焦炭中金属的催化作用,您了解吗

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文|汇锦数能-掌上煤焦

高炉炉料中矿石、溶剂、焦炭等原料均含有一定数量的碱性、酸性矿物或氧化物,尤其是催化活性较高的碱金属和贵金属元素,高炉冶炼过程中矿石和焦炭中部分金属盐类。不同金属、碱金属元素的催化作用各不相同,有正催作用和负催化作用。正催化作用是指矿物质能加速焦炭熔损反应的速度,提高其反应性,降低反应强度,对焦炭的熔损反应起正催化作用的矿物质有Fe2O3、CaO、MgO、MnO、K2O、Na2O等碱金属;负催化作用是指使焦炭熔损反应受到抑制,导致焦炭反应性降低。

1.K的正催化作用

K及K2O具有极强的催化作用,只有与碳的化学结合形式的钾和钠对焦炭的溶损具有明显的催化作用。吸附钾的焦炭中的钾以化学形式与碳结合,对溶损反应起着极大的催化作用,钾原子容易插入碳层,引起取向不同的微品多维影胀,使焦炭内部组织产生微裂纹,使焦炭的粉化更加严重。

2.Na的正催化作用

吸附钠焦炭的反应表面被大量不起催化作用的单质Na所覆盖,溶损反应受到一定的阻碍,其焦炭在发生溶损反应时,CO2只会在已有的气孔内扩散,所以溶损反应主要发生在这些气孔壁上,焦炭破坏程度与钾元素相比较弱。

3.Ca和Mg的正催化作用

CaO和MgO主要来自高炉熔剂,也是高炉渣的主要来源,高炉生成的渣量又叫渣比的0.3~1.0t/t铁,最高吨铁可产渣量lt。CaO与MgO总量直接影响催化程度,且是正催化作用,其催化作用也与酸性氧化物含量有关。

4.Fe的正催化作用

Fe及Fe2O3是活性较高的催化剂,起到正催化作用,高炉中下部焦炭被铁水包裹,阻止CO2、H,O等与焦炭接触减少碳溶反应。

5.钒及其他金属的正催化作用

我国攀枝花煤中含有较商含量的钒及其化合物,因此攀钢焦炭反应性较高,贾平验证了V2O5,对焦炭的反应性起正催化作用,催化作用随添加量的增加存在饱和点。Pan等也发现包括V在内的很多稀士金属元素对焦炭的溶损反应速串均有一定的催化作用,结合课题组研究得出Ce(NO3)2的催化活性最高,活化能力次序为CeNd>Sm~LaEuGd,且伴随碳素溶损的深入反应,稀土金属的催化活性降低。

6.负催化作用

负催化作用是指使焦炭熔损反应受到抑制,导致焦炭反应性降低。B2O3、TiO2和AIF3均对焦炭反应性产生负作用,且混合后的几种氧化物对焦炭反应性CRI的影响具有累加作用,焦炭浸渍的作用更加明显。非金属物质比如含磷化合物、Cl和F等卤素化合物也是对气化反应速率产生抑制作用。

矿物质对焦发碳索溶损反应的影响包括两方面,一是由于矿物质在成焦过程影响和改变焦炭的光学显微组织,尤其是降低了焦炭光学各向异性组织含量,二是矿物质中的一系列金属元素等具有较强的催化功能所致。当两种或两种以上的矿物质元素参加催化反应时,不同元素的催化作用受到相互的影响,其协同作用并非线性,如在有Ni和Ca共同存在时,碳的气化反应中Ni催化活性决定Ca含量的高低,且一定的CaNi比出现催化活性的最大值。

部分内容来源冯正的《顶装与捣固的混合焦热态性质变化规律研究》

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