白云鄂博鐵礦粉富氫流態(tài)化還原機理研究.pdf

1、白云鄂博礦含多種礦物且稀土元素儲量豐富，為世界所矚目。目前傳統(tǒng)高爐煉鐵污染大，投資高但利用率低，因此一直以來冶金工作者都致力于開發(fā)直接還原工藝，如熔融還原的預還原技術和氣基直接還原技術。其中流態(tài)化還原技術具有低能耗、低污染、高效率、產物應用廣泛等優(yōu)點，在冶金領域得到了成功的應用。但目前流化還原多采用一氧化碳作為還原劑，在反應過程中，CO促進還原產物顆粒表面大量生成勾狀鐵晶須，致使流化過程中容易產生粘結現象，而流化床的粘結失流不僅大大降低

2、了流化還原效率還會導致還原產物不能被均勻的還原，同時在生產過程中產生大量的二氧化碳，對環(huán)境造成污染。而氫氣作為一種清潔能源，不僅能在較低的溫度下將鐵氧化物還原為金屬鐵，并且在還原反應過程中的反應產物為水，不存在對環(huán)境的污染問題。因此本研究采用氫氣作為還原氣體，氮氣作為保護氣體，通過可視流化床研究富氫流化還原技術的可行性以及粘結機理和還原反應動力學。
　　本研究應用熱重分析對不同溫度，不同添加劑條件下氫氣還原白云鄂博鐵精礦動力學進行

3、了研究，由 TG曲線計算獲得了還原反應的反應速率，探究添加劑作用于鐵氧化物被氫還原的不同階段反應活化能。研究結果表明：（1）整個還原反應分成三個階段，界面化學反應活化能分別為17.74、12.68、18.47kJ/mol,內擴散活化能分別為37.65、27.50、32.92 kJ/mol,內擴散活化能均大于界面化學反應，由此可知其反應的限制行環(huán)節(jié)為內擴散，化學反應表觀活化能的降低有利于反應的加速進行。（2）添加K、Na碳酸鹽、硝酸鹽后均

4、使得反應活化能增加，但硝酸鹽比碳酸鹽抑制了粘結的發(fā)生，從而使富氫流化還原效率提高。
　　本研究通過可視流化床研究了溫度，氫氣流速對還原度的影響，堿金屬碳酸鹽，硝酸鹽，堿土金屬氧化物添加對流化還原的影響，利用 XRD分析了還原產物的物相組成，通過掃描電鏡和能譜分析觀察了流化產物的顯微結構，得出了添加劑對粘結現象產生的影響，探究了流化還原粘結機理和還原產物微觀結構與粘結之間的關系，得出結論：（1）富氫流化還原度隨溫度升高而增加，當還原

5、時間為30min、650℃時，還原度僅有28%左右，在850℃時，還原度提高到80%。溫度在800℃以上，會出現鐵礦粉粘結現象，從而在一定程度上減緩了流化還原效率。（2）在同溫度下，氫氣流速的增加有利于提高流化還原反應的還原效率，但此作用在低于700℃溫度下更為明顯。（3）添加Na2CO3比添加 K2CO3提高了直接還原反應效率。但在反應后期有粘結物的生成，使得還原反應速度降低。因此，適宜的K2CO3添加量為2%。（4）添加堿土金屬Mg