FetO-CaO-SiO2基复杂体系中Cr、Ni分离技术基础研究

不锈钢粉尘含有丰富的Cr、Ni资源，目前常见处理工艺中除了部分考虑Fe元素的回收之外最终是以实现无害化为目的的。关于熔融处理过程中Cr、Ni资源的分离回收及行为控制研究，可获得的资料极为有限。鉴于不锈钢粉尘的常见成分组成，熔融处理过程中形成的是以FeO/Fe2O3-CaO-SiO2为基体的多元多相复杂体系。本研究首先重点探讨Cr、Ni在以上体系中的存在形态、分布状况、以及与基体之间的相互反应机理，为最大限度分离回收Cr、Ni资源提供理论指导；其次，在充分研究Fe、Cr、Ni三种元素还原行为的基础上，重点探讨以上体系中Fe-Cr、Fe-Ni、Fe-Cr-Ni等Fe基合金的形成机理、行为特性、以及相关动力学信息；进而探讨以Fe基合金的形式分离回收Cr、Ni资源的技术可行性，并寻找优化参数，为进一步开发适合我国国情的不锈钢粉尘处理工艺提供依据。

近年来我国不锈钢生产飞速发展，含Cr、Ni原材料成本已占到生产成本的50%以上。大量副产品如不锈钢粉尘、污泥、炉渣等均含有丰富的Cr、Ni资源，目前尚无适合我国国情的处理工艺。本项目在综合考察不锈钢粉尘中Fe、Cr、Ni还原行为以及Fe-Cr-Ni-C等Fe基合金形成机理的基础上，开发形成以Fe-Cr-C、Fe-Cr-Ni-C等Fe基合金形式分离回收其中Cr、Ni资源的可行工艺。.通过热力学计算及实验室研究分析了Cr、Ni在以FetO-CaO-SiO2为基体的多元多相复杂体系中的存在形态、分布状况、以及相关的富集行为，探讨了Cr、Ni在金渣两相中的分配行为、以及与基体之间的相互反应机理；借助于可通还原气氛的热重仪以及自行设计的高温热重实验装置，研究了Fe-Ni-O、Fe-Cr-O、Fe-Cr-Ni-O体系的C还原行为及相关动力学模型，并获得了相应的动力学参数；借助于XRD、SEM等手段，探讨分析了不同条件下Fe-Cr-Ni-O体系C还原产物的结构、特点以及携带残碳量等杂质元素状况，并考察了FetO-CaO-SiO2基复杂体系中，Fe-Cr、Fe-Ni、Fe-Cr-Ni等Fe基合金的形成机理、行为特性、以及聚合长大等动力学信息；实验室条件下，熔融处理太原钢铁公司不锈钢粉尘及含Cr污泥工业样品，考察了Fe基合金生成情况包括：金属收得率，合金元素含量及携带杂质元素状况，渣铁分离情况。在综合考察以上结果的基础上，最终形成利用不锈钢企业生产的熔渣（EAF、VOD、AOD熔渣）熔融处理含C的粉尘及污泥球团，控制温度、用碳量等参数，生成Fe-Cr、Fe-Cr-Ni等Fe基合金及低/无Cr炉渣的工艺原型。.结果显示，Cr在金查两相的分配比随温度升高而升高，随金属相中C、Ni等元素含量的升高而升高；不锈钢粉尘及含Cr污泥的C还原产物中随用碳量降低、温度升高，Fe基合金液相所占比例升高且携带C等杂质元素含量降低，反之会由于大量金属碳化物的生成降低金属收得率并恶化渣铁分离效果；实验研究提出的工艺原型处理温度在1350℃~1550℃之间，Fe/Cr/Ni的金属回收率分别达到92%/90%/99%以上。该工艺充分利用熔渣潜热、Fe/Cr/Ni综合回收率高、并能够集中处理炉渣/粉尘/污泥等多种二次资源实现规模效益。