīng)過嚴(yán)格的凈化處理，以出去含砷化合物及其他雜質(zhì)。</p><p>　　砷是一種有毒的物質(zhì)，砷及其化合物廣泛被應(yīng)用在農(nóng)藥、除草

54、劑、殺蟲劑，以及許多合金中。砷的化合物是一種具有類金屬特性的原生質(zhì)毒物,具有廣泛的生物效應(yīng),已被美國(guó)疾病控制中心和國(guó)際防癌研究機(jī)構(gòu)確定為第一類致癌物。近年來,隨著礦冶、陶瓷、皮革、農(nóng)藥等行業(yè)的快速發(fā)展,地下水環(huán)境中砷的污染日益嚴(yán)重。地方性砷中毒引起了世界范圍的廣泛關(guān)注。含砷的鐵礦石在進(jìn)行脫砷時(shí)，產(chǎn)生的煙氣中含有砷及其化合物，如果這些煙氣直接排放，會(huì)導(dǎo)致環(huán)境嚴(yán)重污染。因此，對(duì)含砷鐵礦石燒結(jié)脫砷中含砷氣體的固結(jié)研究十分有必要。</p&

55、gt;<p>　　1.4.2 砷的固結(jié)研究</p><p>　　含砷鐵礦石燒結(jié)脫砷中含砷氣體的固結(jié)研究是將含砷及其化合物的煙氣進(jìn)行固結(jié)處理，達(dá)到凈化煙氣，回收砷的目的。進(jìn)行固結(jié)處理時(shí)，通常采用濕法收砷工藝和干法收砷工藝。燒結(jié)，是指把粉狀物料轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅荏w，是一個(gè)傳統(tǒng)的工藝過程。燒結(jié)脫砷，這里的燒結(jié)脫砷是指如何把燒結(jié)鐵礦石中產(chǎn)生的煙氣里的砷去除掉，減少煙氣里的含砷量，達(dá)到符合環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)。</p&

56、gt;<p>　　廢物砷的處理方法有很多，主要包括物理方法和化學(xué)方法。物理方法主要是吸附，吸附劑主要包括稀土屬物質(zhì)、活性炭、鐵或氧化鐵、三氧化二鋁，化學(xué)方法主要包括硫化物沉淀法和多價(jià)重金屬與金屬氫氧化物生成沉淀。</p><p>　　2 燒結(jié)脫砷固砷熱力學(xué)</p><p>　　2.1 熱力學(xué)理論計(jì)算原理</p><p>　　在化學(xué)熱力學(xué)領(lǐng)域中，F(xiàn)ac

57、tsage[20]是世界上完全集成數(shù)據(jù)庫最大的計(jì)算系統(tǒng)之一。它于2001年創(chuàng)立，結(jié)合了Fact-win/f*a*c*t和Chemsage / solgasmix兩個(gè)熱化學(xué)軟件包。</p><p>　　Factsage顯著的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富和計(jì)算功能強(qiáng)大。Factsage可以使用的熱力學(xué)數(shù)據(jù)包括了數(shù)千種純物質(zhì)數(shù)據(jù)庫，評(píng)估及優(yōu)化過的數(shù)百種金屬溶液、氧化物液相與固相溶液、锍、熔鹽、水溶液等溶液數(shù)據(jù)庫。而且Factsa

58、ge軟件可以自動(dòng)使用這些數(shù)據(jù)庫。 這些評(píng)估過的氧化物、爐渣、锍等數(shù)據(jù)庫是采用先進(jìn)的模型技術(shù)對(duì)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化的結(jié)果。軟件主要利用反應(yīng)的吉布斯自由能最小化原理，利用此軟件進(jìn)行熱力學(xué)分析十分方面并且可靠。</p><p>　　利用Factsage軟件進(jìn)行燒結(jié)過程的模擬，得到一系列關(guān)于As、As2、As4、五氧化二砷、砷酸鈣等燒結(jié)產(chǎn)物隨著氧化鈣質(zhì)量、抽風(fēng)負(fù)壓和溫度變化的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)利用origin軟件作出一系列圖像，然

