本發(fā)明涉及煉鐵技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種用生物質(zhì)作為粘接載體制備高強(qiáng)度含鐵團(tuán)塊及氣鐵聯(lián)產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

生物質(zhì)能(biomassenergy)是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來(lái)源于綠色植物的光合作用，是一種可再生能源。生物質(zhì)能具有可再生、低污染、分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)。合理利用生物質(zhì)能源，可有效減少對(duì)礦物能源的依賴(lài)，通過(guò)減輕能源消費(fèi)給環(huán)境造成的污染。如今生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)和利用已經(jīng)成為國(guó)際關(guān)注的焦點(diǎn)，生物質(zhì)能技術(shù)具有相當(dāng)廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)有的生物質(zhì)在應(yīng)用的過(guò)程中，往往對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行氣化，生物質(zhì)氣化是在一定的熱力學(xué)條件下，借助于空氣部分(或者氧氣)、水蒸氣的作用，使生物質(zhì)的高聚物發(fā)生熱解、氧化、還原重整反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為一氧化碳，氫氣和低分子烴類(lèi)等可燃?xì)怏w的過(guò)程。

鋼鐵工業(yè)系指生產(chǎn)生鐵、鋼材、工業(yè)純鐵和鐵合金的工業(yè)，是世界所有工業(yè)化國(guó)家的基礎(chǔ)工業(yè)之一。與此同時(shí)，鋼鐵工業(yè)也是資源、能源密集型產(chǎn)業(yè)，也是典型的高物耗、高能耗、高污染產(chǎn)業(yè)，在生產(chǎn)過(guò)程中消耗大量的鐵礦石、煤炭、水等有限資源，同時(shí)又排放大量的廢棄物，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。我國(guó)鋼鐵企業(yè)能耗約占用了全國(guó)總能耗的10％，廢水、固體廢棄物、廢氣排放量分別占全國(guó)工業(yè)污染物排放總量的14％，17％，16％。目前，我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展面臨能源和環(huán)境的雙重制約，能源和環(huán)境己成為影響鋼鐵工業(yè)生存和發(fā)展的重大問(wèn)題。推進(jìn)鋼鐵工業(yè)的節(jié)能減排政策，加大節(jié)能減排力度、提高能源利用效率，發(fā)展以低能耗、低污染為基礎(chǔ)的“低碳經(jīng)濟(jì)”，才能促進(jìn)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，可以將生物質(zhì)應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)中，利用生物質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)煉鐵工藝的煤和焦碳。

經(jīng)檢索，已有相關(guān)的技術(shù)人員開(kāi)展此方面的研究，例如：青島理工大學(xué)進(jìn)行相關(guān)的研究，并申請(qǐng)了專(zhuān)利：一種基于生物質(zhì)的直接還原煉鐵裝置及方法(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01110408416.3，申請(qǐng)日：2011-12-09)和一種基于生物質(zhì)熱解焦油的直接還原煉鐵裝置和方法(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01310107214.4，申請(qǐng)日2013-03-29)，其采用生物質(zhì)熱解焦油替代煤和天然氣進(jìn)行直接還原煉鐵，從而減小了煉鐵工藝對(duì)化石能源的依賴(lài)，改善直接還原鐵產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)還能減少對(duì)環(huán)境的危害。但是該方法往往是將生物質(zhì)作為燃料的替代品，但是生物質(zhì)在還原礦石過(guò)程中，同時(shí)伴隨著生物質(zhì)的裂解，此過(guò)程中生物質(zhì)易發(fā)生裂解不完全而產(chǎn)生大量的焦油，不僅造成生物質(zhì)能源的浪費(fèi)，而且造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，此問(wèn)題亟需解決。而且現(xiàn)有的生物質(zhì)球團(tuán)強(qiáng)度較差，影響了球團(tuán)的進(jìn)一步的反應(yīng)和還原過(guò)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中，粘結(jié)劑降低了直接還原鐵的質(zhì)量的不足，提供一種用生物質(zhì)作為粘接載體制備高強(qiáng)度含鐵團(tuán)塊及氣鐵聯(lián)產(chǎn)方法；

其中提供的一種用生物質(zhì)作為粘接載體制備高強(qiáng)度含鐵團(tuán)塊的方法，通過(guò)用改性生物質(zhì)作為粘接載體，改性生物質(zhì)可以提高含鐵團(tuán)塊的強(qiáng)度，提高了直接還原鐵的質(zhì)量；進(jìn)一步地，各組分的配合作用，可以促進(jìn)了大分子有機(jī)物的分解，降低焦油含量，同時(shí)提高氣化產(chǎn)率；進(jìn)一步的可以提高金屬化率；

