钢铁厂烟尘直接制取低功耗软磁铁氧体.pdf

第 34 卷第 3 期 Vol .34 No 3 中南工业大学学报 自然科学版 J . CENT . SOUTH UNIV . TECHNOL . Vol .34 No .3 June 2003 钢 铁 厂 烟 尘 直 接 制 取 低 功 耗 软 磁 铁 氧 体 唐谟堂, 彭长宏, 杨声海, 唐朝波 中南大学 冶金科学与工程学院, 湖南 长沙, 410083 摘要 用钢铁厂烟尘、 碳酸锰矿及铁屑作原料, 经同时浸出、 初步除杂、 深度净化、 共沉淀及铁氧体工艺等步骤, 制取 了性能优良的低功耗软磁铁氧体产品 .实验结果表明 铁、 锰和锌的浸出率分别为 88 .61, 96 .20和 85 .85; 氟 化除 Ca 和 Mg 后的净化液中, Ca 和 Mg 的质量浓度分别为 0 .003 g / L 和 0 .019 g / L, Ca 和 Mg 脱除率分别为 95 .00和94 .86; 经深度净化和共沉淀所得共沉粉杂质元素含量为 Ca 0 .041, Mg 0 .078, Al 0 .029, Si 0 .012; 经“ 直接法” 完全可以制备性能接近日本 TDK 公司生产的 PC40 低功耗软磁铁氧体产品性能 . 关键词 烟尘;软磁材料;铁氧体 中图分类号 TF803 .2文献标识码 A文章编号 1005  9792 2003 03  0242  03 976 年, 美国环保机构 EPA 制定法律, 将钢 厂烟尘划归 K061 类物质 有毒的固体废物 , 要求 钢铁厂对其中的锌、 铅等进行回收或钝化处理, 致使 堆放费用逐年升高 [1 , 2] .此后, 西方各国、 日本、 韩国 都制订类似法律, 可见发达国家对钢厂烟尘的处理 研究成为冶金界的热点课题 . 目前, 采用填埋弃置处理钢铁烟尘对环境造成 危害, 固化处理不能回收粉尘中的有价金属资源, 现 有的处理方法 烧结配料是利用有价金属资源的 主要途径 [3] .大部分钢厂烟尘的主要成分为铁和锌, 而铁和锌又是锰锌软磁铁氧体的主体成分, 如何将 其中的 Fe 和 Zn 同时利 用, 将其加工 成市场容 量 大, 产品附加值高的锰锌软磁铁氧体材料尚未见文 献报道 .在此, 作者利用 95110609 .0 专利技术 [ 4 ], 将 钢铁厂烟尘、 碳酸锰矿和铁经同时浸出、 初步除 杂、 深度净化、 共沉淀和铁氧体工艺等过程, 制备磁 性能接近日本 TDK 公司生产的 PC40 低功耗软磁 铁氧体材料 . 1 原料及工艺流程 1 .1 原 料 钢铁厂烟尘 LSPO 取自涟源钢铁厂, 碳酸锰 矿 MCO 产自湖南花垣, 铁屑 SI 来自中南大学机 械厂, 这些原料的化学成分如表 1 所示 . 表 1 涟源钢铁厂高炉烟尘、 碳酸锰矿、 铁屑的 化学成分w/ FeMnZnMg LSPO26 .9914 .07 MCO2 .3322 .192 .22 SI85 .95 1 .2 工艺流程 由钢铁厂烟尘直接制取锰锌软磁铁氧体的流程 如图 1 所示 . 图 1 由钢厂烟尘直接制取锰锌软磁铁氧体流程图 收 稿日 期 2002  11  18 基 金项 目 国家“ 八六 三” 计划项目 2002A A649220 ; 湖南 省自然 科学基 金资 助项目 01JJY2055 作 者简 介 唐谟堂 1942 - , 男, 湖南武冈人, 中 南大学教授, 博士生导师, 从事精细冶金、 湿法冶金和功能材料“ 直接法” 制备的教学与科研 . 2 试 验 试验规模为 500 g/ 次共沉粉, 浸出、 净化及共沉 淀试验在 10 L 的不锈钢桶内进行, 通过机械搅拌, 电炉盘加热, 调压器控温 .铁氧体工艺经预烧、 掺杂 球磨、 制粒压胚及烧结等过程制成 6 个外径 内径 高为 25 mm 15 mm 10 mm 的样环用于检测磁 性能 . 3 试验结果及讨论 3 .1 同时浸出过程 先按 w Fe ∶ w Mn ∶ w Zn 69 .20 ∶ 23 .22 ∶ 7 .58 的配方进行配矿计算, 然后根据结果加入相 应的铁、 锰、 锌原料, 按浸出液中含 Me 2 1 .5 mol/ L 确定液固比, 与硫酸理论量的 1 .1～ 1 .2 倍在 90～ 95 ℃ 下反应 2～ 4 h, 最终调节 pH 4 .5～ 5 .0, 加入絮 凝剂 5 min 后过滤, 金属浸出率分别为 Fe 88 .61, Mn 96 .20, Zn 85 .85 . 