59、后對(duì)圖像進(jìn)行分析，得到燒結(jié)產(chǎn)物中含砷氣體的固結(jié)現(xiàn)象隨氧化鈣質(zhì)量、溫度和氧氣壓的變化情況，得到相應(yīng)的結(jié)論。</p><p>　　燒結(jié)含砷氣體固結(jié)的影響因素，燒結(jié)含砷氣體固結(jié)的影響因素有很多，在這里主要分析CaO質(zhì)量、氧氣壓、燒結(jié)時(shí)C含量、燒結(jié)溫度以及燒結(jié)時(shí)通入氧氣含量對(duì)固結(jié)的影響。分成三組(1)CaO質(zhì)量和氧氣壓；(2)C含量和溫度；(3)氧氣含量，分別利用origin作圖進(jìn)行分析并得出結(jié)論。其中平衡計(jì)算初始條件見

60、表2.1所示。</p><p>　　表2.1 平衡計(jì)算初始條件</p><p>　　2.2 計(jì)算結(jié)果與討論</p><p>　　2.2.1 CaO質(zhì)量和抽風(fēng)負(fù)壓對(duì)燒結(jié)含砷氣體固結(jié)的影響</p><p>　　當(dāng)溫度在1673K時(shí)，CaO質(zhì)量和氧氣壓都可能對(duì)含砷燒結(jié)產(chǎn)物固結(jié)產(chǎn)生影響。下面分別從含砷氣體As元素質(zhì)量的變化和砷酸鈣As元素質(zhì)量的變化

61、兩方面對(duì)含砷產(chǎn)物固結(jié)在不同CaO質(zhì)量和氧氣壓條件下進(jìn)行了分析，得到關(guān)于影響含砷燒結(jié)產(chǎn)物固結(jié)的因素。</p><p>　?。?）溫度為1673K時(shí)， CaO質(zhì)量和抽風(fēng)負(fù)壓對(duì)總砷變化的影響</p><p>　　利用origin軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到變量因子之間的關(guān)系見下圖。下圖中，橫坐標(biāo)是CaO的質(zhì)量，縱坐標(biāo)表示反應(yīng)過程中As元素摩爾量的變化，其中，整個(gè)砷元素的質(zhì)</p><

62、;p>　　圖2.1 1673K時(shí)，砷隨CaO質(zhì)量和氧氣壓的變化情況</p><p>　　量是砷酸鈣和氣體中砷元素的質(zhì)量之和。由圖可知，隨著CaO質(zhì)量和氧氣壓的變化，整個(gè)過程As質(zhì)量之和不變，說明含砷的固結(jié)分析可以從氣體中As的質(zhì)量和CaO中As質(zhì)量的變化情況來進(jìn)行分析。</p><p>　?。?）溫度為1673K時(shí)，CaO質(zhì)量和抽風(fēng)負(fù)壓對(duì)脫砷的影響</p><p

63、>　　圖2.2 1673K，氣態(tài)物質(zhì)里砷隨氧化鈣質(zhì)量和溫度的變化</p><p>　　利用origin軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到變量因子之間的關(guān)系如上圖所示，上圖中橫坐標(biāo)表示氧化鈣的質(zhì)量，縱坐標(biāo)表示燒結(jié)生成氣體中As原子的總摩爾量，不同的線表示氣體里砷原子摩爾量隨不同氧壓的變化情況。</p><p>　　由圖可知，一方面，CaO質(zhì)量在0~400、500~900、1400~1600g時(shí)，產(chǎn)

64、物氣體里的As原子摩爾質(zhì)量基本沒有什么變化；CaO質(zhì)量在400~500、900~1400g時(shí)，產(chǎn)物氣體里的砷原子摩爾質(zhì)量減少。另一方面，當(dāng)氧化鈣為一固定值時(shí)，產(chǎn)物里砷的變化隨抽風(fēng)負(fù)壓的變化很小。整體上看，隨著CaO質(zhì)量的增加，反應(yīng)產(chǎn)物的As原子摩爾質(zhì)量減少，即產(chǎn)物固結(jié)增強(qiáng)，因此CaO可以促進(jìn)燒結(jié)燃燒產(chǎn)物的固結(jié)。</p><p>　?。?）溫度為1673K時(shí)， CaO質(zhì)量和抽風(fēng)負(fù)壓對(duì)固砷產(chǎn)物的影響</p>

