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高炉瓦斯泥自还原铁锌分离BBD法优化

周兰花 曾富洪 龚永民

周兰花, 曾富洪, 龚永民. 高炉瓦斯泥自还原铁锌分离BBD法优化[J]. 矿产综合利用, 2022, 43(5): 31-36. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.05.006
引用本文: 周兰花, 曾富洪, 龚永民. 高炉瓦斯泥自还原铁锌分离BBD法优化[J]. 矿产综合利用, 2022, 43(5): 31-36. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.05.006
Zhou Lanhua, Zeng Fuhong, Gong Yongmin. Optimization of Separating Iron and Zinc from BF Gas Sludge by BBD Method[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2022, 43(5): 31-36. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.05.006
Citation: Zhou Lanhua, Zeng Fuhong, Gong Yongmin. Optimization of Separating Iron and Zinc from BF Gas Sludge by BBD Method[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2022, 43(5): 31-36. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.05.006

高炉瓦斯泥自还原铁锌分离BBD法优化

doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.05.006
基金项目: 国家自然科学基金(51764031);攀枝花大学科技园“种子资金”
详细信息
    作者简介:

    周兰花(1969-),女,博士,主要从事冶金资源综合利用研究

  • 中图分类号: TD989; TF55

Optimization of Separating Iron and Zinc from BF Gas Sludge by BBD Method

  • 摘要: 针对高炉瓦斯泥中重要有价元素铁锌分离回收利用难问题,以优化高炉瓦斯泥加热自还原热工参数、实现铁锌良好分离为目的,开展了高炉瓦斯泥球团加热自还原的单因素实验以及响应曲面中的BBD(Box-Behnken Design)法设计的因素优化实验。铁锌还原分离效果以铁、锌的金属化率作为评价指标。结果发现:各热工参数对铁、锌氧化物还原分离影响程度为加热时间>温度>造球压力;铁锌还原分离优化的热工参数为1299.95℃、加热时间为47.05 min、造球压力为8 MPa。热工参数优化条件下的BBD法实验得到:球团还原过程中铁的金属化率达94.67%、锌的金属化率达96.08%,铁主要以金属铁形式留存于球团中,锌以气态单质锌进入烟尘,在烟尘中氧化成为ZnO,铁锌实现了良好的分离。

     

  • 图  1  高炉瓦斯泥自还原平衡成分

    Figure  1.  Self-reducing balanced components of BF gas sludge

    图  2  1200℃、40 min铁金属化率与造球压力的关系

    Figure  2.  Relationship between metallization of iron and pelleting pressure at 1200℃ and 40 min

    图  3  1200℃、40 min锌金属化率与造球压力的关系

    Figure  3.  Relationship between metallization of zinc and pelleting pressure at 1200℃ and 40 min

    图  4  8 MPa造球压力下铁的金属化率

    Figure  4.  Metallization of iron at 8 MPa of pelleting pressure

    图  5  8 MPa造球压力下锌的金属化率

    Figure  5.  Metallization of zinc at 8 MPa of pelleting pressure

    图  6  还原球团XRD分析

    Figure  6.  XRD analysis of reduced pellets

    图  7  还原挥发物XRD分析

    Figure  7.  XRD analysis of reduced volatiles

    表  1  高炉瓦斯泥成分/%

    Table  1.   Composition of BF gas sludge

    TFeFeOSiO2Al2O3CaOMgOCMFeV2O5ZnOMnOTiO2
    27.634.3810.184.265.604.4320.000.830. 233.10.285.40
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    表  2  单因素实验方案

    Table  2.   Single factor test program

    T/℃t/min造球压力/MPa T/℃t/min造球压力/MPa T/℃t/min造球压力/MPa T/℃t/min造球压力/MPa
    1300658 110045812004581200406
    1300558110040812004081200407
    1300458110035812003581200408
    1300358110030812003081200409
    13002581100258120025812004010
    130020811002081200208---
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    表  3  响应面法实验因数水平与编码值

    Table  3.   Actual and code values of variables

    水平温度时间造球压力
    因子/%代码因子/min代码因子/MPa代码
    TAtBMC
    113501651101
    01225037.5080
    −11100−115−16−1
    注: ${\rm{B} } = \frac{ { {\rm{t} } - 40} }{ {25} }$、${\rm{C} } = \frac{ { {\rm{M} } - 8} }{2}$
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    表  4  响应面法实验方案及结果

    Table  4.   Matrix and results of RSM test

    ABCY1/%Y2/%ABCY1/%Y2/%ABCY1/%Y2/%
    −10185.368.2 01195.891.8 0−1185.240.5
    00093.670.4400092.872.400091.378.4
    1−1092.381.1611095.396.08−1−1070.335.2
    10−195.390.9601−194.787.5−10−186.568.8
    00091.578.6−1109489.200090.172.4
    0−1−184.836.41019290.48-----
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    表  5  Y1的方差分析

    Table  5.   ANOVA on Y1

    来源平方和df均方根F 值P值显著性
    模型607.70595121.541250.04232< 0.0001**
    A188.181188.1877.47961< 0.0001**
    B278.481278.48114.659< 0.0001**
    AB107.12251107.122544.1057< 0.0001*
    A218.90105118.901057.7821570.0176*
    B213.16494113.164945.420420.0400*
    余量26.71645112.428768*
    不适合19.2644572.7520641.4772220.3708不显著
    纯错误7.45241.863
    合计634.422416
    注:P≤0.0001,为非常显著,用**表示;P≤0.05,为显著,用*表示;P>0.05,为不显著
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    表  6  Y2的方差分析

    Table  6.   ANOVA on Y2

    来源平方和df均方根F值P值显著性
    模型 5718.685 5 1143.737 47.54295 < 0.0001 **
    A 1182.925 1 1182.925 49.17191 < 0.0001 **
    B 3668.818 1 3668.818 152.5057 < 0.0001 **
    AB 381.8116 1 381.8116 15.87117 0.0021 *
    A2 276.876 1 276.876 11.5092 0.0060 *
    B2 235.1061 1 235.1061 9.772907 0.0096 *
    余量 264.6261 11 24.05692 *
    不适合 207.3161 7 29.61658 2.067111 0.2518 不显著
    纯错误 57.31008 4 14.32752
    合计 5983.311 16
    注:P≤0.0001,为非常显著,用**表示;P≤0.05,为显著,用*表示;P>0.05,为不显著
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