其中提供的一種用生物質(zhì)作為粘接載體的氣鐵聯(lián)產(chǎn)方法，用改性生物質(zhì)作為粘接載體，含鐵團(tuán)塊中的生物質(zhì)被氣化生成可燃性氣體，鐵氧化物被還原生成直接還原鐵，可以提高直接還原鐵的質(zhì)量，可以降低焦油含量，同時(shí)提高氣化產(chǎn)率，通過(guò)生物質(zhì)改性提高了含鐵團(tuán)塊的強(qiáng)度；進(jìn)一步的可以提高金屬化率。

2.技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種用生物質(zhì)作為粘接載體制備高強(qiáng)度含鐵團(tuán)塊的方法，步驟為將含鐵原料、生物質(zhì)和添加劑混合，通過(guò)壓塊機(jī)熱壓制備得到含鐵團(tuán)塊，所述的生物質(zhì)通過(guò)改性溶液中進(jìn)行改性處理，所述的改性溶液為堿性溶液。

優(yōu)選地，包括含鐵原料、生物質(zhì)和添加劑；所述的含鐵原料、生物質(zhì)和添加劑按如下質(zhì)量份數(shù)組成：

生物質(zhì)50-60份；

含鐵原料100-200份；

添加劑5-10份。

優(yōu)選地，具體步驟如下：

(1)將生物質(zhì)浸入改性溶液中浸泡1-2h，浸泡完成后在烘箱中烘干，完成生物質(zhì)的改性；

(2)將生物質(zhì)、含鐵原料、添加劑混合，通過(guò)壓塊機(jī)在150-400℃熱壓制備得到含鐵團(tuán)塊。

優(yōu)選地，所述的改性溶液對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行改性處理的溫度為80-95℃。

優(yōu)選地，所述的改性溶液為naoh、ca(oh)2、koh中的一種或者兩種以上的組合。

本發(fā)明的一種用生物質(zhì)作為粘接載體的氣鐵聯(lián)產(chǎn)方法，將生物質(zhì)浸入改性溶液中進(jìn)行改性處理，所述的改性溶液為堿性溶液，再將改性處理后的生物質(zhì)、含鐵原料和添加劑混合加壓制得含鐵團(tuán)塊，將含鐵團(tuán)塊放入高溫容器中進(jìn)行加熱，生物質(zhì)被氣化生成可燃性氣體，鐵氧化物被還原生成直接還原鐵，所述的添加劑包括碳酸鈉、紅土鎳礦、白云石和草木灰。

優(yōu)選地，所述的改性溶液對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行改性處理的溫度為80-95℃。

優(yōu)選地，所述的改性溶液為naoh、ca(oh)2、koh中的一種或者兩種以上的組合。

優(yōu)選地，具體步驟如下：

(1)將生物質(zhì)浸入改性溶液中浸泡1-2h，浸泡完成后在烘箱中烘干，完成生物質(zhì)的改性；

(2)將生物質(zhì)、含鐵原料、添加劑混合，通過(guò)壓塊機(jī)在150-400℃熱壓制備得到含鐵團(tuán)塊；

(3)將干燥后的含鐵團(tuán)塊放入800-900℃的高溫容器中，保持5-10min，再升溫至1150-1250℃，并保溫30-60min。

優(yōu)選地，所述的含鐵原料、生物質(zhì)和添加劑按如下質(zhì)量份數(shù)組成：

生物質(zhì)50-60份；

含鐵原料100-200份；

添加劑5-10份。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

(1)本發(fā)明的一種用生物質(zhì)作為粘接載體制備高強(qiáng)度含鐵團(tuán)塊的方法，生物質(zhì)含鐵團(tuán)塊包括含鐵原料、生物質(zhì)和添加劑，生物質(zhì)通過(guò)改性溶液中進(jìn)行改性處理，用改性生物質(zhì)作為粘接載體，改性生物質(zhì)可以提高含鐵團(tuán)塊的強(qiáng)度，提高了直接還原鐵的質(zhì)量；生物質(zhì)含鐵團(tuán)塊中的復(fù)雜氧化物加強(qiáng)了其對(duì)焦油等裂解產(chǎn)物在高溫下的離子偏移效應(yīng)，促使焦油中的電子云被破壞而失去穩(wěn)定性，促使了焦油裂解生成小分子有機(jī)物，裂解生成的可燃性氣體對(duì)鐵氧化物強(qiáng)化了對(duì)鐵氧化物的還原過(guò)程，提高了反應(yīng)得到的直接還原鐵的金屬化率；

(2)本發(fā)明的一種用生物質(zhì)作為粘接載體制備高強(qiáng)度含鐵團(tuán)塊的方法，含鐵團(tuán)塊中的金屬離子在高溫加熱的過(guò)程吸附在生物質(zhì)及其分解產(chǎn)物的表面，促使了c-c和c-o鍵角偏移、鍵長(zhǎng)變長(zhǎng)、碳環(huán)不規(guī)則變形等，并造成鍵能降低，焦油及生物質(zhì)其他分解產(chǎn)物熱穩(wěn)定性降低，可以促進(jìn)了大分子有機(jī)物的分解，降低焦油含量，同時(shí)提高氣化產(chǎn)率；