65、;<p>　　利用origin軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到變量因子之間的關(guān)系如下圖所示，橫坐標(biāo)表示氧化鈣的質(zhì)量，縱坐標(biāo)表示燒結(jié)生成砷酸鈣中砷原子的總摩爾量，不同的線表示砷酸鈣里砷原子摩爾量隨不同氧壓的變化情況。</p><p>　　由圖可知，一方面CaO質(zhì)量在0~400、500~900、1200~1600g之間時(shí)，此時(shí)無論氧壓如何，砷酸鈣里As的質(zhì)量基本不變；當(dāng)CaO質(zhì)量在400~500、900~1200

66、g之間時(shí)，砷酸鈣中As的質(zhì)量都增加，特別在400到500g之間時(shí)，變化比較明顯。整體上來看，CaO可以促進(jìn)燒結(jié)含砷產(chǎn)物的固結(jié)反應(yīng)。</p><p>　　圖2..3 1673K,氣態(tài)物質(zhì)里砷隨氧化鈣質(zhì)量和溫度的變化</p><p>　　另一方面，當(dāng)CaO處于某一固定值時(shí)，隨著氧壓的變化，砷酸鈣里As的質(zhì)量變化很小。當(dāng)CaO質(zhì)量在500~1100g之間時(shí)，As質(zhì)量變化很小，隨著氧壓增大，As

67、質(zhì)量有微小的變大，在其它的CaO質(zhì)量范圍內(nèi)，As質(zhì)量基本不變。所以，整體上來看，氧壓基本上對(duì)含砷燒結(jié)產(chǎn)物的固結(jié)影響很小，有微小的促進(jìn)作用。并且，還可以得到的結(jié)論是CaO對(duì)含砷燒結(jié)產(chǎn)物固結(jié)產(chǎn)物是生成了砷酸鈣。</p><p>　　結(jié)論，抽風(fēng)負(fù)壓對(duì)燒結(jié)含砷氣體的固結(jié)作用影響很小，CaO質(zhì)量可以促進(jìn)燒結(jié)含砷氣體的固結(jié)，特別是CaO質(zhì)量在500g~900g時(shí)，氧化鈣的促進(jìn)作用特別明顯。</p><p&

68、gt;　　2.2.2 碳含量和溫度對(duì)燒結(jié)脫砷含砷產(chǎn)物固結(jié)的影響</p><p>　　在氧壓為0.88atm，不同O2含量條件下，C含量以及當(dāng)溫度也變化時(shí)，此時(shí)燒結(jié)脫砷產(chǎn)物的固結(jié)可能會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)氧氣含量分別在500g、1000g、1500g、2000g、2500g時(shí)，作出關(guān)于生成產(chǎn)物里As含量隨C含量和溫度的變化曲線，再由此得到關(guān)于氧氣含量、碳含量、溫度對(duì)燒結(jié)脫砷產(chǎn)物固結(jié)的影響情況。</p>&l

69、t;p>　?。?）在氧氣含量為500g、1000g時(shí)，C含量和溫度對(duì)燒結(jié)脫砷產(chǎn)物固結(jié)的影響</p><p>　　在下圖2.4、2.5中，橫坐標(biāo)表示C含量，縱坐標(biāo)表示燒結(jié)氣態(tài)產(chǎn)物As含量的對(duì)數(shù)。曲線1表示脫砷氣態(tài)產(chǎn)物中As含量隨C含量和溫度變化情況，曲線2表示脫砷產(chǎn)物中砷酸鈣里砷含量隨C含量和溫度變化情況。</p><p>　　由圖可知，當(dāng)氧氣含量為500g和1000g時(shí)，隨著C含量和

70、溫度的變大，燒結(jié)脫砷氣態(tài)產(chǎn)物里As含量并沒有變化。這說明當(dāng)氧氣含量為500g時(shí)，C含量和溫度的變化對(duì)燒結(jié)脫砷產(chǎn)物的固結(jié)影響基本上沒有。在上圖中aa，并沒有砷酸鈣生成，說明在此條件下固結(jié)發(fā)生的很微弱，或者根本就沒有發(fā)生。</p><p>　　圖2.4 脫砷產(chǎn)物中砷含量隨C含量和溫度的變化情況</p><p>　　圖2.5 脫砷產(chǎn)物中砷含量隨C含量和溫度的變化情況</p>&

