一种用于微波还原的含生物炭复合铁矿球团及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及冶金技术领域，具体公开了一种用于微波还原的含生物炭复合铁矿球团，包含球核以及包裹该球核的球壳；所述的球核包含铁矿粉1、铁矿粉2和生物炭；所述的球壳包含铁矿粉1；所述的铁矿粉1的比表面积≥1656.0cm

A composite iron ore pellet containing biochar for microwave reduction and its preparation and Application

The invention relates to the field of metallurgical technology, in particular to a biochar containing composite iron ore pellet for microwave reduction, comprising a ball core and a ball shell enclosing the ball core; the ball core comprises iron ore powder 1, iron ore powder 2 and biochar; the ball shell comprises iron ore powder 1; the specific surface area of the iron ore powder 1 \u2265 1656.0cm

【技术实现步骤摘要】
一种用于微波还原的含生物炭复合铁矿球团及其制备和应用
本专利技术属于钢铁冶金领域，具体涉及一种用于微波还原的含生物炭复合铁矿球团的制备方法。
技术介绍
中国是世界上最大的粗钢生产和消费国，但由于传统高炉炼铁过程中化石燃料的大量使用，温室气体、有毒气体和冶金粉尘等大量排放对环境造成了严重的污染。据统计，2017年中国的粗钢产量为8.317亿吨，同比2016年增长约5.7％。高炉炼铁工艺消耗钢铁企业48.17％的能源，这对环境保护和资源利用提出了巨大挑战。2016年中国高炉炼铁排放了约100万吨烟尘、180万吨SO2以及约60万吨氮氧化物。为了寻求钢铁冶金行业的可持续发展，非高炉炼铁技术(如直接还原铁工艺(DRI))成为一个研究热点。对于含碳球团的制备，以往的研究大多集中在煤粉和焦炭的利用上，但是煤粉和焦炭不能有效地改变钢铁企业化石燃料的能源结构，在炼铁过程中仍然会造成SO2、NOx和CO2的大量排放。生物炭是在高温下由生物质经热解生成的，它是一种具有“碳中性”的可再生燃料和还原剂。与煤相比，生物炭具有固定碳含量高、有害杂质含量低(如S，P等)以及比表面积大(在颗粒相同的条件下，生物炭的比表面积是煤的60-350倍以及焦炭的10倍以上)等优点；在球团的还原方面，生物炭含有的一定量的挥发分可以热解成H2和CxHy，能够在一定程度降低反应的温度以及提高铁氧化物的还原率和还原度(7％-8％)。此外，由于其灰分少，S、P等杂质含量低，生物炭代替煤和焦炭可以减少SOx，NOx以及粉尘等的排放。作为碳源，生物炭对含碳球团铁晶体的生长起着重要的作用。在球团还原过程中，生物炭的快速反应能够促进铁晶须的形成和生长，有利于提高金属化球团的强度。显然，生物炭作为球团的还原剂具有独特的优势，研究含生物炭复合铁矿球团对于实现钢铁冶金行业绿色、低耗、可持续发展具有重大意义。虽然，生物炭具有优异的性能，但其亲水性差、与铁矿粉之间的结合力弱，同时使得铁矿粉之间结合力降低，通常导致含生物炭铁矿球团生球落下强度、抗压强度以及爆裂温度偏低，难于满足生产上要求铁矿球团落下强度大于3次/(0.5m·个)，抗压强度大于8N/个，爆裂温度大于400℃)。
技术实现思路
针对现有技术存在的生球性能指标不理想，还原性差等技术不足，本专利技术旨在提供一种用于微波还原的含生物炭复合铁矿球团(本专利技术也简称为复合铁矿球团)，旨在改善球团的生球指标，此外改善其还原性能。本专利技术第二目的在于，提供一种所述的含生物炭复合铁矿球团的制备方法。本专利技术第三目的在于，提供一种所述的含生物炭复合铁矿球团的应用方法。一种用于微波还原的含生物炭复合铁矿球团，包含球核以及包裹该球核的球壳；所述的球核包含铁矿粉1、铁矿粉2和生物炭；所述的球壳包含铁矿粉1；所述的铁矿粉1的比表面积≥1656.0cm2/g；所述的铁矿粉2的比表面积≥853.0cm2/gcm2/g。本专利技术所述的复合铁矿球团具有核-壳结构，其中，生物炭添加在球核中，球壳中未添加生物炭，此外，配合球核的所述的比表面积的级配的铁矿粉下，可以协同改善生物炭在成球过程普遍存在的生球性能指标不达标的技术不足，不仅如此，还可意外提升球团在微波还原方面的性能，明显提升在微波条件下的还原性能，提高微波还原处理后的球团的铁品位以及金属化率和还原度。本专利技术中，通过所述的球核中的不同比表面积铁矿粉1和2的复配，将其和生物炭作为球核，可以提升得到的球团的生球指标，改善微波还原性能。所述的铁矿粉1的比表面积1700～1800cm2/g。铁矿粉2的比表面积900～1000cm2/g。研究表面，通过该优选比表面积的铁矿粉1、2的协同配合，可进一步改善生球指标，进一步改善微波还原性能。所述铁矿粉1和铁矿粉2均为磁铁矿粉，所述铁矿粉1中92.29％以上的粒径小于0.074mm，所述铁矿粉2中99.51％以上的粒径小于0.074mm，所述生物炭中21％及以上的粒径小于0.074mm。研究表明，控制球核中铁矿粉1、铁矿粉2的质量比，配合所述的比表面积的控制，可进一步提升协同效果。作为优选，所述的球核中，铁矿粉1、铁矿粉2的质量比为7∶2～3∶1。在该优选的比例下，可以调整内核的结构以及强化生物炭与铁矿粉之间的耦合来提高含碳球团的强度，最主要的是提高球团的爆裂温度。进一步优选，所述的球核中，铁矿粉1、铁矿粉2的质量比为3∶1～2。作为优选，球壳中的铁矿粉占所述的复合铁矿球团中的总铁矿粉重量的5～15％。控制该比例，可以在一定程度上抵消球核中配加一定量生物炭对生球强度带来的不利影响，同时可提高还原后金属化球团的强度。作为优选，所述铁矿粉采用配矿的方式加入球团，其中，球核中的铁矿粉1和铁矿粉2的含量分别为球团中铁矿粉总质量的60％和30％；球壳中的铁矿粉1的含量分别为球团中铁矿粉总质量的10％。作为优选，所述球团中碳铁比为(0.15-0.35)∶1；其中，所述球核中碳铁比为(0.2-0.4)∶1。控制该碳铁比，可以保证球团的生球指标，以及能够满足该含碳球团在微波场下还原的要求。本专利技术中，所述的碳铁比均指质量比，具体为生物炭中的碳与铁矿粉中的铁的质量比。例如，所述的球团中碳铁比为整个球团中的生物炭中的碳与整个球团中的铁矿粉之间的质量比。所述球核中碳铁比为球核中的生物炭的碳与球核中的铁矿粉(铁矿粉1和2)中的铁的质量比。本专利技术中，所述的球核和球壳中，还允许含有使其中的必要组分相互粘连成球的成分，该成分可以选用现有常规物料。作为优选，所述的球核中，还包含粘结剂A。所述的球壳包含粘结剂B。所述的粘结剂A、粘结剂B为球核组分或球壳成分相互黏连的物料。作为优选，所述的粘结剂A、粘结剂B独自选择膨润土，生石灰，CMC中的至少一种。作为优选，所述的球核中，粘结剂A的含量为铁矿粉总质量的1.5％-3％。作为优选，所述的球壳中，粘结剂B的含量为铁矿粉1质量的1.5％-3％。所述的球核以及球壳中，还允许含有水，其中，所述的球核中，水的含量为12.5％-13.5％；作为优选，所述的球壳中，水的含量为12.5％-13.5％。在所述的创新的组分控制以及所述的特殊核-壳结构下，可获得良好的生球性能以及良好的微波还原性能，为了进一步提升微波还原性能，本专利技术进一步研究发现，控制合适的球核之间以及球壳直径，可进一步提升组分以及结构的协同效果，进一步提升微波还原性能。作为优选，球团的直径为D2，球核的直径为D1，D1为9-11mm，D2-D1为1-2mm且10≤D2≤13mm。研究发现，在本专利技术所述的创新的组分配比以及结构下，控制在该优选的球团直径以及球壳(D2-D1)直径下，可进一步提升微波还原效果。根据微波穿透理论，球团与空气的阻抗匹配关系应满足球核的阻抗L核＜球壳的阻抗L壳≤空气的阻抗L空，由于生物炭的阻抗L炭＜铁矿粉的阻抗L铁＜空气的阻抗L空，故本专利技术中生物炭完全分布于球核中；当所述球团中碳铁比为(0.15-0.35)∶1时，根据微波穿透理论计算微波在该类型球团中的穿透深度为0.5-0.65mm，故所述球团直径D2应严格控制在10-13mm。本专利技术一种用于微波还原的含生物炭复合铁矿球团，所述球核由铁矿粉1、铁矿粉2、生物炭、粘结剂A以及水组成；所述球核中碳铁比为(0.2-0.4)∶1；粘结剂的含量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于微波还原的含生物炭复合铁矿球团，其特征在于：包含球核以及包裹该球核的球壳；所述的球核包含铁矿粉1、铁矿粉2和生物炭；所述的球壳包含铁矿粉1；所述的铁矿粉1的比表面积≥1656.0cm

