鲕状赤铁矿微波深度还原与还原动力学研究

发布时间：2020-03-23 22:53

【摘要】：我国铁矿石资源丰富,但是贫矿多、开采利用难、需求量大等因素导致铁矿石资源供不应求。与此同时,国际上铁矿石价格飞涨,进口铁矿石会使我国经济发展受制于人。基于这些因素,我国急于改善目前这种不利现状。本文以产自于鄂西的高磷鲕状赤铁矿为研究对象,发现高磷鲕状赤铁矿的矿石矿物组成十分复杂,矿相之间相互胶黏,矿物粒度极细,加上它特殊的鲕状结构,难以采用一般选矿工艺进行处理,是一种复杂难选矿。深度还原-磁选在目前被认为是一种行之有效的处理鲕状赤铁矿方法。本文拟采用深度还原法,研究微波加热深度还原鲕状赤铁矿的条件优化试验,探索鲕状赤铁矿还原动力学反应过程的机理,为鲕状赤铁矿的开发利用与工艺优化提供了理论支持。以焦炭为还原剂,采用微波加热还原法,该矿石在配碳量C/O为1.5,碱度为0.8,还原温度1250℃的条件下保温10 min时,可获得金属化率92%以上的还原物料,经细磨至-0.074mm粒级占90%后,再通过1次磁场强度60 mT弱磁磁选,可获得铁品位和铁回收率均高于90%的还原铁粉,实验室产出的这种铁粉满足高炉原料的要求。在以上基础上,实验发现加热温度在适当的区间内都可以达到很好的提铁效果。当温度大于1150℃时,金属化率就可以达到80%以上。虽然1250℃时金属化率可以达到90%,但是这种情况下由于微波加热的高效性,矿石已经出现部分熔融现象。同时,高温下磷难以脱除反而容易与金属铁反应生成化合物,降低了后续产品的力学性能。当保温时间过长时,还原出的铁容易与脉石矿物中的硅酸盐结合形成硅酸铁,这与实验的目的相悖。当CaO添加量过多、导致碱度过大时,还原反应过程中产生的反应渣量过多,阻碍了铁氧化物与还原剂直接接触发生反应。C与铁氧化物等比例还原添加还原剂,若增加还原剂,能有效影响反应的化学平衡,使反应正向移动,促进还原反应进行。但是,当还原剂增加量过量时,过量的碳粉阻碍了铁氧化物与还原剂直接接触发生反应,从而使金属化率反而降低。还原动力学实验采用热重法研究了1173 K~1473 K下鲕状赤铁矿的还原动力学机理,研究了温度对还原度和还原速率的影响,采用不同固相反应机理函数对反应过程进行拟合,分析了还原不同阶段反应限制性环节,并对还原样品进行了XRD、SEM和EDX表征分析。研究结果表明,随着温度增加,还原度和还原反应速率增加,随着还原度增加,还原反应速率先增加后降低。其中,以石墨为还原剂时在1173 K~1373 K和1373 K~1473 K两个温度段下,反应过程分别符合界面化学反应1-(1-α)~(1/3)和杨德模型[1-(1-α)~(1/3)]~2,对应的表观活化能分别为60.66 kJ/mol和301.66 kJ/mol;以木炭为还原剂时在1173 K~1373 K和1373 K~1473 K两个温度段下,反应过程分别符合界面化学反应1-(1-α)~(1/3)和杨德模型[(1-α)~(1/3)-1]~2,对应的表观活化能分别为70.02 kJ/mol,215.36 kJ/mol,反应的限制环节分为界面化学反应和固态扩散;还原样品的物相组成分析和微观形貌分析结果与前述反应动力学机理分析结果相符合。
【图文】：

分布情况,进口量,矿石

图 1-1 2004-2016 年我国铁矿石进口量Fig 1-1 China's iron ore imports from 2004 to 2016铁矿资源概况矿在我国分布情况石，在国际上又名“Clinton-type”铁矿石和“Minette-type”铁矿石[时，又将其称之为“宁乡式”和“宣龙式”铁矿石。这种铁矿石结构结构，并且这种结构的体积百分含量远大于 5%、整个矿石中的铁元素的沉积岩型铁矿石。鲕粒结构是指是球形或椭球形颗粒的形态结构，具有相同形状的同心纹层。其主要铁矿物组成是含铁矿物，主要有赤和针铁矿。原矿相较于其他铁矿的铁品位是偏低的，其中还包括了一英、大理石、绿泥石、白云石、粘土矿物及少量的磷灰石等[4]。”鲕状赤铁矿是一种特殊的复杂难选矿，早在 1923 年的江西萍乡，由科研组就在一次野外勘察中偶然发现。由此之后，相关的地质工作者

分布图,宁乡式,鲕状赤铁矿,分布图

图 1-2 “宁乡式”鲕状赤铁矿分布图Fig 1-2 "Ningxiang type" oolitic hematite distribution map区；②湘-赣成矿区；③甘南-川北成矿区；④川中成矿区；⑤桂东成矿区；⑦滇东成矿区；⑧黔南成矿区）发利用难点矿是一种复杂难选矿，由于其独特的鲕状结构，被认为是鲕状赤铁矿是极难选冶的一种矿石，从成分上来讲主要是含有大量的磷和铝，是高磷低硫酸性铁矿石[6]。其中含磷，还有少部分则以蓝铁矿的形式存在。有用的金属矿物分然而矿石中的赤铁矿之所以难以冶炼出来，是由于和石英态，并且在环状结构的层叠层之间混有胶磷矿，形成不规般的铁矿石冶炼过程中，铁矿石中的鲕粒结构难以破坏，后会将磷元素带入生铁中，高磷含量的生铁在后续的机械能的低劣性，，容易发生冷脆现象。因此，如何在铁矿石冶矿得以工业应用的关键。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD951

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