(3)本發(fā)明的一種用生物質(zhì)作為粘接載體的氣鐵聯(lián)產(chǎn)方法，含鐵團(tuán)塊中的生物質(zhì)被氣化生成可燃性氣體，鐵氧化物被還原生成直接還原鐵，可以降低焦油含量，同時(shí)提高氣化產(chǎn)率，而且可以提高金屬化率，并且通過(guò)加入改性生物質(zhì)，用改性生物質(zhì)作為粘接載體，可以提高含鐵團(tuán)塊的強(qiáng)度，提高了直接還原鐵的質(zhì)量；

(4)本發(fā)明的一種用生物質(zhì)作為粘接載體氣鐵聯(lián)產(chǎn)方法，生物質(zhì)作為鐵氧化物的還原劑以及可燃性氣體的c源和h源，鐵氧化物充當(dāng)鋼制備的鐵源以及碳反應(yīng)生成co的氧源，提高了直接還原鐵的金屬化率；另一方面促進(jìn)了焦油及生物質(zhì)其他分解產(chǎn)物的催化裂解；

(5)本發(fā)明的一種用生物質(zhì)作為粘接載體氣鐵聯(lián)產(chǎn)方法，通過(guò)改性生物質(zhì)與含鐵原料在高溫下熱壓成型，提高了含鐵團(tuán)塊的強(qiáng)度，避免了含鐵團(tuán)塊的破碎，促進(jìn)了含鐵團(tuán)塊的生物質(zhì)氣化，提高了反應(yīng)的效率；進(jìn)一步地提高了鐵品位，并制備得到了高質(zhì)量的直接還原鐵。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種用生物質(zhì)作為粘接載體的氣鐵聯(lián)產(chǎn)方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明的實(shí)施例含鐵團(tuán)塊的掃描電鏡圖片。

示意圖中的標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

s100、步驟(1)；s200、步驟(2)；s300、步驟(3)。

具體實(shí)施方式

下文對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述參考了附圖，該附圖形成描述的一部分，在該附圖中作為示例示出了本發(fā)明可實(shí)施的示例性實(shí)施例。盡管這些示例性實(shí)施例被充分詳細(xì)地描述以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解可實(shí)現(xiàn)其他實(shí)施例且可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明作各種改變。下文對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的更詳細(xì)的描述并不用于限制所要求的本發(fā)明的范圍，而僅僅為了進(jìn)行舉例說(shuō)明且不限制對(duì)本發(fā)明的特點(diǎn)和特征的描述，以提出執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式，并足以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求來(lái)限定。

下文對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述和示例實(shí)施例可結(jié)合附圖來(lái)更好地理解，其中本發(fā)明的元件和特征由附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。

實(shí)施例1

前期研究的過(guò)程中申請(qǐng)已經(jīng)取得了一系列的突破，并提高了氣化產(chǎn)率和直接還原鐵的質(zhì)量，具有顯著的進(jìn)步，并申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利(2017101469513-一種生物質(zhì)氣化與直接還原鐵聯(lián)產(chǎn)方法及所用添加劑，申請(qǐng)日為：2016-03-13)。后續(xù)繼續(xù)研究的過(guò)程中申請(qǐng)人進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)，在采用生物質(zhì)含鐵團(tuán)塊生產(chǎn)可燃性氣體和直接還原鐵時(shí)，生產(chǎn)得到的含鐵團(tuán)塊的強(qiáng)度較差，易造成含鐵團(tuán)塊粉碎，進(jìn)而影響含鐵團(tuán)塊的還原過(guò)程；此外，粘結(jié)劑還會(huì)影響直接還原鐵的鐵品味和氣體產(chǎn)率，為了進(jìn)一步的提高直接還原鐵的質(zhì)量，申請(qǐng)人進(jìn)行了更一步的深入研究，創(chuàng)造性的提出了在含鐵團(tuán)塊中不添加粘結(jié)劑，并通過(guò)改性生物質(zhì)與含鐵原料在高溫下熱壓成型，用改性生物質(zhì)作為粘接載體，改性生物質(zhì)可以提高含鐵團(tuán)塊的強(qiáng)度，避免了含鐵團(tuán)塊的破碎，提高了直接還原鐵的質(zhì)量，促進(jìn)了含鐵團(tuán)塊的生物質(zhì)氣化，提高了反應(yīng)的效率；進(jìn)一步地提高了鐵品位，并制備得到了高質(zhì)量的直接還原鐵。

