CN110551873B - 一种人造钻石废弃石墨粉的无害化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人造钻石废弃石墨粉的无害化工艺，用以解决废弃石墨粉的污染问题。采购50kg重油，含水率低于1.5%，拉运到生产线待用；采购轻烧氧化镁粉末100kg，MgO>90%，拉运到现场待用；拉运废弃石墨粉350kg到现场待用；拉运500kg碳酸钙小颗粒料，粒度：1～3mm，CaO>50%，到现场待用；首先将100kg轻烧氧化镁粉末加入双轴搅拌机，然后启动搅拌，50kg重油以滴入方式在搅拌过程中加入，加入完成后，继续搅拌30min，加入废弃石墨粉350kg，加入后继续搅拌40min，搅拌均匀后出料；将以上的混合料加入500kg碳酸钙颗粒，混合均匀后，进入对辊压球机，生产成为粒径30～50mm的球体；将以上球体用防潮袋包装后，拉运到炼钢厂的LF精炼工序，替代精炼埋弧剂或其它碳质扩散脱氧剂使用。

Description

一种人造钻石废弃石墨粉的无害化工艺

技术领域

本发明涉及一种人造钻石废弃石墨粉的无害化工艺。

背景技术

金刚石不仅硬度远超过其他所有的物质，更并且其抗压强度、散热速率、传声速率、电流阻抗、防蚀能力、透光性、低热胀率、负阴电性，乃至与人体相溶度也是材料之最，故人造金刚石的发展潜力巨大，推动了人造金刚石的产业发展。

利用纳米石墨粉和触媒合金催化剂生成人造金刚石是目前国内的主流工艺，由此产生的废弃石墨粉，含有多种重金属物质和非金属化合物，对于环境和动植物有害，需要无害化处理。从废弃石墨粉的化学组分来看，碳含量较高，理论上是能够做为炼钢的增碳剂使用，但是废弃石墨粉的粒度很细，难以满足炼钢生产或者炼铁生产过程中增碳剂的工艺要求，并且其中多元素共存的特点，使之称为资源化利用的一种鸡肋，是困扰人造金刚石企业的一个难题。

查阅文献（1）郑州磨料磨具磨削研究所的王光祖在2004年第六期的《金刚石与磨料磨具工程》杂志上，公布了题为“人造金刚石合成技术开拓创新的50年”的论文中间，有“当今人造金刚石巳形成一个完整的系列，作为工程材料完全可以满足各工业应用领域对人造金刚石所提出的需求，促进了机械加工技术、地质和石油钻探技术、石材加工技术等发生变革性的变化。”的内容表述；（2）方莉俐，郑莲，吴艳飞，陈鹏辉在2013年第9期的《人工晶体学报》杂志上，公布了题为“人造金刚石表面化学镀镍工艺”的论文，文中有“通过化学镀方法得到的镀镍金刚石中，不仅存在基体C、沉积的Ni 元素，还有副反应产生的P 及微量的O和Cl元素。”的内容表述；（3）王裕昌在2008年第6期的《超硬材料工程》杂志上，公布了题为“人造大单晶金刚石的合成技术进展及主要应用”的论文，论文中有“我国金刚石行业在磨料级金刚石合成方面取得了巨大成功之后, 再次面临在以大单晶金刚石合成为代表的新技术开发方面的落后局面。我们呼吁行业专家在加强金刚石合成新技术开发的同时, 加强金刚石应用研究和加大新制品开发力度; 呼吁行业领导共商大计, 制定我国金刚石行业的发展战略, 以应对我们在新技术开发方面的落后局面;”的内容表述。

通过以上公开的文献可知，没有关于人造金刚石废弃石墨粉的资源化研究的内容介绍。

LF钢水精炼工艺过程中，首先要使用石墨电极通电后与钢液产生相间短路，产生燃烧的电弧加热钢液，电弧区的温度高达3000～6000℃，另外，在加热的同时，还需要对于顶渣进行扩散脱氧，脱氧的过程中，促使炉渣发泡，形成泡沫渣，覆盖LF冶炼过程中石墨电极燃烧的电弧，提高加热效率。

形成泡沫渣的一个主要原因，是炉渣中间能够产生稳定的气源，这种气源可以是碳酸盐分解产生的CO₂，也可以是碳元素氧化后产生的CO，所以LF炼钢过程中使用精炼埋弧剂、电石、碳化硅等含碳的复合材料。使用含碳的脱氧材料，需要解决好含碳材料向钢水增碳的问题。

通过以上的论述可知，将废弃石墨粉加工成为LF钢水精炼过程中的脱氧发泡材料，需要解决好以下的难题：

1)解决好超细粉末的利用工艺方式；

生产的脱氧材料，仓储、使用性能与使用效果满足LF的工艺要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种人造钻石废弃石墨粉的无害化工艺，利用超细石墨粉的特点，结合冶金学原理，将废弃石墨粉生产成为含碳的脱氧发泡材料，应用于LF钢水精炼工艺，解决废弃石墨粉的环境污染问题。

本发明的目的是这样实现的，一种人造钻石废弃石墨粉的无害化工艺，按照下列步骤进行实施：

1)采购50kg重油，含水率低于1.5%，拉运到生产线待用；

2)采购轻烧氧化镁粉末100kg，MgO>90%，拉运到现场待用；

3)拉运废弃石墨粉350kg到现场待用；

4)拉运500kg碳酸钙小颗粒料，粒度：1～3mm，CaO>50%，到现场待用；

5)首先将100kg轻烧氧化镁粉末加入双轴搅拌机，然后启动搅拌，50kg重油以滴入方式在搅拌过程中加入，加入完成后，继续搅拌30min，加入废弃石墨粉350kg，加入后继续搅拌40min，搅拌均匀后出料；

