高磷鮞狀赤鐵礦深度還原過(guò)程中的礦物轉(zhuǎn)化及熱力學(xué)計(jì)算.pdf

1、近年來(lái)隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，鐵礦石需求不斷增加，每年需要大量進(jìn)口鐵礦石，對(duì)外依存度連續(xù)多年高達(dá)60％以上，危及國(guó)家資源安全。因而，加強(qiáng)國(guó)內(nèi)復(fù)雜難選鐵礦石高效開(kāi)發(fā)利用研究，提高鐵礦石自給率，具有重要的戰(zhàn)略意義。
　　本文對(duì)湖北官店高磷鮞狀赤鐵礦進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究，以此為基礎(chǔ)，根據(jù)最小自由能原理，計(jì)算并分析了高磷鮞狀赤鐵礦深度還原過(guò)程中各個(gè)反應(yīng)的可能性及反應(yīng)的先后順序。利用XRD、SEM等分析手段對(duì)深度還原產(chǎn)物的物相組成、微觀

2、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了研究。
　　礦石的工藝礦物學(xué)研究結(jié)果表明，原礦中的全鐵品位為42.21％，鐵礦物以赤（褐）鐵礦為主，含量為69.22％。有害元素磷含量1.31％，磷主要存在于膠磷礦中，膠磷礦的含量為4.26％;脈石礦物主要為石英和鮞綠泥石。赤鐵礦與鮞綠泥石、部分膠磷礦緊密鑲嵌成鮞粒出現(xiàn)，很難單體解離。采用傳統(tǒng)的選別方法處理該礦石難以得到合格的選別指標(biāo)。
　　熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，在深度還原過(guò)程中，礦石中的鋁、硅、鎂、鈣等元素不能被

3、還原為單質(zhì);鐵復(fù)雜化合物生成的順序?yàn)椋?CaO·Fe2O3＞CaO·Fe2O3＞FeO·Al2O3＞FeSiO3＞2FeO·SiO2。鐵復(fù)雜化合物被C還原的順序?yàn)椋珻aO·Fe2O3＞2CaO·Fe2O3＞2FeO·SiO2＞FeSiO3＞FeO·Al2O3。CaO的存在使得鐵復(fù)雜化合物的起始還原溫度降低，之前不能被CO還原的FeO·Al2O3、2FeO·SiO2的還原成為可能。
　　在Fe2O3-SiO2-CaO-Al2O3-P

4、2O5-C體系下，磷元素的遷移歷程主要是Ca3(PO4)2→Ca2P2O7→Fe3P，還有少部分磷元素的歷程為Ca3(PO4)2→Ca2P2O7→Fe2P/FeP。鐵元素的主要遷移歷程為Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe，還有少部分鐵元素的歷程為Fe2O3→Fe3O4→FeO→鐵復(fù)雜化合物→Fe。
　　以還原產(chǎn)物的金屬化率及深度還原鐵粉品位作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，系統(tǒng)的研究了還原溫度、還原時(shí)間、配碳系數(shù)等因素對(duì)深度還原效果的影響。研究表明

5、，還原溫度、還原時(shí)間和配碳系數(shù)對(duì)還原產(chǎn)物金屬化率及鐵粉品位有重要影響。試驗(yàn)確定的適宜深度還原條件為，還原溫度1200℃，還原時(shí)間60min，配碳系數(shù)2.0，在此條件下得到的還原產(chǎn)物金屬化率90.84％，鐵粉的品位為90.56％，回收率為92.03％。
　　添加碳酸鈣改變體系堿度，當(dāng)體系中二元堿度適當(dāng)改變時(shí)，可以提高還原指標(biāo)。碳酸鈣分解出的氧化鈣能與礦石中的SiO2、 Al2O3反應(yīng)生成斜硅鈣石、Al2Ca2SiO7、CaAl2(S

6、iO)4等化合物，從而有效減少了與FeO反應(yīng)生成鐵復(fù)雜化合物的量。
　　應(yīng)用光學(xué)顯微鏡、XRD、SEM、EDS等分析手段對(duì)深度還原后產(chǎn)物的物相組成等工藝礦物學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析。結(jié)果表明，高磷鮞狀赤鐵礦深度還原歷程為Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe; Fe2O3→Fe3O4→FeO→2FeO·SiO2、FeO·Al2O3等→Fe。還原溫度是影響鐵顆粒長(zhǎng)大的決定性因素，還原溫度的提高促進(jìn)了金屬鐵相的遷移擴(kuò)散，有利于金屬鐵顆粒的聚