結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種用生物質(zhì)作為粘接載體的氣鐵聯(lián)產(chǎn)方法，其中所述的氣為可燃性氣體，鐵為直接還原鐵，具體的步驟如下：

s100：步驟(1)將生物質(zhì)浸入改性溶液中浸泡1-2h，本實(shí)施例為1.5h，改性溶液對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行改性處理的溫度為80-95℃，本實(shí)施例為90℃；浸泡完成后在烘箱中烘干，烘干溫度為105℃，破碎時(shí)需破碎至粒度小于80目，并且要求生物質(zhì)的灰分低于3％，完成生物質(zhì)的改性；

值得注意的是其中的改性溶液為堿性溶液，所述的堿性溶液為naoh溶液，naoh溶液的質(zhì)量濃度為2％。值得說(shuō)明的是：其中生物質(zhì)的來(lái)源包括農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中除糧食果實(shí)以外的秸稈、樹(shù)木等木質(zhì)纖維素、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料、農(nóng)林廢棄物、工業(yè)生物質(zhì)廢棄物；當(dāng)然也可以是畜牧業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的禽畜糞便和廢棄物等。

s200：步驟(2)將含鐵原料、生物質(zhì)和添加劑混合，通過(guò)壓塊機(jī)在150-400℃熱壓制備得到含鐵團(tuán)塊，含鐵團(tuán)塊的壓強(qiáng)為10-20mpa，本實(shí)施例為15mpa，而后將團(tuán)塊至于105±5℃的條件下，保溫3h至完全干燥；所述的含鐵原料、生物質(zhì)、添加劑按如下質(zhì)量份數(shù)組成：生物質(zhì)50-60g，優(yōu)選52g；含鐵原料100-200g，優(yōu)選150g；添加劑5-10g，優(yōu)選8g。其中所述的含鐵原料包括高爐灰、燒結(jié)返礦和鐵精礦，各組分的質(zhì)量百分比為：高爐灰：5％、燒結(jié)返礦：10％、鐵精礦：85％。

燒結(jié)返礦為：為燒結(jié)過(guò)程中的細(xì)粒返礦，高爐瓦斯灰的成分為：高爐瓦斯灰是高爐煤氣攜帶出的原料粉塵，含有鉀鈉元素，k2o的質(zhì)量百分含量為：1.0～2.0％；na2o的質(zhì)量百分含量為：5.0％～9.0％。其中上述的s100：步驟(1)和s200：步驟(2)即為本發(fā)明的一種用生物質(zhì)作為粘接載體制備高強(qiáng)度含鐵團(tuán)塊的方法。

s300：步驟(3)將干燥后的含鐵團(tuán)塊放入800-900℃的密閉高溫容器中，并在密閉條件下進(jìn)行加熱，保持5-10min，以2-3℃/min的升溫速度升溫至1150-1250℃，并保溫30-60min。生物質(zhì)被氣化生成h2、co、ch4等可燃性氣體，鐵氧化物被還原生成直接還原鐵；

其中，添加劑由碳酸鈉、紅土鎳礦、白云石和草木灰組成，各組分的質(zhì)量百分比為：碳酸鈉：20％，紅土鎳礦：45％，白云石：30％，草木灰：5％。值得進(jìn)一步說(shuō)明的是：紅土鎳礦、白云石和草木灰顆粒200目通過(guò)率大于90％。所述的紅土鎳礦化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：ni：1.8％，tfe：24％，sio2：35％，cao：1.3％，mgo：16％，al2o3：3.5％，cr：0.5％，其余為雜質(zhì)。

白云石化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：tfe：0.28％，sio2：0.66％，al2o3：0.31％，cao：52.12％，mgo：31.03％。制備得直接還原鐵的金屬化率、氣體產(chǎn)率和焦油產(chǎn)率如表1所示；不僅大大提高了生物質(zhì)氣化產(chǎn)率，而且提高了直接還原鐵的金屬化率。并檢測(cè)實(shí)施例1的含鐵團(tuán)塊的抗壓強(qiáng)度為4130n，大大提高了含鐵團(tuán)塊的抗壓強(qiáng)度，避免了在反應(yīng)的過(guò)程中含鐵團(tuán)塊粉碎，促進(jìn)了氣體的傳質(zhì)，進(jìn)而提高了還原效率，提高了金屬化率，并提高了直接還原鐵的品位。

對(duì)比例1

本對(duì)比例的基本內(nèi)容同實(shí)施例1，其不同之處在于：其中未加入添加劑，檢測(cè)反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如表1所示。

對(duì)比例2

本對(duì)比例的基本內(nèi)容同實(shí)施例1，其不同之處在于：含鐵原料中未包含燒結(jié)返礦，即含鐵原料中僅由鐵精礦和高爐灰組成，檢測(cè)反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如表1所示。

對(duì)比例3

本對(duì)比例的基本內(nèi)容同實(shí)施例1，其不同之處在于：含鐵原料中未包含紅土鎳礦，即含鐵原料中僅由鐵精礦和燒結(jié)返礦組成，檢測(cè)反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如表1所示。

