[发明专利]一种利用生物质木炭制备碳化铁的方法

说明书

本发明公开了一种利用生物质木炭制备碳化铁的方法，将生物质木炭粉、铁矿粉、粘结剂和适量的水混匀后制成生球，干燥得干球，干球和生物质木炭混合，混合物的上层再铺一层生物质木炭，高温进行预还原，再进行渗碳，得到碳化铁球团。本发明的方法所用的生物质木炭来源广泛且价格低廉，制备碳化铁的效率比传统工艺中直接用CO气体来制备碳化铁的效率更高，对于碳化铁的制备具有重要意义。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种利用生物质木炭制备碳化铁的方法。

背景技术

碳化铁作为废钢和直接还原铁的替代物，因其自身固有的特点及有利于提高钢材质量等优点引起各国钢铁界人士的关注。与直接还原铁相比，碳化铁具有不自燃、二次氧化不敏感、S、P元素和氧化铁含量低、制备过程能耗低、碳含量高可大幅降低电炉电耗等优点。因此，碳化铁是一种更为优质的电炉炉料。

目前国内外制备碳化铁的方法主要包括以下几种：

1、CO气体渗碳法。该方法是采用CO气体为渗碳剂，在550～750℃之间进行渗碳，把铁氧化物转变为碳化铁，目前煤制气的方法还不成熟，高浓度的CO气体难以获得且价格较高。

2、CH₄气体渗碳法。该方法以CH₄和H₂为渗碳用气体，在550～850℃之间进行渗碳，把铁氧化物转变为碳化铁，目前我国天然气资源紧缺且气体价格较高。

发明内容

目前通过渗碳制备碳化铁的方法需要直接使用不易获得且价格较高的CO或者CH₄气体，这限制了碳化铁在国内的发展。而我国的天然气资源少但生物质资源较为丰富，且生物质资源是一种比较廉价的资源，如能深入研究和开发一种用生物质木炭为原料制备出碳化铁的方法，对于碳化铁的制备具有重要意义。

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用生物质木炭制备碳化铁的方法，以来源广泛且价格低廉的生物质木炭代替不易获得且价格较高的CO或者CH₄气体制备碳化铁。

具体的，本发明的利用生物质木炭制备碳化铁的方法，包括下述步骤：

(1)先将生物质木炭粉、铁矿粉和粘结剂混匀，并在混合料中加入一定量的水以控制其适当的水分后用于造球；

上述技术方案中，所述的生物质木炭粉的粒度为小于200目占比大于75％。

上述技术方案中，所述的粘结剂为膨润土、消石灰等。

上述技术方案中，所述的粘结剂用量范围为0～3wt％。

所述的生物质木炭粉中的碳和铁矿粉中的铁的质量比X为0＜X≤0.35。

(2)将混合后的原料用盘式造球机进行造球，制备出直径为8～16mm的生球，制备的生球用鼓风干燥箱干燥；

(3)干球(球团)和生物质木炭混合后的混合物放置在反应器中，再在混合物的上层铺一层生物质木炭，然后在800～1100℃之间先进行预还原，预还原过程可快速促进渗碳前球团的还原。预还原过程的还原剂为生物质木炭和渗碳尾气，渗碳尾气经过干球和生物质木炭混合层时可促进球团的还原。预还原过程产生的废气经过上层的生物质木炭层时可与木炭反应生成高浓度的CO气体后用于渗碳。预还原过程需有三个反应器，第一个反应器处于装料状态，第二个反应器处于预还原状态，第三个反应器处于降温状态。三种状态在三个反应器之间进行切换，使得一直有一个反应器处于装料，一个处于预还原和剩下一个处于降温状态。预还原的示意图如图1所示。

上述技术方案中，下层混合物中碳(生物质木炭中的碳)和铁(干球中的铁)的质量比Y为0＜Y≤0.8。

上述技术方案中，上层生物质木炭和下层干球的质量比Z为1≤Z≤10。