【技术特征摘要】
1.一种用于微波还原的含生物炭复合铁矿球团，其特征在于：包含球核以及包裹该球核的球壳；所述的球核包含铁矿粉1、铁矿粉2和生物炭；所述的球壳包含铁矿粉1；所述的铁矿粉1的比表面积≥1656.0cm2/g；所述的铁矿粉2的比表面积≥853.0cm2/g。2.如权利要求1所述的用于微波自还原的含生物炭复合铁矿球团，其特征在于：所述的铁矿粉1的比表面积1700～1800cm2/g；铁矿粉2的比表面积900～1000cm2/g。3.如权利要求1所述的具有核-壳结构的铁矿球团，其特征在于：所述的球核中，铁矿粉1、铁矿粉2的质量比为7∶2～3∶1；球壳中的铁矿粉占所述的复合铁矿球团中的总铁矿粉重量的5％～15％。4.如权利要求1所述的用于微波还原的含生物炭复合铁矿球团，其特征在于：所述球团中碳铁比为(0.15-0.35)∶1；其中，所述球核中碳铁比为(0.2-0.4)∶1。5.如权利要求1所述的用于微波还原的含生物炭复合铁矿球团，其特征在于：所述的球核中，还包含粘结剂A，其中，粘结剂A的含量为铁矿粉总质量的1.5％-3％；所述的球壳包含粘结剂B，其中，粘结剂B的含量为铁矿粉1质量的1.5％-3％；所述的粘结剂A、粘结剂B独自选择膨润土，生石灰，CMC中的至少一种。6.如权利要求1所述的用于微波还原的含生物炭复合铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志伟，李光辉，姜涛，叶雷，王连成，张元波，饶明军，林小龙，李志忠，唐慧敏，范晓慧，郭宇峰，杨永斌，李骞，徐斌，杨凌志，易凌云，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43