對(duì)比例4

本對(duì)比例的基本內(nèi)容同實(shí)施例1，其不同之處在于：將干燥后的含鐵團(tuán)塊放入反應(yīng)器中由室溫逐漸升溫至900℃，再以2-5℃/min的升溫速度升溫至1150-1250℃，并保溫30-60min，本實(shí)施例的升溫速度為3℃/min，升溫溫度為1200℃，保溫時(shí)間為40min。檢測(cè)反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如表1所示。

對(duì)比例5

本對(duì)比例的基本內(nèi)容同實(shí)施例1，其不同之處在于：還包括粘結(jié)劑4g；值得說(shuō)明的是所述的粘結(jié)劑為膨潤(rùn)土。檢測(cè)反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如表1所示。此外，還另外檢測(cè)團(tuán)塊的抗壓強(qiáng)度，得到抗壓強(qiáng)度為420n。

表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)上述的結(jié)論進(jìn)行對(duì)比，可以得出以下結(jié)論：

(1)由對(duì)比例1和實(shí)施例1對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同的條件下，當(dāng)未加入添加劑時(shí)，氣化產(chǎn)率較低，且焦油產(chǎn)率較高，添加劑中含有大量的金屬離子；

(2)由對(duì)比例2和實(shí)施例1對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同的條件下，當(dāng)不添加燒結(jié)返礦時(shí)，焦油的轉(zhuǎn)化率和氣化效率均有所降低，其原因可能是燒結(jié)返礦中含部分的復(fù)雜氧化物，該復(fù)雜氧化物在加熱的在高溫條件下可能會(huì)與添加劑的金屬元素產(chǎn)生鐵-鎳-鎂等氧化物或復(fù)雜氧化物，而這些氧化物又反作用于金屬離子，加強(qiáng)了其對(duì)焦油等裂解產(chǎn)物在高溫下的離子偏移效應(yīng)，促使焦油中的電子云被破壞而失去穩(wěn)定性，使c-c鍵、c-h鍵容易發(fā)生斷裂，從而促使了焦油裂解生成小分子有機(jī)物，裂解生成的h2、ch4等可燃性氣體對(duì)鐵氧化物強(qiáng)化了對(duì)鐵氧化物的還原過(guò)程，提高了反應(yīng)得到的直接還原鐵的金屬化率。

(3)由對(duì)比例3和實(shí)施例1對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同的條件下，當(dāng)不添加高爐灰時(shí)，生物質(zhì)的氣化效率降低，其原因尚不清晰，但是可能是由于高爐灰中含有大量的na、k、pb、zn，這些金屬離子一方面強(qiáng)化了對(duì)大分子有機(jī)物電子的吸引、偏移，另一方面可能在高溫條件下與鐵氧化物或者鎳鐵化合物結(jié)合，提高鐵氧化物、鎳鐵化合物的催化活性，從而改善了催化效果；上述元素不僅促進(jìn)了大分子有機(jī)物的分解，同時(shí)改善了提高鐵氧化物、鎳鐵化合物的反應(yīng)活性，并促進(jìn)了鐵氧化物的還原，從而提高了金屬化率。

(4)對(duì)比例4與實(shí)施例1對(duì)比發(fā)現(xiàn)，相同的原料配比條件下，當(dāng)緩慢加熱時(shí)，焦油的產(chǎn)率增加，其中可能是由于前期緩慢升溫的過(guò)程中產(chǎn)生較為大量的焦油，而焦油在生成的過(guò)程中就由容器中揮發(fā)而出，而在低溫的過(guò)程中鐵-鎳-鎂等氧化物或復(fù)雜氧化物尚未有效形成，另一方面金屬離子在低溫過(guò)程中難以有效地促進(jìn)焦油中的大分子有機(jī)物發(fā)生裂解、重整，從而增加量焦油的產(chǎn)率。