6)将以上的混合料加入500kg碳酸钙颗粒，混合均匀后，进入对辊压球机，生产成为粒径30～50mm的球体；

7)将以上球体用防潮袋包装后，拉运到炼钢厂的LF精炼工序，替代精炼埋弧剂或其它碳质扩散脱氧剂使用。

本发明的技术原理和创新点：

本发明的创新点如下：

1)利用重油与氧化镁粉末混合，利用重油是酸性物质，氧化镁是碱性物质的特点，利用重油与氧化镁反应，部分氧化镁反应生成油脂酸盐，反应的方程式如下：

CxHyCOOCnHm+MgO→CxHyCOOMg+CnYmOH

以上反应以膜状物质存在于氧化镁粉末外表。

2)将废弃的石墨粉与以上的油脂酸盐混合，以上的极性物质，能够粘结细颗粒的石墨粉，形成稳定的混合物，解决了细小石墨粉的造粒难题，同时也是球团造球过程中的粘结剂。

3)油脂分子形成的油膜覆盖氧化镁表层，防止氧化镁在潮湿的环境吸水潮解。

4)氧化镁在加入炉渣后，起到降低炉渣熔点，调节炉渣粘度，促进炉渣发泡的作用。同时部分氧化镁颗粒，起到协助炉渣形成气泡的形核质点的作用。

5)碳酸钙主要起到受热崩解球团，提高反应速度，释放出的CO₂为炉渣发泡提供气源，按照碳酸盐反应的特点，在分解为小颗粒的物质的同时，与氧化镁反应生成低熔点的钙镁橄榄石，成为炉渣气泡的液膜，促进炉渣迅速的发泡，石墨颗粒粘附在气泡膜上，参与脱氧反应，减少与钢液接触造成增碳的几率，也是防止钢液增碳的重要工艺方法。

6)碳酸钙颗粒是粉末成型过程中的骨料，起到骨架作用。

7)炉渣起泡后，炉渣的反应界面增加，球团中间的碳与钢渣中间的（FeO）和（MnO）等重金属氧化物反应，脱氧的同时，产生的CO同样能够为泡沫渣发泡提供气源，为炉渣的持续泡沫化创造条件。

8)废弃石墨粉中间的有害重金属物质，在LF造渣过程中发生自还原反应，进入钢液，实现重金属的无害化转化，其反应的热力学数据如下：

[C]+NiO_(s)=CO_(g)+[Ni]

ΔG^Θ=87660–166.78T

(Cu₂O)+C_(S)=2[Cu]+CO_(g)

ΔG^Θ=80690-212.38T

9)废石墨中间的氰化物发生以下的反应，实现无害化转化：

(HCN)=(N⁺)+(C⁺⁴)+(H⁺)

[H⁺]+(FeO)=[Fe]+{H₂O}↑

(C⁺⁴)+(FeO)=[Fe]+{CO}↑

(N⁺)+(N⁺)={N₂}↑

2HCN+3(FeO)=H₂O+2CO+N₂+3[Fe]

2HCN+3(FeO)=H₂O+2CO+N₂+3[Fe]

10)废石墨粉中间氟化物发生以下的反应,实现无害化转化：

2F^-+Ca²⁺=CaF₂

2F^-+Mg²⁺= MgF₂

以上的创新点，是冶金物理化学和粉体力学，晶体力学的融合创新结果。

具体实施方式

一种人造钻石废弃石墨粉的无害化工艺，具体的实施例如下：

1)采购50kg重油，含水率低于1.5%，拉运到生产线待用；

2)采购轻烧氧化镁粉末100kg，MgO>90%，拉运到现场待用；

3)拉运废弃石墨粉350kg到现场待用；

4)拉运500kg碳酸钙小颗粒料，粒度：1～3mm，CaO>50%，到现场待用；

5)首先将100kg轻烧氧化镁粉末加入双轴搅拌机，然后启动搅拌，50kg重油以滴入方式在搅拌过程中加入，加入完成后，继续搅拌30min，加入废弃石墨粉350kg，加入后继续搅拌40min，搅拌均匀后出料；

6)将以上的混合料加入500kg碳酸钙颗粒，混合均匀后，进入对辊压球机，生产成为30～50mm的球体；

7）将以上球体用防潮袋包装后，拉运到炼钢厂的LF精炼工序，替代精炼埋弧剂或其它碳质扩散脱氧剂使用。

Claims (1)

1.一种人造钻石废弃石墨粉的无害化工艺，其特征在于按照下列步骤进行实施：

1）、采购50kg重油，含水率低于1.5%，拉运到生产线待用；

2）、采购轻烧氧化镁粉末100kg，MgO>90%，拉运到现场待用；

3）、拉运废弃石墨粉350kg到现场待用；

4）、拉运500kg碳酸钙小颗粒料，粒度：1～3mm，CaO>50%，到现场待用；

5）、首先将100kg轻烧氧化镁粉末加入双轴搅拌机，然后启动搅拌，50kg重油以滴入方式在搅拌过程中加入，加入完成后，继续搅拌30min，加入废弃石墨粉350kg，加入后继续搅拌40min，搅拌均匀后出料；

6）、将以上的混合料加入500kg碳酸钙颗粒，混合均匀后，进入对辊压球机，生产成为粒径30～50mm的球体；

7）、将以上球体用防潮袋包装后，拉运到炼钢厂的LF精炼工序，替代精炼埋弧剂或其它碳质扩散脱氧剂使用。