高磷鮞狀赤鐵礦深度還原過程中鐵顆粒粒度控制研究.pdf

1、我國鋼鐵工業(yè)迅猛發(fā)展，致使國內(nèi)鐵礦石市場呈現(xiàn)嚴(yán)重的供不應(yīng)求的狀態(tài)，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的發(fā)展只能依賴于大量進(jìn)口國外的優(yōu)質(zhì)鐵礦石。因此，充分開發(fā)和利用國內(nèi)復(fù)雜難選鐵礦資源，對保證我國鋼鐵工業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展具有重要意義。
　　在我國復(fù)雜難選鐵礦資源中，高磷鮞狀赤鐵礦儲(chǔ)量巨大。該礦石嵌布粒度極細(xì)，共伴生關(guān)系復(fù)雜，致使其單體解離困難，利用率低。近年來，我國相關(guān)科研工作者采用深度還原-高效分選工藝處理該種礦石，在技術(shù)工藝上取得了一定的突破。影響深度還原

2、高效分選的重要因素之一是深度還原過程中形成的鐵顆粒的粒度，只有在適宜的鐵顆粒粒度下，才能取得最佳的分選指標(biāo)，因而實(shí)現(xiàn)鐵顆粒粒度的控制具有重要意義。
　　本文通過對深度還原產(chǎn)物中的鐵顆粒粒度特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，重點(diǎn)探討了還原溫度、還原時(shí)間和二元堿度對鐵顆粒形核及長大的影響，并在此基礎(chǔ)上建立了鐵顆粒粒度D80與還原溫度、還原時(shí)間之間的回歸模型，為控制深度還原過程中鐵顆粒粒度提供了理論基礎(chǔ)。
　　通過化學(xué)分析、X射線衍射(XRD)等

3、分析可知:礦石中TFe品位為42.21％，礦石中主要含鐵礦物為赤鐵礦，主要脈石礦物為石英和鮞綠泥石，磷以膠磷礦的形式存在。礦石中的鮞粒由原始化學(xué)沉積的赤鐵礦、鮞綠泥石和少量膠磷礦組成，其中赤鐵礦和鮞綠泥石粒度微細(xì)、嵌布緊密，屬于難選鐵礦石。原礦中細(xì)粒級(jí)含量較多，粗粒級(jí)含量極少。
　　分別考察了還原溫度、還原時(shí)間、二元堿度等工藝條件對高磷鮞狀赤鐵礦深度還原過程中還原物料金屬化率的影響。在適宜的工藝條件范圍內(nèi)，還原物料的金屬化率隨還原

4、溫度的升高和還原時(shí)間的延長而升高，但還原溫度過高或還原時(shí)間過長時(shí)，金屬化率出現(xiàn)波動(dòng)甚至下降。二元堿度高于0.4時(shí)，金屬化率隨堿度的升高而下降。
　　在一定范圍內(nèi)，還原溫度越高，還原時(shí)間越長，金屬鐵顆粒粒度越大。升高還原溫度可加速鐵顆粒的形核及長大;適當(dāng)延長還原時(shí)間為小的鐵顆粒擴(kuò)散、遷移、聚集長大提供了動(dòng)力學(xué)條件。加入CaO促進(jìn)鐵顆粒生成及長大的機(jī)理是:CaO可置換出復(fù)雜化合物中的FeO，提高FeO的活性，加快反應(yīng)速度，并促進(jìn)鐵橄欖

5、石和鐵尖晶石的再還原。但CaO具有造渣的作用，堿度過高時(shí)，體系內(nèi)渣相增多，不利于鐵顆粒的聚集長大。確定適宜的鐵顆粒生長工藝條件為:還原溫度1225℃、還原時(shí)間80 min、二元堿度0.2。
　　根據(jù)深度還原試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，結(jié)合回歸分析的方法與MATLAB軟件強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，建立的鐵顆粒粒度D80與還原溫度、還原時(shí)間之間的回歸模型為D80=481.3+221.8T+188.1t+63.5T2+72.3Tt-10.1t2。結(jié)合該模型

6、，通過調(diào)整T、t，預(yù)測鐵顆粒粒度的變化趨勢，從而實(shí)現(xiàn)對深度還原過程中鐵顆粒粒度的控制。
　　結(jié)合反應(yīng)熱力學(xué)、還原物料的XRD、SEM及EDS能譜分析可知，高磷鮞狀赤鐵礦深度還原過程中的鐵氧化物是按照Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe的順序還原為金屬鐵的。在高磷鮞狀赤鐵礦深度還原過程中，鐵的高價(jià)氧化物發(fā)生還原相變的同時(shí)，F(xiàn)eO易與脈石礦物（SiO2、Al2O3、CaO等氧化物）發(fā)生固相反應(yīng)，生成鐵橄欖石(2FeO·SiO2)、鐵尖

7、晶石(FeO·Al2O3)、鐵堇青石(2FeO·2Al2O3·5SiO2)、鐵酸鈣(2CaO·Fe2O3)等鐵復(fù)雜化合物。
　　深度還原過程中鐵顆粒的生長過程就是鐵原子不斷遷移聚集的過程。鐵顆粒的生長過程可分為鐵晶粒形核、快速生長和緩慢生長三個(gè)階段。鐵晶粒的生長過程是一個(gè)由隨機(jī)擴(kuò)散控制機(jī)理向確定性的曲率驅(qū)動(dòng)機(jī)理的轉(zhuǎn)換過程。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)晶粒尺寸較小時(shí)，其生長主要由擴(kuò)散機(jī)理控制;當(dāng)晶粒尺寸較大時(shí)，曲率控制機(jī)理的作用較明顯。晶粒的快速生長除