鲕状赤铁矿的固态选择性还原动力学与还原产物分离的研究

With the advancement of science and technology and the need for the society development, the steel output of the whole earth is up to one billion tons, and more than half billion tons in China. Since the demond for steel risen steadily, the price of iron ores soared up. The resources of rich iron ores, and easily mining and dreesing ores will be dried up day by day. The oolitic iron ore resources were found for 3.72 billion tons in China, and more than half billion tons in GuiZhou Province. The exploitation and utilization of oolitic hematite will be very important. The oolitic hematite commonly with low grade, fine crystal, composition complex, and high phosphorus content have not been exploitated effectively. The existant state, distribution and the relationship with the particle sizes of mineral sample will be mainly studied by the orthogonal experiment. Taking microwave preprocessing, vapor composition, temperature, reducing time, mineral sizes, and additives as factors, the kinetics equations of main reducing reaction for oolitic hematite will be constituted. The effects on main reducing reaction of oolitic hematite by microwave preprocessing will be clear. And the effects on the reducing reaction of phosphoric oxides in oolitic hematite by additives will be clear. Furthermore, the scientific basis for the exploitation and utilization of oolitic hematite can be provided.

随着科学技术的进步和社会发展的需要，世界钢产量已达十几亿吨；在我国，近年来一直高达5亿吨以上。由于社会对钢材的需求量不断加大，铁矿石价格快速上涨，我国富铁矿和易采选铁矿资源日趋枯竭；已查明鲕状铁矿资源储量37.2亿吨，贵州鲕状赤铁矿资源储量5亿吨以上；鲕状赤铁矿的开发利用将有重要意义。鲕状赤铁矿的品位低、矿物结晶粒度细、组成复杂、含磷较高，一直未能实现有效的开发利用。本项目应用正交实验方法，研究主要矿物组成在鲕状赤铁矿中的存在状态、存在形式和分布规律与矿样粒度间的关系；以微波预处理、气相还原剂组成、还原温度、还原时间、矿样粒度、添加剂种类和数量为因数，建立鲕状赤铁矿主要还原反应的表观动力学方程；明确微波预处理对鲕状赤铁矿选择性还原反应的影响和效果；明确添加剂能否有效抑制鲕状赤铁矿中磷氧化物的还原；进而为鲕状赤铁矿的开发和综合应用提供理论和实验依据。

近年来我国钢产量一直高达5亿吨以上。由于社会对钢材的需求量不断加大，我国富铁矿和易采选铁矿资源日趋枯竭；已查明鲕状铁矿资源储量37.2亿吨，贵州鲕状赤铁矿资源储量5亿吨以上；鲕状赤铁矿的开发利用将有重要意义。鲕状赤铁矿的品位低、矿物结晶粒度细、组成复杂、含磷较高，一直未能实现有效的开发利用。本项目研究了贵州赫章鲕状赤铁矿主要特征，高温焙烧对鲕状赤铁矿组织结构的影响，还原产物金属铁的聚集长大及其影响，还原试样的磁选分离，配碳比和碱度等因素对鲕状赤铁矿微波碳热还原的影响，还原温度和还原时间等因素对鲕状赤铁矿在H2中加热还原的影响等，得到如下主要结果。.1).在1150℃马弗炉中保温30min，或在1100℃微波炉中保温30min，贵州赫章鲕状赤铁矿的鲕状组织结构发生熔损全部被破坏。.2).鲕状赤铁矿的自然碱度为0.16，还原温度1150℃，在氢气中还原时间为150 min时，还原试样的金属化率可达到94.79%；二元碱度为1.5，还原温度1100℃，在氢气中还原时间为150min时，还原试样的金属化率可达到95.48%。.3).配碳比为1.3，二元碱度为1.5，在微波炉中加热到1100℃，恒温3.5h,还原产物的金属化率可达到94.7%。.4).较高的还原温度，有利于试样中铁氧化物的还原与金属铁的扩散长大；延长恒温时间，有利于金属铁的扩散长大与聚集长大。.5).建立了氢气还原鲕状赤铁矿的表观动力学方程；还原度小于约55%时，界面化学反应为主要控制环节；还原度大于约55%之后，内扩散为主要控制环节；随温度升高，还原反应速度相应提高，控制环节发生转变的时间相应缩短；配加氧化钙有利于铁氧化物的还原。.6).碱度过高，磁选过程中以复合氧化物为主要组成的灰色组织可与枝状或条状的浅灰色金属组织因难于分离一起进入磁选试样，可使选出试样的数量增多，分离效果相应降低，磁选试样的铁品位降低。