3 .2 净化过程 净化过程包括氟化除钙镁及深度净化 2 步, 净 化试验的浸出液成分如表 2 所示 . 表 2 浸出液元素的质量浓度ρ/ gL - 1 FeMnZnCuCaMgAlSiNi 56 .014 .015 .60 .0040 .150 .35 0 .004 7 0 .040 .055 3 .2 .1 氟化除钙镁试验 N H4F 用量、 温度、 pH 值及时间等因素对氟化 除钙镁的影响见表 3～ 6 . 由表 3～ 6 可知 NH4F 用量、 温度和 pH 值对钙 镁的脱除率影响很大, 随着时间的延长, 钙镁的脱除 表 3 氟化铵用量对钙镁脱除率的影响η / ρ N H4F/ gL - 1 4 .4456 .6678 .89011 .11213 .334 Ca73 .3382 .6790 .0092 .6791 .33 Mg0 .0014 .2942 .8645 .7165 .71 注 θ 70 ℃ , pH 3 .3, t 0 .5 h . 表 4 温度对钙镁脱除率的影响η / θ/ ℃ 2060708090 Ca46 .6780 .0083 .3382 .6788 .00 Mg0 .002 .865 .715 .7134 .29 注 ρ N H4F 6 .67 g / L, pH 3 .3, t 0 .5 h . 表 5 pH 值对钙镁脱除率的影响η / pH 2 .53 .03 .33 .54 .0 Ca81 .3391 .3391 .3393 .3388 .67 Mg62 .8668 .5772 .5780 .0077 .71 注 ρ N H4F 6 .67 g / L, θ 90 ℃ , t 0 .5 h . 表 6 时间对钙镁脱除率的影响η/ t/ h 0 .51 .01 .52 .0 Ca91 .3395 .2096 .0094 .67 Mg72 .5790 .5788 .5786 .86 注 ρ N H4F 6 .67 g / L, θ 90 ℃ , pH 3 .3 . 率升高, 但达到一定时间后反而降低 .综合各种因 素, 确定净化过 程的最优条件为 温度 90 ℃ , 时间 1 .0 h, pH 3 .5, N H4F 质量浓度为 8 .89 g / L .在上 述优化条件下, 进行氟化除钙镁综合试验, 净化液中 钙、 镁含量分别为 0 .003 g / L 及 0 .019 g / L, 其脱除 率分别为 95 .00及 94 .86 . 3 .2 .2 深度净化试验 深度净化的目的是 除去硅及其他 有害杂质 元 素, 在固定共沉条件下, 考察了净化剂 AS 的浓度、 pH 值等因素对共沉粉 Si 含量的影响, 其结果见表 7 和表 8 . 表 7 净化剂 AS 浓度对共沉粉 Si 含量的影响 w Si / c AS / mol L - 1 3 .53 .02 .52 .01 .5 0 .010 80 .016 40 .007 00 .005 10 .004 7 注 室温, pH 3 .3, t 0 .5 h . 表 8 pH 值对共沉粉 Si 含量的影响w Si / pH 12345 0 .0610 .006 540 .007 90 .0150 .034 注 室温, c AS 2 .0 m ol/ L, t 0 .5 h . 由表 7 和表 8 可知 净化剂浓度对共沉粉中 Si 的含量影响很大, 净化剂 浓度越低, Si 的含 量也越 低, 若净化剂浓度太低, 则铁和锰的直收率将大幅度 降低 .因此, 确定最佳净化剂浓度为 2 .0 mol/ L; 溶液 在 pH 值较低时, 共沉粉中 Si 含量低, 但 pH 值过低 同样会降低铁、 锰或锌的直收率 . 综合考虑各影响因素, 确定其最优条件为 净化 剂浓度为 2 .0 mol/ L, pH 2 .0 .在最优化条件下进 行了 3 次综合条件试验, 共沉粉 中 Si 平均含量 为 0 .007 5 . 