(5)對(duì)比例5與實(shí)施例1對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，相同的條件下，如果配入不配入粘結(jié)劑，通過(guò)對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行改性處理，在對(duì)生物質(zhì)與含鐵粉料混合壓塊，申請(qǐng)人驚訝的發(fā)現(xiàn)反而提高了含鐵團(tuán)塊的抗壓強(qiáng)度，通過(guò)多次研討會(huì)，最終認(rèn)為其中的機(jī)理可能是：生物質(zhì)未進(jìn)行改性時(shí)，生物質(zhì)中的纖維素成分具有一定的韌性，壓實(shí)后容易回彈，導(dǎo)致了壓實(shí)后的球團(tuán)內(nèi)部顆粒間距增大，致使含鐵團(tuán)塊的強(qiáng)度降低。而通過(guò)對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行改性，制備得到的含鐵團(tuán)塊，在不添加粘結(jié)劑的情況下反而具有更好的強(qiáng)度，由圖2可以發(fā)現(xiàn)添加生物質(zhì)后的含碳球團(tuán)內(nèi)部出現(xiàn)了大量的片狀區(qū)域，這是由于生物質(zhì)在含碳球團(tuán)內(nèi)容產(chǎn)生交聯(lián)和熔化，使煤粉顆粒和鐵礦粉顆粒緊密地聯(lián)系在一起，從而提高了含碳球團(tuán)的強(qiáng)度，提高了含鐵團(tuán)塊的強(qiáng)度，避免含鐵團(tuán)塊在反應(yīng)的過(guò)程中粉碎，促進(jìn)了含鐵團(tuán)塊內(nèi)的氣體傳質(zhì)，從而促進(jìn)了含鐵團(tuán)塊中的鐵氧化物與還原氣反應(yīng)，促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行，與此同時(shí)鐵氧化物促進(jìn)了生物質(zhì)的分解，從而提高了生物質(zhì)的氣化產(chǎn)率，并同時(shí)提高了金屬化率。而且由于生物質(zhì)進(jìn)行改性后，生物質(zhì)與堿性溶液中的naoh充分混合，naoh浸入至生物質(zhì)的內(nèi)部，在進(jìn)行改性的同時(shí)，na元素不可避免的會(huì)殘留在生物質(zhì)內(nèi)部，且na與生物質(zhì)接觸更充分，在高溫條件下生物質(zhì)及其分解產(chǎn)物碳原子及氧原子的電子受到na不同程度的影響，促使了c-c和c-o鍵角偏移、鍵長(zhǎng)變長(zhǎng)、碳環(huán)不規(guī)則變形等，并造成鍵能降低，焦油及生物質(zhì)其他分解產(chǎn)物熱穩(wěn)定性降低，從而進(jìn)一步地提高了氣化產(chǎn)率；與此同時(shí)，生成的還原性氣體與含鐵原料中的鐵氧化物充分結(jié)合，進(jìn)而提高了金屬化率，為后續(xù)的短流程的煉鋼提供了直接還原鐵的基礎(chǔ)，與此同時(shí)降低了焦油的產(chǎn)率。

當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)在鋼鐵行業(yè)中的資源化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，已有相關(guān)的技術(shù)人員，開(kāi)展了相關(guān)方面的技術(shù)研究。例如，發(fā)明創(chuàng)造的名稱(chēng)為：聯(lián)合生產(chǎn)生鐵和高質(zhì)量合成氣的方法和裝置，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?01180048198.5，專(zhuān)利申請(qǐng)日為：2011-08-03。該專(zhuān)利申請(qǐng)通過(guò)將鐵礦石和氣體聯(lián)產(chǎn)方法，該方法雖然實(shí)現(xiàn)了利用生物質(zhì)還原鐵氧化物制備直接還原鐵，并且同時(shí)生產(chǎn)可燃性氣體，但是由于氣化過(guò)程中焦油等大分子有機(jī)物得不到有效的裂解、重整，使得焦油去除率較低，氣化效果差，此問(wèn)題也是限制生物質(zhì)有效資源應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。

本專(zhuān)利的發(fā)明人通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間不懈的探索，最終選擇了恰當(dāng)?shù)慕M分作為生物質(zhì)與含鐵原料反應(yīng)的氣鐵聯(lián)產(chǎn)方法，大大提高了生物質(zhì)的氣化效率以及焦油去除率，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)更不可能選擇如此的添加劑，并應(yīng)用于含鐵原料制備可燃性氣體與直接還原鐵的聯(lián)產(chǎn)方法。上述的反應(yīng)機(jī)理尚不完全清晰，并一直困擾著本專(zhuān)利的發(fā)明人。為了摸清該反應(yīng)的反應(yīng)理論，申請(qǐng)人開(kāi)展了多次研討會(huì)進(jìn)行討論，并認(rèn)為其中可能是以下原因：

前期900℃保溫的過(guò)程中，在含鐵團(tuán)塊上形成了形成微孔，增大團(tuán)塊的比表面積，并為后續(xù)鐵-鎳-鎂等氧化物或復(fù)雜氧化物與促進(jìn)焦油裂解提供了較大的反應(yīng)界面，同時(shí)增大了生物質(zhì)裂解氣體還原鐵氧化物的反應(yīng)面積，一方面促進(jìn)了鐵氧化物的逐級(jí)還原并且生物質(zhì)氣化、裂解過(guò)程產(chǎn)生大量h2、co、碳?xì)浠衔铮哂休^高的還原性，該還原性氣體促進(jìn)了鐵氧化物低溫還原，并且添加劑促進(jìn)了低熔點(diǎn)固溶相的生成，使得生物質(zhì)只需在較低的溫度下就能對(duì)鐵礦石進(jìn)行還原，當(dāng)生物質(zhì)作為鐵氧化物的還原劑以及可燃性氣體的c源和h源。鐵氧化物充當(dāng)鋼制備的鐵源以及碳反應(yīng)生成co的氧源。與常規(guī)生物質(zhì)生產(chǎn)直接還原鐵的方法不同，本方法的氧來(lái)自含鐵團(tuán)塊的內(nèi)部循環(huán)，而不是來(lái)自由氧氣，從而提高了直接還原鐵的金屬化率；另一方面促進(jìn)了焦油及生物質(zhì)其他分解產(chǎn)物的催化裂解。

