利用钢铁工业副产品合成纯铁压块

《Powder Technology》：Synthesis of pure iron compacts from a steel industry by-product

固废资源化利用新方法：通过氢还原与高压成型技术将钢铁厂铁氧化物转化为高纯度（>98wt%）铁块，优化工艺参数实现高密度（>3.96g/cm3）和强度（>276kgf/cm2）铁 compact制备，为钢铁工业固废高值化利用提供新途径。

　　钢铁工业是全球重要的基础产业之一，其生产过程中会产生大量固体废弃物。如何有效利用这些废弃物，不仅关系到资源的循环利用，也直接影响环境的可持续发展。近年来，随着环保意识的增强和技术的进步，钢铁行业逐渐将废弃物视为潜在的资源，而不仅仅是需要处理的垃圾。本文探讨了如何通过两种不同的工艺路线，将钢铁生产中产生的铁氧化物副产品转化为高纯度铁块，从而实现资源的高效利用。

在钢铁生产过程中，铁氧化物副产品通常来源于高炉炼铁、转炉炼钢等环节。这些副产品含有大量的铁元素，但其形态和纯度往往不符合直接使用的要求。因此，研究如何将这些铁氧化物转化为高纯度铁材料，具有重要的现实意义。本文提出了一种新的方法，即通过还原工艺将铁氧化物转化为纯铁块，同时探索了不同工艺参数对最终产品性能的影响。

在第一种工艺路线（Process A）中，研究人员首先将铁氧化物细粉进行造粒处理，形成直径为15毫米的圆柱形 briquettes（团块）。随后，这些 briquettes 在氢气还原环境下进行高温处理，温度范围为950°C至1050°C，持续时间约为300分钟。实验结果显示，随着粘结剂添加量的增加， briquettes 的成型性能和强度显著提升。粘结剂的添加不仅有助于改善细粉的流动性和压缩性，还能增强 briquettes 在还原过程中的稳定性。此外，还原温度对最终铁块的密度和强度也有重要影响。较高的还原温度能够促进铁氧化物的充分还原，从而提高产品的密度和机械性能。

在第二种工艺路线（Process B）中，研究人员首先对铁氧化物细粉进行氢气还原，将其转化为高纯度的铁粉。随后，这些铁粉在680 MPa的高压下进行压缩，形成圆柱形 briquettes。实验发现，铁粉的粒径和压缩载荷对最终 briquettes 的密度和强度有显著影响。较小的粒径和较高的压缩载荷能够提高 briquettes 的密度，从而增强其机械强度。这一工艺路线的优势在于其操作流程相对简单，能够直接利用还原后的铁粉进行成型，减少了中间步骤，提高了生产效率。

通过对两种工艺路线的比较分析，研究人员发现，Process A 和 Process B 在铁块的纯度、密度和强度方面都表现出良好的性能。两种工艺都能获得Fe(T) > 98 wt%的高纯度铁块，其密度和压缩强度分别达到3.96 g/cc以上和276 Kgf/cm2以上。然而，Process B 由于其直接压缩成型的特点，能够获得更广泛的密度和强度范围，适用于不同的应用场景。例如，通过调整压缩载荷和铁粉粒径，可以生产出适用于不同工业需求的铁块。

为了进一步验证这些铁块的纯度和适用性，研究人员还进行了熔炼实验。实验结果显示，这些铁块在惰性气体环境中熔炼后，能够获得Fe(T) > 99.7 wt%的纯铁材料。这表明，通过这两种工艺路线制备的铁块不仅具有高纯度，还能够作为铁基合金的原料，广泛应用于各种工业领域。例如，这些高纯度铁材料可以用于制造耐磨材料、磁性材料、精密合金等，具有较高的市场价值。

从环保和经济的角度来看，这两种工艺路线的实施能够有效减少钢铁生产过程中产生的固体废弃物，降低对环境的污染。同时，通过将废弃物转化为高附加值的产品，能够为钢铁企业带来额外的经济效益。此外，这些工艺路线的推广和应用还有助于推动钢铁行业的绿色转型，提高资源利用效率，减少对天然矿石的依赖，从而实现可持续发展。

在实际应用中，这两种工艺路线可以根据具体的生产需求和条件进行优化。例如，在Process A中，可以通过调整粘结剂的种类和添加量，以及优化还原温度和时间，来进一步提高铁块的性能。而在Process B中，可以通过改进铁粉的制备方法和压缩工艺，来获得更均匀和致密的铁块。此外，还可以探索其他辅助材料或添加剂，以进一步改善铁块的物理和化学性质。

总的来说，本文的研究为钢铁行业固体废弃物的高效利用提供了新的思路和方法。通过将铁氧化物副产品转化为高纯度铁块，不仅能够解决固体废弃物处理的问题，还能为钢铁企业创造新的经济价值。同时，这种资源化利用的方式也符合当前全球对可持续发展和循环经济的重视，具有重要的社会和环境意义。未来，随着技术的不断进步和应用的深入，这些工艺路线有望在更多钢铁企业中得到推广和应用，为行业的绿色发展贡献力量。