李恒等：生物质松木锯末中低温还原高铁拜耳法赤泥 ·1333· 表2锯末的主要元素分析和工业分析结果（质量分数） Table 2 Main element and industry analysis results for sawdust % 元素分析 工业分析 CA H 0 Nad Sd 水分 挥发分 固定碳 灰分 43.08 6.41 32.24 0.32 0.10 13.92 62.95 19.20 3.93 表3烟煤成分分析结果（质量分数） Table 3 Analysis results for bituminous coal % 粒度/目 成分 结焦性能 -200 +200~-100 +100 湿度 灰分 挥发分 固定碳 85.88 13.98 0.14 1.88 16.02 28.33 53.77 结块 将烟煤燃烧之后的灰分利用X射线荧光分析 (XRF)对其化学成分进行分析结果如表4. 表4烟煤灰分主要化学成分分析（质量分数） Table 4 Chemical composition of bituminous ash 完 Si02 Fe203 A203 Ca0 S03 T02 Mgo K20 MnO 39.195 26.2829 25.1881 3.9505 1.3253 1.0271 0.8032 0.6771 0.5502 试验所用的氨气为高纯度氨气，纯度99.999%. 坩埚 赤泥 1.2研究方法 还原剂 流量计日 本研究首先对生物质基和煤基分别焙烧还原拜耳 石英管 赤泥与还原剂装料 法赤泥就还原温度、还原时间、还原剂用量3个条件进 行对比试验研究.焙烧还原试验在管式炉中进行，如 图1所示.管式炉采用硅碳棒为加热元件，最高使用 控温器 尾气处理装置 温度为1200℃控制精度为±1℃.试验前首先确认管 o。 管式炉装置 式炉密封性是否完好然后将拜耳法赤泥和生物质以一 图1生物质磁化培烧装置示意图 定比例混合均匀后用模具在20MPa压力下压制成型， Fig.I Schematic diagram of biomass magnetization roasting device 随后将试块置于坩埚中一同放入管式炉一侧.向管式 炉通入l00mL·min的高纯度氮气，待管式炉内空气 阑，用以限制入射X射线在水平方向的发散度.SS为 排尽以后将氮气流量改为80mL·min1,随后升温待达 防散狭缝，用以防止杂散辐射进人探测器)，石墨晶体 到特定温度后在氨气气氛下迅速将装有原料试块的坩 单色器，闪烁计数器S.C.等.数据收集方式为连续扫 埚推入到炉膛中心位置保温一定时间后将坩埚推向炉 描，扫描速度为10°min,步长为0.02°，扫描范围为 膛冷端在氨气保护下冷却到室温然后分析其中T℉e和 10°-90°. FeO含量.还原度R的计算方法如下： 生物质和烟煤热解特性试验在德国Netzsch STA R=(FeO) ×1009%. 409C热分析仪上进行.试验时分别将锯末和烟煤放 (1) w(TFe) 入氧化铝坩埚中，同时通入高纯氮氨气（流量为100mL· 式中，w(FeO)为还原焙烧赤泥中Fe0的质量分数， min1)作保护气体.升温范围为10~1100℃，升温速 w(T℉e)为还原焙烧赤泥中全铁的质量分数.在理想 度为10℃·min. 培烧情况下如赤泥中的Fe,O,全部还原成Fe,O,时还 原焙烧效果最好磁性最强.此时焙烧赤泥的还原度为 2试验结果及分析 42.8,以此还原度作为衡量焙烧还原的标准.如果R> 2.1还原条件对赤泥磁化效果的影响 42.8说明赤泥已发生过还原，有一部分Fe0,已反应 2.1.1还原温度的影响 生成Fe0,若R<42.8说明赤泥还原不足，还有一部分 生物质和烟煤的还原温度区间设定在500~900 Fe,0,未还原成Fe04 ℃之间.生物质松木锯末用量为高铁拜耳法赤泥质量 焙烧矿的矿相分析采用日本理学TTRⅢ多功能X 分数的20%，在此温度区间用2种还原剂分别还原拜 射线衍射仪，具体参数为：CuK.辐射，工作电压40kV, 耳法赤泥，还原时间设定为30min,此时赤泥磁化效果 管电流120mA,光阑系统DS=SS=1°(DS为发散光 如图2所示.