增刊1 唐海燕等：炼钢炉渣的浸出和碳酸化 ·29· 100(a) 80 --10 mL HCl ●-40mLHC ▲60 mL HCI 80 60 40 0 20 20 量10mLHC ▲-60 mL HCI ●-40mLHC1 -100 mL HAe 0 0 2030405060 0 10 20 304050 60 浸出时间min 浸出时间/amin 图1试剂种类和用量对离子浸出率的影响 Fig.I Effect of reagent type and amount on ion leaching 都是固液反应，可以用未反应核模型来解释，在炉渣 然使醋酸也挥发，但温度升高有利于醋酸的电离，使 浸出前期含钙相与水的反应是控速环节，之后转变 溶液中氢离子浓度增加，电离作用大于挥发作用，因 为扩散控速.随着试剂用量和反应时间的延 而总浸出率增加.对比图2(a)和2(b)可以看出，室 长，反应物浓度增加，即炉渣中更多的有效成分转化 温下用盐酸的浸出率大于醋酸，而在80℃下用醋酸 为离子态，因而浸出率增加. 的浸出率大于盐酸.炼钢炉渣排出时均有较高的温 当用10 mL HCl时，5min后钙、镁离子浸出率 度，从实验结果来看，若想趁热利用炉渣用醋酸浸出 几乎不变，且数值都比较低，最高分别只有31.5% 比用盐酸浸出效果好，且环境污染也比较小，醋酸又 和0.017%，说明盐酸用量不足以使其完全浸出，5 容易回收 ~l0min内已将盐酸全部消耗.理论计算表明，如 2.3.3搅拌的影响 果将精炼渣中的碱性氧化物完全中和，需HCI 设计了三组实验研究搅拌对离子浸出率的影 143.7mL,将氧化钙完全浸出需HCl83.3mL,而60 响.所用试剂均为60 mL HCl,其中一组不搅拌，另 mL盐酸已可将钙的浸出率达到93.4%，说明渣中 一组用流量较小的氮气搅拌，第三组用流量较大的 Ca0最容易浸出. 氮气搅拌.实验步骤同上.实验结果表明随着浸出 从图1中还可看出，用100mL醋酸的浸出率介 时间的延长，浸出率均呈上升趋势.60min时的浸 于40mL和60mL盐酸间，50min时浸出率最高，达 出率分别为51.3%、70.6%和93.4%.由此可见， 到85.8%. 搅拌对浸出率的影响很大.Huijgen等的研究也 2.3.2反应温度的影响 表明了这一点 实验测试了反应温度为80℃时60mL盐酸和 2.4碳酸化研究 100mL醋酸的浸出率，并与常温下的结果进行了对 将60mL盐酸的浸出液过滤，滤液用氢氧化钠 比，见图2.可以看出，随着反应温度的升高，用盐酸 调pH值到碱性，通入CO,气体，发现有大量的白色 做试剂的浸出率降低，而用醋酸做试剂的浸出率升 沉淀形成.将沉淀进行热重和X射线衍射分析，结 高.这是因为升高温度使盐酸挥发，而升高温度虽 果分别如图3和4所示.可以看出，在600℃之前， 100- (a) 95 60 40 80℃条件 75 ●室温条件 量一80℃条件 ●室温条件 70 203040 50 0 10 2030 40 50 60 浸出时间min 浸出时间/min 图2温度对Ca2+浸出率的影响.(a)60mLHC:(b)100 mL HAc Fig.2 Effect of temperature on Ca2+leaching:(a)60 mL.HCl:(b)100 mL.HAc增刊 1 唐海燕等: 炼钢炉渣的浸出和碳酸化 图 1 试剂种类和用量对离子浸出率的影响 Fig． 1 Effect of reagent type and amount on ion leaching 都是固液反应，可以用未反应核模型来解释，在炉渣 浸出前期含钙相与水的反应是控速环节，之后转变 为扩散控速［2，11］． 随着试剂用量和反应时间的延 长，反应物浓度增加，即炉渣中更多的有效成分转化 为离子态，因而浸出率增加． 当用 10 mL HCl 时，5 min 后钙、镁离子浸出率 几乎不变，且数值都比较低，最高分别只有 31. 5% 和 0. 017% ，说明盐酸用量不足以使其完全浸出，5 ～ 10 min 内已将盐酸全部消耗． 理论计算表明，如 果将精 炼 渣 中 的 碱 性 氧 化 物 完 全 中 和，需 HCl 143. 7 mL，将氧化钙完全浸出需 HCl 83. 3 mL，而 60 mL 盐酸已可将钙的浸出率达到 93. 4% ，说明渣中 CaO 最容易浸出． 从图 1 中还可看出，用 100 mL 醋酸的浸出率介 于 40 mL 和 60 mL 盐酸间，50 min 时浸出率最高，达 到 85. 8% ． 图 2 温度对 Ca2 + 浸出率的影响． ( a) 60 mL HCl; ( b) 100 mL HAc Fig． 2 Effect of temperature on Ca2 + leaching: ( a) 60 mL HCl; ( b) 100 mL HAc 2. 3. 2 反应温度的影响 实验测试了反应温度为 80 ℃ 时 60 mL 盐酸和 100 mL 醋酸的浸出率，并与常温下的结果进行了对 比，见图 2． 可以看出，随着反应温度的升高，用盐酸 做试剂的浸出率降低，而用醋酸做试剂的浸出率升 高． 这是因为升高温度使盐酸挥发，而升高温度虽 然使醋酸也挥发，但温度升高有利于醋酸的电离，使 溶液中氢离子浓度增加，电离作用大于挥发作用，因 而总浸出率增加． 对比图2( a) 和2( b) 可以看出，室 温下用盐酸的浸出率大于醋酸，而在 80 ℃ 下用醋酸 的浸出率大于盐酸． 炼钢炉渣排出时均有较高的温 度，从实验结果来看，若想趁热利用炉渣用醋酸浸出 比用盐酸浸出效果好，且环境污染也比较小，醋酸又 容易回收． 2. 3. 3 搅拌的影响 设计了三组实验研究搅拌对离子浸出率的影 响． 所用试剂均为 60 mL HCl，其中一组不搅拌，另 一组用流量较小的氮气搅拌，第三组用流量较大的 氮气搅拌． 实验步骤同上． 实验结果表明随着浸出 时间的延长，浸出率均呈上升趋势． 60 min 时的浸 出率分别为 51. 3% 、70. 6 % 和 93. 4% ． 由此可见， 搅拌对浸出率的影响很大． Huijgen 等［8］的研究也 表明了这一点． 2. 4 碳酸化研究 将 60 mL 盐酸的浸出液过滤，滤液用氢氧化钠 调 pH 值到碱性，通入 CO2气体，发现有大量的白色 沉淀形成． 将沉淀进行热重和 X 射线衍射分析，结 果分别如图 3 和 4 所示． 可以看出，在 600 ℃ 之前， ·29·