71、lt;p>　?。?）在氧氣含量為1500g時(shí)，C含量和溫度對(duì)燒結(jié)脫砷產(chǎn)物固結(jié)的影響</p><p>　　圖2.6 脫砷氣態(tài)產(chǎn)物中砷含量的對(duì)數(shù)隨C含量和溫度的變化情況</p><p>　　上圖中，橫坐標(biāo)表示C含量，縱坐標(biāo)表示燒結(jié)氣態(tài)產(chǎn)物As含量的對(duì)數(shù)。由上圖可知，一方面，當(dāng)氧氣含量為1500g時(shí)，溫度為1373K、1473K、1573K時(shí)，當(dāng)C含量在520~650g范圍時(shí)，隨著C含量

72、和溫度的增大，燒結(jié)氣態(tài)產(chǎn)物的對(duì)數(shù)增大，即砷含量增大，說明在此條件下時(shí)，C含量和溫度可以抑制含砷產(chǎn)物的固結(jié)。而當(dāng)溫度為1673K、1773K、1873K時(shí)，溫度和C含量對(duì)燒結(jié)脫砷產(chǎn)物的固結(jié)沒有影響；另一方面，當(dāng)C含量在650~780g范圍時(shí)，隨著C含量和溫度的增大，燒結(jié)氣態(tài)產(chǎn)物的對(duì)數(shù)不變，即砷含量沒有變化，說明在此條件下時(shí)，C含量和溫度對(duì)含砷產(chǎn)物的固結(jié)沒有影響。</p><p>　?。?） 在氧氣含量為2000g、

73、2500g時(shí)，C含量和溫度對(duì)燒結(jié)脫砷產(chǎn)物固結(jié)的影響</p><p>　　圖2.7 脫砷氣態(tài)產(chǎn)物中砷含量的對(duì)數(shù)隨C含量和溫度的變化情況</p><p>　　圖2 .8 脫砷氣態(tài)產(chǎn)物中砷含量的對(duì)數(shù)隨C含量和溫度的變化情況</p><p>　　上圖中，橫坐標(biāo)表示C含量，縱坐標(biāo)表示燒結(jié)氣態(tài)產(chǎn)物As含量的對(duì)數(shù)。 從燒結(jié)氣態(tài)產(chǎn)物中砷含量的變化來判斷C含量和溫度的變化對(duì)燒結(jié)脫砷

74、產(chǎn)物固結(jié)的影響。由上圖可知，一方面，當(dāng)氧氣含量為2000g、2500g時(shí)，溫度為1373K、1473K、1573K時(shí)，當(dāng)C含量在520~700g范圍時(shí)，隨著C含量和溫度的增大，燒結(jié)氣態(tài)產(chǎn)物的對(duì)數(shù)增大，即燒結(jié)氣態(tài)產(chǎn)物砷含量增大，說明在此條件下時(shí)，C含量和溫度不利于含砷產(chǎn)物的固結(jié)。而當(dāng)溫度為1673K、1773K、1873K時(shí)，溫度和C含量對(duì)燒結(jié)脫砷產(chǎn)物的固結(jié)沒有影響；另一方面，當(dāng)C含量在700~780g范圍時(shí)，隨著C含量和溫度的增大，燒結(jié)

75、氣態(tài)產(chǎn)物的對(duì)數(shù)不變，即砷含量沒有變化，說明在此條件下時(shí)，C含量和溫度對(duì)含砷產(chǎn)物的固結(jié)沒有影響。</p><p>　　2.2.3 氧氣含量對(duì)燒結(jié)含砷氣體固結(jié)的影響</p><p>　　下面主要對(duì)氧氣含量為500g、1000g、1500g、2000g、2500g時(shí)，氧氣含量對(duì)燒結(jié)脫砷氣體固結(jié)的影響。在氧壓為0.88atm、C含量為650g、溫度為1473K時(shí)，氧含量對(duì)固結(jié)的影響。</p

