第12卷第2期 2012年4月
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering
铜渣氢气还原过程中的物相转变刘慧利，胡建杭，王华，王超，李娟琴
（昆明理工大学冶金与能源工程学院，冶金节能减排教育部工程研究中心，云南昆明650093)
VoL.12 No.2 Apr.2012
摘要：对铜渣进行氢气还原处理，分析了还原温度和时间对还原前后铜渣物相组成和微观形貌的影响，并对还原过程的物相转变进行了讨论。结果表明，铜渣氢气还原产物为金属Fe和玻璃态SiO2，二者的产出量随还原温度升高和还原时间延长而增加，950℃还原6h铜渣中铁还原率比800℃时高47.4%，随反应时间延长铜渣中铁还原率增长速度变慢；原清中狭长或树突状的铁橄横石相还原后转变为不规则颗粒状或片状金属Fe相，随还原时闻延长和温度升高，
颗粒表面变得更加致密：铜造氢气还原制备金属Fe催化剂时还原温度900~950℃、还原时间3~5h为宜，关键词：铜澄；还原：金属Fe；二氧化硅；物相转变
中图分类号：TF09;X758 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2012)02-0265-06
查进行还原处理制备金属Fe催化剂及对销氧气还原
铜渣是铜冶炼过程中产生的废渣，每生产1（铜约产生2.2~3.0t渣1]，我国每年铜渣的产生量约为800多万{，目前累计产量已超过4000万t由于生产工艺不同，铜渣的化学组成有一定差异，但大都含Fe,Cu,Zn， Co和Ni等有价金属和少量Au,Ag等贵金属及SiOz MgO，CaO和Al,O，等氧化物。目前我国销渣的利用率很低，大部分长期堆放，既占用土地、污染环境，义造成多种有价金属资源的浪费
焦油的产生是生物质气化过程中面临的主要问题之一，在气化反应器内加入催化剂可使焦油原位转化，降低焦油含量.Nordgreen等13,4]认为单质Fe对焦油裂解具有很好的催化活性.Tamhankar等15i研究了Fe:OySiO2 对焦油组成成分苯催化裂解的影响，发现该催化剂对苯的裂解有明显催化效果，而当FeO，被还原为金属Fe(Fe/SiO)时，催化效果更显著
铜渣中铁元素含量很高，全铁含量一般可达25.6% ~50.6%，且铜渣具有抗磨损和价廉易得的特点，因此，本工作提出了利用铜渣作为焦油裂解催化剂的新思路。铜渣中的铁元素主要以铁橄榄石(Fe,SiO,)形式存在，少量存在于磁铁矿(Fe;Oa)中.通过还原方法可使铜渣中的 FeSiO4和Fe:O.转变为金属Fe和SiO，还原后的铜渣可看作是一种负载型催化剂。目前，对铜渣还原的研究主要集中于铜渣炭热还原炼铁6-，而对利用氢气对铜
产物进行物相分析未见报道，
本工作通过控制还原反应条件对铜渣进行氧气预还原处理，利用XRD.FT-IR和SEM等手段对不同还原条件下铜渣的物相组成和微观形貌进行了分析，为利用铜渣作为生物质焦油裂解催化剂和综合利用铜渣中的铁资源提供依据，
2实验 2.1实验原料
铜渣样品是云南铜业股份有限公司铜精矿艾萨炉熔炼电炉贫化后分离出的工业废渣，经空气缓冷收集所得，其主要化学成分如表1所示，铜渣主要由Fe，SiO2 AlO，CaO和MgO组成，占83.3%，其余主要为O元素.实验前，铜渣经机械破碎，筛分出粒径425~850μm
的颗粒备用 2.2实验装置
铜渣氢气还原实验装置如图1所示，主要由管式电阻炉(40mmx600mm，上海意丰电炉有限公司)、电阻炉温度控制器(0~1600C，上海意丰电炉有限公司)、质量流量计(D07-11C.D08-2D/ZM，北京七星华创电子有限公司)、氢气瓶和氮气瓶组成，实验过程中管式电阻炉内置外径35mm、长800mm的石英管作为铜渣氢气还原反应器.钥渣中含少量S元素，在还原过程中会产生H,S气体，用NaOH溶液吸收
表1铜渣的化学组成
Table1Chemical composition of copper-containing slag
Component Content (%, @)
TFe 40.40
Cu 0.75
S 1.15
Al:0, 4.9
Cao 4.33
Mgo 2.38
SiOr 31.1
Ni 0.01
Co 0.07
Others 14.91
收稿日期：2012-0301，修回日期：2012-0331
基金项目：国家自燃科学基全资助项目(编号：50906035)：云南省应用基础研究基金资助项目(编号：2009ZC014M)：云南省教育厅科学研究基金
资助项目(编号：0920015)
作者简介；刘慧利1980-)，男，山东省烟台市人，博上:研究生，冶会物理化学专业：朝建杭，通讯联系人，E-mail:hujh51@126.com
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