李 恒等: 生物质松木锯末中低温还原高铁拜耳法赤泥 表 2 锯末的主要元素分析和工业分析结果(质量分数) Table 2 Main element and industry analysis results for sawdust % 元素分析 工业分析 Cad Had Oad Nad Sad 水分 挥发分 固定碳 灰分 43郾 08 6郾 41 32郾 24 0郾 32 0郾 10 13郾 92 62郾 95 19郾 20 3郾 93 表 3 烟煤成分分析结果(质量分数) Table 3 Analysis results for bituminous coal % 粒度/ 目 成分 - 200 + 200 ~ - 100 + 100 湿度 灰分 挥发分 固定碳 结焦性能 85郾 88 13郾 98 0郾 14 1郾 88 16郾 02 28郾 33 53郾 77 结块 将烟煤燃烧之后的灰分利用 X 射线荧光分析 (XRF)对其化学成分进行分析结果如表 4. 表 4 烟煤灰分主要化学成分分析(质量分数) Table 4 Chemical composition of bituminous ash % SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO SO3 TiO2 MgO K2O MnO 39郾 195 26郾 2829 25郾 1881 3郾 9505 1郾 3253 1郾 0271 0郾 8032 0郾 6771 0郾 5502 试验所用的氮气为高纯度氮气,纯度 99郾 999% . 1郾 2 研究方法 本研究首先对生物质基和煤基分别焙烧还原拜耳 法赤泥就还原温度、还原时间、还原剂用量 3 个条件进 行对比试验研究. 焙烧还原试验在管式炉中进行,如 图 1 所示. 管式炉采用硅碳棒为加热元件,最高使用 温度为 1200 益控制精度为 依 1 益 . 试验前首先确认管 式炉密封性是否完好然后将拜耳法赤泥和生物质以一 定比例混合均匀后用模具在 20 MPa 压力下压制成型, 随后将试块置于坩埚中一同放入管式炉一侧. 向管式 炉通入 100 mL·min - 1的高纯度氮气,待管式炉内空气 排尽以后将氮气流量改为 80 mL·min - 1 ,随后升温待达 到特定温度后在氮气气氛下迅速将装有原料试块的坩 埚推入到炉膛中心位置保温一定时间后将坩埚推向炉 膛冷端在氮气保护下冷却到室温然后分析其中 TFe 和 FeO 含量. 还原度 R 的计算方法如下: R = w(FeO) w(TFe) 伊 100% . (1) 式中,w( FeO) 为还原焙烧赤泥中 FeO 的质量分数, w(TFe)为还原焙烧赤泥中全铁的质量分数. 在理想 焙烧情况下如赤泥中的 Fe2 O3 全部还原成 Fe3 O4 时还 原焙烧效果最好磁性最强. 此时焙烧赤泥的还原度为 42郾 8,以此还原度作为衡量焙烧还原的标准. 如果R > 42郾 8 说明赤泥已发生过还原,有一部分 Fe3 O4 已反应 生成 FeO,若 R < 42郾 8 说明赤泥还原不足,还有一部分 Fe2O3未还原成 Fe3O4 . 焙烧矿的矿相分析采用日本理学 TTR芋多功能 X 射线衍射仪,具体参数为:Cu K琢辐射,工作电压 40 kV, 管电流 120 mA,光阑系统 DS = SS = 1毅(DS 为发散光 图 1 生物质磁化焙烧装置示意图 Fig. 1 Schematic diagram of biomass magnetization roasting device 阑,用以限制入射 X 射线在水平方向的发散度. SS 为 防散狭缝,用以防止杂散辐射进入探测器),石墨晶体 单色器,闪烁计数器 S. C. 等. 数据收集方式为连续扫 描,扫描速度为 10毅·min - 1 ,步长为 0郾 02毅,扫描范围为 10毅 ~ 90毅. 生物质和烟煤热解特性试验在德国 Netzsch STA 409C 热分析仪上进行. 试验时分别将锯末和烟煤放 入氧化铝坩埚中,同时通入高纯氮气(流量为 100 mL· min - 1 )作保护气体. 升温范围为 10 ~ 1100 益 ,升温速 度为 10 益·min - 1 . 2 试验结果及分析 2郾 1 还原条件对赤泥磁化效果的影响 2郾 1郾 1 还原温度的影响 生物质和烟煤的还原温度区间设定在 500 ~ 900 益之间. 生物质松木锯末用量为高铁拜耳法赤泥质量 分数的 20% ,在此温度区间用 2 种还原剂分别还原拜 耳法赤泥,还原时间设定为 30 min,此时赤泥磁化效果 如图 2 所示. ·1333·