76、><p>　　圖3.9 砷酸鈣和氣態(tài)產(chǎn)物里砷的對(duì)數(shù)隨氧含量的變化曲線</p><p>　　上圖中，橫坐標(biāo)表示氧氣含量，左邊y軸表示砷酸鈣中砷的摩爾量，右邊y軸表示燒結(jié)含砷氣態(tài)產(chǎn)物里砷摩爾量的對(duì)數(shù)。由上圖可知，隨著氧含量從500g變大到2500g，砷酸鈣里的砷增加，氣態(tài)含砷產(chǎn)物含砷的對(duì)數(shù)減小，說明在此過程中燒結(jié)氣體的固結(jié)現(xiàn)象加強(qiáng)。由此得到結(jié)論，氧含量的增加可以促進(jìn)固結(jié)。</p>&

77、lt;p>　　本部分的結(jié)論：（1）第一小節(jié)分析了氧化鈣和抽風(fēng)負(fù)壓對(duì)固結(jié)作用的影響，其中氧化鈣可以促進(jìn)固結(jié)作用的發(fā)生，而抽風(fēng)負(fù)壓對(duì)固結(jié)的影響并不大；</p><p>　　第二小節(jié)對(duì)氧含量在500g到2500g時(shí)，碳含量和溫度對(duì)燒結(jié)含砷氣體固結(jié)的影響進(jìn)行了分析，在氧含量比較低的時(shí)候，碳含量和溫度對(duì)固結(jié)的影響很小，在氧含量高的時(shí)候影響較大，會(huì)抑制固結(jié)作用的發(fā)生；</p><p>　　第三小

78、節(jié)分析了氧含量變化對(duì)固結(jié)的影響，氧含量可以促進(jìn)含砷氣體的固結(jié)。</p><p><b>　　3 實(shí)驗(yàn)</b></p><p><b>　　3.1 實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p>　　通過燒結(jié)實(shí)驗(yàn)可以總結(jié)出除砷效率和影響除砷效果的因素，從而對(duì)環(huán)境中除砷技術(shù)進(jìn)行革新。通過改變實(shí)驗(yàn)時(shí)，反應(yīng)的堿度，控制燒結(jié)時(shí)CaO的含量、

79、通氧量等條件，從而得到相關(guān)結(jié)論。</p><p>　　鐵礦石燒結(jié)是將不能入爐的鐵礦石、溶劑、燃料等按一定比例配置成燒結(jié)混合料。對(duì)混合料需加合適的水分后進(jìn)行混合、造球制粒。將混合料裝入燒結(jié)杯后點(diǎn)火燒結(jié)。在燒結(jié)過程中通過混合料中燃料的燃燒，產(chǎn)生熱量使鐵礦石等物料融化并產(chǎn)生液相，相互熔結(jié)在一起，冷卻后即可得到具有一定強(qiáng)度的、冶金性能良好的塊狀燒結(jié)礦。</p><p>　　在抽風(fēng)燒結(jié)的過程中，燒結(jié)

80、料層從上到下呈現(xiàn)出不同的存在狀態(tài)，一般被分為燒結(jié)礦帶、燒結(jié)帶、于熱帶、干燥帶、濕熱帶。正在燒結(jié)的那一層，稱為燃燒帶，向下依次為預(yù)熱帶、干燥帶、濕熱帶。燃燒帶的上層是燒結(jié)帶。</p><p>　　對(duì)燒結(jié)礦每個(gè)層取樣進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)燒結(jié)產(chǎn)物里砷的含量及其產(chǎn)物種類，從而判斷燒結(jié)礦含砷氣態(tài)產(chǎn)物的固結(jié)影響因素。</p><p>　　3.2 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備</p><p>　　

81、3.2.1 燒結(jié)實(shí)驗(yàn)原料</p><p>　　實(shí)驗(yàn)的原料包括含砷鐵礦石（馬來粉）、加粉、煤粉、石灰石、消石灰和返礦等。這些原料里各種物質(zhì)的含量見表3.1。</p><p><b>　　表3.1 原料成分</b></p><p>　　燒結(jié)混合料一般由含鐵原料、燃料和溶劑按確定的比例混合而成。為保證燒結(jié)礦的化學(xué)成分和物理性質(zhì)的穩(wěn)定，就必須把各種不同