此外，高爐灰和添加劑含有大量的堿性金屬離子，該金屬離子在高溫加熱的過(guò)程吸附在生物質(zhì)及其分解產(chǎn)物的表面，在高溫條件下生物質(zhì)及其分解產(chǎn)物碳原子及氧原子的電子受到不同程度的影響，促使了c-c和c-o鍵角偏移、鍵長(zhǎng)變長(zhǎng)、碳環(huán)不規(guī)則變形等，并造成鍵能降低，焦油及生物質(zhì)其他分解產(chǎn)物熱穩(wěn)定性降低。但是，不添加添加劑時(shí)，金屬離子難以吸附在生物質(zhì)纖維素的表面，使得生物質(zhì)脫聚反應(yīng)為主導(dǎo)，生成一系列含有碳環(huán)狀的碳?xì)浠衔铮沟媒褂彤a(chǎn)率較高。

并且，溫度的不斷升高生物質(zhì)加熱還原鐵氧化物的過(guò)程中，生產(chǎn)一系列活性的鐵-鎳-鎂等復(fù)雜氧化物，其中包括：鈣鐵化合物、鈣鎂化合物、鐵橄欖石、鎳鐵氧化物等，高溫條件下這些物質(zhì)表面具有較高的反應(yīng)活性和極性活化位，一方面促進(jìn)了金屬離子的移動(dòng)，加強(qiáng)了金屬離子對(duì)焦油等裂解產(chǎn)物在高溫下的離子偏移效應(yīng)；另外，焦油中的稠環(huán)化合物含有帶負(fù)電性的π電子體系，π電子云被破壞而失去穩(wěn)定性，使c-c鍵、c-h鍵容易發(fā)生斷裂，從而降低了裂解活化能，鐵-鎳-鎂等氧化物或復(fù)雜氧化物進(jìn)一步促進(jìn)焦油等大分子有機(jī)物發(fā)生催化降解，使得焦油中的大分子有機(jī)物發(fā)生開(kāi)環(huán)斷裂反應(yīng)，易發(fā)生降解，并生成一系列的低分子碳?xì)浠衔?，提高了生物質(zhì)的氣化轉(zhuǎn)化效率，并降低了焦油的產(chǎn)率。其中，特別是鎳鐵氧化物降低了碳?xì)浠衔锖蚦h4的含量，可燃?xì)怏w中h2和co含量顯著增加，當(dāng)然鐵氧化物在催化分解有機(jī)物的過(guò)程中，自身也在不斷的參與反應(yīng)過(guò)程，并不斷的還原并得到直接還原鐵，從而提高了直接還原鐵的金屬化率。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的基本內(nèi)容同實(shí)施例1，不同之處在于：所述的添加劑由碳酸鈉、紅土鎳礦、白云石、草木灰和鉻渣組成；各組分的質(zhì)量百分比為：碳酸鈉：15％、紅土鎳礦：30％、白云石：30％、草木灰：15％，鉻渣：10％。所述的鉻渣化學(xué)成分質(zhì)量百分比如下：sio2：28％，al2o3：8％，cao：30％，mgo：15％，fe2o3：10％，cr2o6：0.8％和na2cr2o7：1％，其余為雜質(zhì)。檢測(cè)反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如表1所示。一方面鉻渣在生物質(zhì)氣化的高還原性條件下，對(duì)鉻渣進(jìn)行有效還原，生成底價(jià)的鉻氧化物，鉻氧化物與團(tuán)塊中的鐵氧化物、鈣鎂化合物結(jié)合，促進(jìn)了焦油中的大分子有機(jī)物的高效率裂解，從而生成小分子可燃性氣體，鐵氧化物在催化分解有機(jī)物的過(guò)程中，自不斷的還原并得到直接還原鐵。

值得注意的是其中的改性溶液為堿性溶液，所述的堿性溶液為koh溶液，koh溶液的質(zhì)量濃度為3％。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的基本內(nèi)容同實(shí)施例1，不同之處在于：鐵精礦由哈楊迪、圖巴朗粉、加拿大精粉、哈混粉和金布巴粉組成，礦的成分如表2所示，各種礦粉的質(zhì)量百分比為：哈楊迪：10％、圖巴朗粉：20％、加拿大精粉：40％、哈混粉：15％、金布巴粉：15％。檢測(cè)反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如表1所示。

