脱磷钢渣中磷选择性溶出的研究

作     者：于耀辉 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于景坤;杜传明

授予年度：2020年

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：脱磷钢渣 选择性溶出 磷回收 动力学 资源化利用 

摘      要：我国的钢渣量巨大,但由于其综合利用率较低,因此造成了严重的资源浪费和环境负担。由于钢渣中含有大量的CaO、FetO、MgO等可利用成分,其最佳利用方式是作为熔剂或原料在冶金流程内循环利用,但钢渣中磷元素的存在限制了其在冶金流程内的再利用范围,因此,钢渣中磷的分离与回收对于钢渣高效资源化利用具有重要意义。本研究在总结前人研究的基础上提出利用选择性溶出的方法来分离钢渣中的磷。实验以脱磷钢渣为研究对象,首先考察了钢渣成分对渣中磷选择性溶出的影响。结果表明:提高渣中Fe2O3和P2O5含量能促进磷的溶出,同时抑制铁的溶出。钢渣中磷和铁的溶出率均随着浸出液pH值的降低而升高,当pH值降至5时,高Fe2O3含量的脱磷钢渣中磷溶出率为85.8%,而铁溶出率只有2.8%;此外,在pH=5时,三种不同P2O5含量的钢渣中磷溶出率均超过81%,而铁溶出率低于6%,实现了钢渣中磷的浸出和分离。利用化学沉淀法回收了浸出液中的磷,所得的磷酸钙盐中CaO和P2O5含量分别为50.9%和23.9%,该磷酸钙盐具有较高的枸溶性,可直接用作缓溶性磷肥。研究了浸出条件对钢渣中磷溶出行为的影响并进行了动力学分析。结果表明:降低浸出液pH值和钢渣粒度有利于提高脱磷钢渣中磷的溶出率,而提高浸出温度对磷的选择性溶出影响较小。当pH值为5时,钢渣粒度为小于53μm,浸出温度为25℃时,脱磷钢渣中磷的溶出率达到85.1%,铁溶出率为6.7%,实现了理想的选择性溶出。此外,钢渣中磷的浸出符合由内扩散控制的未反应核模型,即反应速率由氢离子或磷酸根离子在残渣中的扩散决定。磷浸出反应的表观活化能为7.46kJ/mol。通过选择性溶出和化学沉淀,脱磷钢渣中的磷能被有效分离提取,低磷残渣可返回冶金流程循环利用,实现了脱磷钢渣的高效资源化利用。