82、成分的含鐵原料、燃料和溶劑根據(jù)燒結(jié)過程的要求和燒結(jié)礦質(zhì)量的要求進(jìn)行準(zhǔn)確的配料計(jì)算，計(jì)算出個(gè)各原料在燒結(jié)混合料中的百分比。配料計(jì)算時(shí)各種原料的化學(xué)成分要齊全準(zhǔn)確。配料計(jì)算的具體方法如下：</p><p>　　按Fe的平衡方程（以單位重量燒結(jié)礦計(jì)）：</p><p><b>　　按堿度平衡列方程：</b></p><p><b>　　按氧

83、平衡列方程：</b></p><p>　　式中：Ro、Fe－燒結(jié)礦的指定鐵量和堿度；</p><p>　　i－單位重量燒結(jié)礦的有關(guān)原料用量；</p><p>　　Fei，CaOi，SiO2i－各原料中相應(yīng)成分。C%、D%、F%、E%、H%為各原料的燒結(jié)殘存量。聯(lián)立上述方程就可以解得配料的用量[21]，結(jié)果見下表：</p><p>

84、　　表3.2 每種反應(yīng)物的含量</p><p>　　3.2.2 燒結(jié)實(shí)驗(yàn)儀器</p><p>　　燒結(jié)設(shè)備、混料設(shè)備、計(jì)算機(jī)及鼓風(fēng)機(jī)和抽風(fēng)機(jī)等，其中燒結(jié)杯大小為內(nèi)徑100mm,高度500mm。實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖見下圖：</p><p>　　圖3.1 燒結(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)備</p><p><b>　　3.3 實(shí)驗(yàn)步驟</b></

85、p><p>　　3.3.1 實(shí)驗(yàn)流程</p><p>　　具體的流程圖見下圖：</p><p>　　圖3.2 燒結(jié)實(shí)驗(yàn)流程示意圖</p><p>　　1）配料：根據(jù)配料計(jì)算算出的各種原料、燃料的配比，并用電子秤準(zhǔn)確稱量各物料。</p><p>　　2）混料：將稱好的原料倒入一次混料機(jī)中混合，在混合過程中向原料加水，合理

86、的理論含水量為7%-8%。然后裝入二次混料機(jī)中混合造球3min左右。</p><p>　　3）裝料：將混勻好的燒結(jié)混合料均勻的裝入燒結(jié)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的燒結(jié)杯中。啟動(dòng)抽風(fēng)風(fēng)機(jī)，調(diào)整抽風(fēng)負(fù)壓至一合適的數(shù)值。</p><p>　　4）點(diǎn)火：開啟液化氣罐上的減壓閥，用火源點(diǎn)燃點(diǎn)火器，啟動(dòng)助燃風(fēng)機(jī)，調(diào)整好火焰后，對(duì)燒結(jié)杯表面的混合料點(diǎn)火，點(diǎn)火溫度一般為1000-1100℃。</p><

87、p>　　3.3.2 實(shí)驗(yàn)記錄</p><p>　　觀察與記錄：實(shí)驗(yàn)時(shí)從點(diǎn)火開始，對(duì)燒結(jié)時(shí)間、真空度、廢氣溫度用計(jì)算機(jī)進(jìn)行跟蹤記錄。當(dāng)廢氣溫度達(dá)到最高值后又開始下降的瞬間，作為燒結(jié)的終點(diǎn)。記錄好最后一組數(shù)據(jù)，停風(fēng)機(jī)結(jié)束實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論</p><p>　　通過含砷鐵礦石原料及各種配料中具體元素含量進(jìn)行計(jì)算分析，主要對(duì)Fe2

88、O3、Fe3O4、FeO、SiO2、CaO、Al2O3、MgO、S、As、C、H2O、O2、N2這幾類化合物進(jìn)行計(jì)算模擬，確定其參與反應(yīng)的量建議熱力學(xué)模型。所有的計(jì)量以1Kg礦石進(jìn)行基準(zhǔn)，初步對(duì)溫度（T)、燒結(jié)杯內(nèi)抽風(fēng)負(fù)壓（P)、參與反應(yīng)的O2這些因素進(jìn)行分析，得到As在空氣中mol數(shù)從而計(jì)算氣體化合物百分比，進(jìn)而確定其化合物具體形態(tài)。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)部分的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2.3。表中，1、2、3、4、5、