表2礦粉成分(wt/％)

直接還原鐵的金屬化率進(jìn)一步提高，通過(guò)反復(fù)討論，發(fā)明人認(rèn)為：此過(guò)程可能是在900℃保溫的過(guò)程中，鐵礦粉中的結(jié)晶水受熱分解，并在含鐵團(tuán)塊中產(chǎn)生較多的空隙，從而增大了鐵氧化物還原的氣固反應(yīng)界面，這些空隙增大了鐵氧化物及其復(fù)雜化合物對(duì)焦油中的大分子有機(jī)物的催化作用，且結(jié)晶水受熱分解產(chǎn)生的h2o彌漫在反應(yīng)器中，該水蒸氣在鐵氧化物催化下，促進(jìn)了大分子的裂解/重整，從而提高了焦油的轉(zhuǎn)化效率，此過(guò)程中鐵氧化物在催化分解有機(jī)物的過(guò)程中，不斷的還原并得到直接還原鐵。

值得注意的是其中的改性溶液為堿性溶液，所述的堿性溶液為naoh和ca(oh)2的混合溶液，混合溶液的質(zhì)量濃度為4％，naoh和ca(oh)2的質(zhì)量之比為4:1。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的基本內(nèi)容同實(shí)施例1，不同之處在于：添加劑由碳酸鈉、氯化鉀、紅土鎳礦、白云石、草木灰組成，各組分的質(zhì)量百分比為：碳酸鈉：15％、氯化鉀：20％、紅土鎳礦：25％、白云石：30％、草木灰：10％。檢測(cè)反應(yīng)后直接還原鐵的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)率、焦油產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如表1所示。堿金屬離子主要是堿金屬促進(jìn)了焦油等大分子有機(jī)物的進(jìn)一步裂解，抑制了高溫環(huán)境下小分子團(tuán)聚，提高了焦油的轉(zhuǎn)化效率，添加劑促進(jìn)了鐵氧化物與大分子有機(jī)物結(jié)合，鐵氧化物在催化分解有機(jī)物的過(guò)程中，不斷的還原并得到直接還原鐵。

值得注意的是其中的改性溶液為堿性溶液，所述的堿性溶液為naoh溶液，naoh溶液的質(zhì)量濃度為1％。

實(shí)施例5

添加劑由碳酸鈉、紅土鎳礦、白云石、草木灰、鉻渣和釩鈦磁鐵礦渣組成，各組分的質(zhì)量百分比為：碳酸鈉：15％、紅土鎳礦：30％、白云石：20％、草木灰：10％、鉻渣：10％、釩鈦磁鐵礦渣：15％。檢測(cè)反應(yīng)后直接還原鐵(dri)的金屬化率，生物質(zhì)氣化產(chǎn)量、焦油產(chǎn)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如表1所示。加熱的過(guò)程中生成鐵釩、鐵鎳的氧化物，在金屬離子促使焦油中的大分子有機(jī)物發(fā)生電子偏移，降低了分解活性的基礎(chǔ)上，鐵釩、鐵鎳的氧化物促進(jìn)了生物質(zhì)中的焦油裂解，鐵釩、鐵鎳的氧化物在催化分解有機(jī)物的過(guò)程中，不斷的還原并得到直接還原鐵，提高了金屬化率。

在上文中結(jié)合具體的示例性實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明。但是，應(yīng)當(dāng)理解，可在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行各種修改和變型。詳細(xì)的描述和附圖應(yīng)僅被認(rèn)為是說(shuō)明性的，而不是限制性的，如果存在任何這樣的修改和變型，那么它們都將落入在此描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，背景技術(shù)旨在為了說(shuō)明本技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀和意義，并不旨在限制本發(fā)明或本申請(qǐng)和本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域。

更具體地，盡管在此已經(jīng)描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例，而是包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)前面的詳細(xì)描述可認(rèn)識(shí)到的經(jīng)過(guò)修改、省略、(例如各個(gè)實(shí)施例之間的)組合、適應(yīng)性改變和/或替換的任何和全部實(shí)施例。權(quán)利要求中的限定可根據(jù)權(quán)利要求中使用的語(yǔ)言而進(jìn)行廣泛的解釋?zhuān)也幌抻谠谇笆鲈敿?xì)描述中或在實(shí)施該申請(qǐng)期間描述的示例，這些示例應(yīng)被認(rèn)為是非排他性的。例如，在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“優(yōu)選地”不是排他性的，這里它的意思是“優(yōu)選地，但是并不限于”。在任何方法或過(guò)程權(quán)利要求中列舉的任何步驟可以以任何順序執(zhí)行并且不限于權(quán)利要求中提出的順序。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)僅由所附權(quán)利要求及其合法等同物來(lái)確定，而不是由上文給出的說(shuō)明和示例來(lái)確定。