白云鄂博鐵礦粉富氫流態(tài)化還原機(jī)理研究.pdf

1、白云鄂博礦含多種礦物且稀土元素儲(chǔ)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(lái)冶金工作者都致力于開(kāi)發(fā)直接還原工藝，如熔融還原的預(yù)還原技術(shù)和氣基直接還原技術(shù)。其中流態(tài)化還原技術(shù)具有低能耗、低污染、高效率、產(chǎn)物應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在冶金領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。但目前流化還原多采用一氧化碳作為還原劑，在反應(yīng)過(guò)程中，CO促進(jìn)還原產(chǎn)物顆粒表面大量生成勾狀鐵晶須，致使流化過(guò)程中容易產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，而流化床的粘結(jié)失流不僅大大降低

2、了流化還原效率還會(huì)導(dǎo)致還原產(chǎn)物不能被均勻的還原，同時(shí)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的二氧化碳，對(duì)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(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)產(chǎn)物為水，不存在對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題。因此本研究采用氫氣作為還原氣體，氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，通過(guò)可視流化床研究富氫流化還原技術(shù)的可行性以及粘結(jié)機(jī)理和還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
　　本研究應(yīng)用熱重分析對(duì)不同溫度，不同添加劑條件下氫氣還原白云鄂博鐵精礦動(dòng)力學(xué)進(jìn)行

3、了研究，由 TG曲線計(jì)算獲得了還原反應(yīng)的反應(yīng)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(yīng)活化能。研究結(jié)果表明：（1）整個(gè)還原反應(yīng)分成三個(gè)階段，界面化學(xué)反應(yīng)活化能分別為17.74、12.68、18.47kJ/mol,內(nèi)擴(kuò)散活化能分別為37.65、27.50、32.92 kJ/mol,內(nèi)擴(kuò)散活化能均大于界面化學(xué)反應(yīng)，由此可知其反應(yīng)的限制行環(huán)節(jié)為內(nèi)擴(kuò)散，化學(xué)反應(yīng)表觀活化能的降低有利于反應(yīng)的加速進(jìn)行。（2）添加K、Na碳酸鹽、硝酸鹽后均

4、使得反應(yīng)活化能增加，但硝酸鹽比碳酸鹽抑制了粘結(jié)的發(fā)生，從而使富氫流化還原效率提高。
　　本研究通過(guò)可視流化床研究了溫度，氫氣流速對(duì)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(duì)流化還原的影響，利用 XRD分析了還原產(chǎn)物的物相組成，通過(guò)掃描電鏡和能譜分析觀察了流化產(chǎn)物的顯微結(jié)構(gòu)，得出了添加劑對(duì)粘結(jié)現(xiàn)象產(chǎn)生的影響，探究了流化還原粘結(jié)機(jī)理和還原產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)與粘結(jié)之間的關(guān)系，得出結(jié)論：（1）富氫流化還原度隨溫度升高而增加，當(dāng)還原

5、時(shí)間為30min、650℃時(shí)，還原度僅有28%左右，在850℃時(shí)，還原度提高到80%。溫度在800℃以上，會(huì)出現(xiàn)鐵礦粉粘結(jié)現(xiàn)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(yīng)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(yīng)效率。但在反應(yīng)后期有粘結(jié)物的生成，使得還原反應(yīng)速度降低。因此，適宜的K2CO3添加量為2%。（4）添加堿土金屬M(fèi)g