89、7、8表示實(shí)驗(yàn)組，其中，這里的實(shí)驗(yàn)組和表3.2中的組號(hào)是一一對(duì)應(yīng)的。</p><p><b>　　表3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　討論：(1) 碳含量對(duì)燒結(jié)礦含砷氣體固結(jié)的影響，由1、2、3三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，隨著燒結(jié)礦中配煤比過大或過小，均不利于脫砷。在低含碳量時(shí)，隨著碳含量的增加，除砷率升高，這可能是因?yàn)樘己吭黾?，促進(jìn)了燒結(jié)脫砷，導(dǎo)致燒結(jié)礦里含砷量

90、減少；在高含碳量時(shí)，燒結(jié)溫度過高，產(chǎn)生液相太多，隨著含碳量的增加，除砷率降低。</p><p>　?。?） 抽風(fēng)負(fù)壓對(duì)燒結(jié)礦含砷氣體固結(jié)的影響，由1、7、8兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知大抽風(fēng)負(fù)壓會(huì)使除砷率增加，這可能是破壞含砷煙氣與CaO的動(dòng)力學(xué)條件，使含砷煙氣來不及發(fā)生反應(yīng)而被抽風(fēng)所帶走。說明抽風(fēng)負(fù)壓可以抑制含砷氣體的固結(jié)作用。</p><p>　　（3） 堿度對(duì)燒結(jié)礦含砷氣體固結(jié)的影響，由5、4、

91、1四組實(shí)驗(yàn)可知，偏酸性的燒結(jié)料，除砷率最高。CaO易與含砷氣體等發(fā)生反應(yīng)，促使固結(jié)反應(yīng)。</p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)Factsage軟件進(jìn)行燒結(jié)脫砷固砷及熱力學(xué)模擬計(jì)算，得到相關(guān)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)物的量、存在狀態(tài)、種類等。利用origin軟件對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到關(guān)于碳含量、溫度、氧氣壓的圖像，對(duì)得到的這些圖像

92、進(jìn)行分析，并利用燒結(jié)杯燒結(jié)脫砷固砷，得到關(guān)于脫砷固結(jié)的相關(guān)結(jié)論如下：</p><p><b>　　模擬結(jié)果：</b></p><p>　?。?）氧化鈣可以促進(jìn)固結(jié)作用的發(fā)生，而抽風(fēng)負(fù)壓對(duì)固結(jié)的影響并不大；</p><p>　?。?）對(duì)氧含量在500g到2500g分析時(shí)得出，在氧含量比較低的時(shí)候，碳含量和溫度對(duì)固結(jié)的影響很小，在氧含量高的時(shí)候影響

93、較大，會(huì)抑制固結(jié)作用的發(fā)生；</p><p>　?。?）分析氧含量變化對(duì)固結(jié)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，氧含量可以促進(jìn)含砷氣體的固結(jié)。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：</b></p><p>　　(1)隨著燒結(jié)礦中配煤比過大或過小，均不利于脫砷。在低含碳量時(shí)，碳含量增加，促進(jìn)了燒結(jié)脫砷，導(dǎo)致燒結(jié)礦里含砷量減少；在高含碳量時(shí)，燒結(jié)溫度過高，產(chǎn)生液相太多

94、，隨著含碳量的增加，除砷率降低。</p><p>　?。?）大抽風(fēng)負(fù)壓會(huì)使除砷率增加，這可能是破壞含砷煙氣與CaO的動(dòng)力學(xué)條件，使含砷煙氣來不及發(fā)生反應(yīng)而被抽風(fēng)所帶走。說明抽風(fēng)負(fù)壓可以抑制含砷氣體的固結(jié)作用。</p><p>　?。?）偏酸性的燒結(jié)料，除砷率最高。也就是說，CaO易與含砷氣體等發(fā)生反應(yīng)，促使固結(jié)反應(yīng)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)&

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