氢气还原鲕状赤铁矿的动力学研究

发布时间：2020-07-02 07:58

【摘要】：鲕状赤铁矿是一类重要的铁矿石资源,但由于矿石结构特点复杂以及生产技术落后,该类铁矿石资源尚未得到开发利用。我国“十三五规划”提出绿色发展理念,力争在未来五年内淘汰落后钢铁产能1亿吨,因此绿色发展理念成为了冶金工作者的重要研究方向。本文以贵州赫章地区鲕状赤铁矿为研究对象,探索氢气直接还原研究的可行性,同时结合铁矿石磁选工艺制备金属铁。本文以实现鲕状赤铁矿的综合利用为目的,首先系统研究了该矿石的矿物学特征,针对复杂难选的结构特点,开发出了氢气直接还原-磁选分离以及氧化钙强化还原工艺方法;其次利用冶金反应热力学手段,分析了氢气还原鲕状赤铁矿的可行性,在此基础之上,探究了不同因素对鲕状赤铁矿还原的影响规律,同时结合磁选分离技术实现了金属铁和脉石矿物的有效分离。最后利用冶金反应过程动力学研究方法,探究了氢气还原鲕状赤铁矿的限制性环节以及表观活化能。本研究利用化学分析、光学显微镜、电子探针、XRD和扫描电镜等实验手段揭示了氢气还原鲕状赤铁矿反应机理。主要研究结论如下:(1)鲕状赤铁矿矿物学特征研究表明:鲕状赤铁矿是一种成分复杂的铁矿石,该矿以鲕粒结构为主,呈同心环带结构,大多为正圆或者椭圆状。由于鲕粒之间相互包裹,且结构比较致密,所以大大增加了鲕状赤铁矿的选矿难度。(2)冶金反应热力学研究表明:氢气还原鲕状赤铁矿遵循逐级还原的规律,在铁稳定区域,随着还原温度的升高,所需要的还原剂浓度在下降,说明在一定的氢气浓度下氧化铁被还原。(3)氢气还原鲕状赤铁矿-磁选工艺研究结果表明:在还原温度1100℃、还原时间150min、二元碱度1.5的条件下,可以获得金属化率为95.48%的产物;磁选分离后,可以获得铁品位92.14%,铁回收率93.15%,磷品位0.16%,脱磷率90.47%的铁精矿。(4)氢气还原鲕状赤铁矿动力学研究结果表明:在温度为900℃~1100℃时,经过多次拟合,原矿还原度在50%以前受化学反应控制,随后还原过程转变为受内扩散控制,随着温度的升高,反应速率常数逐渐升高。反应过程的表观活化能为69.72KJ/mol。在温度为900℃~1100℃时,经过多次拟合,碱度1.0的铁矿石还原度在50%以前受化学反应控制,随后还原过程转变为受内扩散控制,随着温度的升高,反应速率常数逐渐升高,反应过程转变为受内扩散的反应时间比原矿提前了5min。反应过程表观活化能为34.29 KJ/mol,比原矿表观活化能降低了35.43 KJ/mol,表明添加氧化钙降低了反应过程位垒。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF55
【图文】：

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