第7期 唐惠庆等：生物质木炭用于鲕状高磷铁矿除磷 ·871· 85 (a) 85 b 80- ■ 75 70 70 65 7 -Po/=1.0 Pe:/=1.5 55 -N/N=0.8 60 oN/N=0.9 6-P /Po-2.3 a-N/N=1.0 6w-4.0 45 50 40 15 20 0 15 20 时间min 时间min 70 60 55 50 -0-7=1273K 45 -0-T=1373K 40 -T=1473K 10 15 20 25 时间/min 图2还原条件对样品还原行为的影响.(a)气氛的影响：(b)木炭加入比例的影响：(c)温度的影响 Fig.2 Effect of reduction conditions on the reduction behavior of the samples:(a)atmospheres;(b)biomass char adding ratio:(c)temperature 2.3还原后样品的微观结构 80 在合适的还原条件下，即T=1373K、Nc/W。= 0 75 0.9、Pco,/Pco=1.0及t=l5min所得还原后样品 70 进行物相鉴定和微观结构分析.图4和图5分别是 65 其X射线衍射图谱和扫描电镜一能谱分析结果.由 60 图4可知，样品还原后的主要物相为金属铁、磷灰石 和硅酸三钙.在实验所用的原料条件下，体系中磷 10 20 25 灰石、石英和固体碳可能存在以下的固一固相反应 时间min (R5)ū.利用HSC5.0软件所提供的热力学数据 图3样品残碳含量和金属化率随还原时间的变化 可得其△G与温度的关系，如式(4)所示 Fig.3 Variations of residual carbon content and metallization rate with reduction time Ca3(P04)2+3Si02+5C= -3CaSiO+ 5C0(g)+P2(g), (R5) 同时也受到气氛中C02分压的影响，因而样品中木 1600 炭颗粒的气化受到抑制.样品金属化率从t=l5min OFe 口CaPO, 1200 时开始降低，说明球团通过自还原产生气体保护圈 ◇3Ca0.2Si0 的作用开始减弱，球团开始遭受环境中氧化性气体 800 的氧化作用，周围气氛中C02虽然使样品中还原出 来的金属铁再氧化，但是由于样品内气氛中Pc0,分 400 压的升高，也进一步消耗样品中残余木炭粉.在t= 25min时，样品中残碳质量分数降至0.11%.从样 20 40 60 80 10 品的残碳分析结果可知，在本实验条件下，使用生物 2) 质木炭作还原剂，还原时间15~25min可以达到样 图4还原后样品的X射线衍射图谱 品高金属化率和低残碳含量的目标 Fig.4 XRD pattem of the reduced sample第 7 期 唐惠庆等: 生物质木炭用于鲕状高磷铁矿除磷 图 2 还原条件对样品还原行为的影响． ( a) 气氛的影响; ( b) 木炭加入比例的影响; ( c) 温度的影响 Fig． 2 Effect of reduction conditions on the reduction behavior of the samples: ( a) atmospheres; ( b) biomass char adding ratio; ( c) temperature 图 3 样品残碳含量和金属化率随还原时间的变化 Fig． 3 Variations of residual carbon content and metallization rate with reduction time 同时也受到气氛中 CO2分压的影响，因而样品中木 炭颗粒的气化受到抑制． 样品金属化率从 t = 15 min 时开始降低，说明球团通过自还原产生气体保护圈 的作用开始减弱，球团开始遭受环境中氧化性气体 的氧化作用，周围气氛中 CO2虽然使样品中还原出 来的金属铁再氧化，但是由于样品内气氛中 PCO2分 压的升高，也进一步消耗样品中残余木炭粉． 在 t = 25 min 时，样品中残碳质量分数降至 0. 11% ． 从样 品的残碳分析结果可知，在本实验条件下，使用生物 质木炭作还原剂，还原时间 15 ～ 25 min 可以达到样 品高金属化率和低残碳含量的目标． 2. 3 还原后样品的微观结构 在合适的还原条件下，即 T = 1373 K、NC /NO = 0. 9、PCO2 / PCO = 1. 0 及 t = 15 min 所得还原后样品 图 4 还原后样品的 X 射线衍射图谱 Fig． 4 XＲD pattern of the reduced sample 进行物相鉴定和微观结构分析． 图 4 和图 5 分别是 其 X 射线衍射图谱和扫描电镜--能谱分析结果． 由 图 4 可知，样品还原后的主要物相为金属铁、磷灰石 和硅酸三钙． 在实验所用的原料条件下，体系中磷 灰石、石英和固体碳可能存在以下的固--固相反应 ( Ｒ5) ［15］． 利用 HSC 5. 0 软件所提供的热力学数据 可得其 ΔG 与温度的关系，如式( 4) 所示． Ca3 ( PO4 ) 2 + 3SiO2 + 5C 3CaSiO  3 + 5CO( g) + P2 ( g) ， ( Ｒ5) · 178 ·