3 .3 共沉淀试验 共沉淀试验采用文献[ 5] 中的条件, 所得共沉粉 成分 的 质 量 分 数 为 Fe 43 .3,Mn 12 .89, Zn 3 .38, Ca 0 .041,Mg 0 .078,Al 0 .029, Si 0 .012, Cu 0 .001 6, Pb 0 .004 3, Ni 0 .006 8, Cd 0 .000 18, K 0 .007 1, Na 0 .009 5, 其质量不 亚于用铁屑制得的共沉粉 . 3 .4 铁氧体工艺试验 用以上成分的共沉粉经预烧、 掺杂球磨、 制粒压 胚、 真空烧结等步骤制得样环 6 个, 磁性能测定结果 见表 9 . 342第 3 期 唐谟 堂, 等钢铁厂烟尘直接制 取低功 耗软 磁铁氧 体 表 9 磁性能测试数据 样品 编号μi 25 kHz, 200 mT 25 ℃60 ℃80 ℃ PCV/ kW m- 3 100 ℃25 ℃ 100 kHz,200 mT 60 ℃80 ℃100 ℃ Z11T2 72 77480 .0437 Z11T2 82 82680 .0117174193442654 .0931 .01 042 Z11T2 92 62580 .0462 Z11T2 102 64588 .013118199449623 .0900 .01 026 Z11T2 112 63387 .0471 Z11T2 122 56592 .0468 平 均2 67884 .5115146196455638 .5915 .51 034 PC40[ 6]2 300 0 .25120 .08070600450 .0500 注[ 6] 该 指标 为日本 TDK 公司 PC40 产 品技术 指标 . 由表 9 可知 各样环磁性能检测结果, 除高温功 耗高出日本 TDK 公司产品标准 1 倍外, 其他均符合 要求 .欲使全部性能指标合格, 铁氧体工艺尚需完善 . 4 结 论 a . 通过配矿计算和同时浸出, 主成分配比可控 制在误差范围内 . b . 当温度为 90 ℃ 和氟化剂用量为每升浸出液 8 .89 g 时, 钙、 镁脱除率分别为 95 .00及 94 .86 . c . 深度净化条件是净化剂浓度为 2 .0 mol / L, pH 2 .在 此 条件 下, 共沉 粉 中 Si 的平 均 含 量为 0 .007 5 . d . 由钢铁厂高炉烟尘可直接制备低功耗软磁 铁氧体材料, 其磁性能指标接近于日本 TDK 公司生 产的相应档次铁氧体产品性能 . 参考文献 [ 1] akewaki M ,Ojima Y,Kaikake A . Recent operation of EAF dusts treatment at sumitomo shisaka works[ A]. First interna  tional conference on processing materials for properties [ C]. US AThe Minerals Metals the concentration of Ca and Mg was 0 .003 g/ L and 0 .019 g / L respec  tively through the removing reaction of Mg and Ca by N H4F . Coprecipitation powder was obtained after deep purification and coprecipitation reaction,the amount of impurity content of the coprecipitation powder is Ca 0 .041,Mg 0 .078,Al 0 .029,Si 0 .012 respectively . The ferrite technology also confirms that soft magnetic ferrite products made by direct could nearly be equated with PC40 made by Ja  pan TDK Company . Key words dust;soft magnetic materials;ferrite 442中南工 业大 学学报 自 然科 学版 第 34 卷