原生磁铁矿对赤铁矿磁化焙烧过程的诱导作用及强化机制

Suspension magnetic roasting-magnetic separation is the most promising and innovative technology for exploiting and utilizing refractory hematite iron ores. The previous research of our group has found that the addition of magnetite can obviously strengthen hematite magnetization roasting and improve the subsequent separation efficiency. Therefore, it is important to investigate the effect of magnetite on hematite magnetization roasting..Based on the knowledge convergence of mineral processing, metallurgy, chemistry and physics and combined with theoretical analysis, numerical simulation and experiment, this project would proceed as following. Firstly, the reaction mechanism of hematite magnetization roasting would be clarified by studying the magnetization behavior and nucleation and growth pattern of new-generated magnetite. Secondly, the Fe3O4-Fe2O3 interface effects model would be established through particle interaction and interfacial adhesion research, and the impact analysis of raw magnetite on the nucleation and growth behavior of new-generated magnetite. Finally, combined with the research on the influence of raw magnetite on hematite magnetization kinetics, the theoretical system of induction effect and strengthening mechanism of raw magnetite on hematite magnetization roasting would be formed, which laid a strong theoretical basis for efficient magnetization roasting of refractory hematite iron ore in China.

悬浮磁化焙烧-磁选是处理复杂难选赤铁矿资源最具发展前景的创新性技术。本项目申请人在开展鞍山式复杂难选铁矿石悬浮磁化焙烧-磁选技术研究过程中发现，少量原生磁铁矿的存在可以明显强化赤铁矿的磁化焙烧过程并改善后续分选指标。因此，研究磁铁矿对赤铁矿磁化焙烧过程的作用及影响规律具有重要的科学意义与应用价值。.本项目将矿物加工与冶金、物理化学等多学科交叉，拟采用理论分析、数值模拟与实验相结合的方法，首先研究赤铁矿磁化反应行为特性，揭示新生磁铁矿晶粒的形核及生长规律，阐明赤铁矿磁化焙烧反应机理；进一步研究磁铁矿与赤铁矿颗粒间相互作用机制及界面粘附特性，分析原生磁铁矿对磁化焙烧过程中新生磁铁矿晶粒形核及生长行为的影响，建立磁铁矿与赤铁矿界面效应模型；最后研究磁铁矿对赤铁矿磁化反应动力学的影响规律，形成磁铁矿对赤铁矿磁化焙烧过程的诱导作用及强化机制理论体系，为我国难选赤铁矿资源高效磁化焙烧奠定理论基础。

磁化焙烧技术是复杂难选铁矿石高效利用的有效手段。本项目提出了“原生磁铁矿强化赤铁矿磁化焙烧过程”的学术观点，并从基础研究、实验室工艺优化到扩大连续试验，验证了这一学术观点的创新性与可靠性。.人工赤铁矿在CO气氛中磁化焙烧动力学研究表明，等温过程动力学机理函数为G(α)=[-ln(1-α)]2/3，活化能为55.06kJ·mol-1；含磁铁矿的人工赤铁矿等温过程动力学机理函数为Avrami-Erofeev模型函数G(α)=[-ln(1-α)]2/3，活化能为48.67kJ·mol-1。天然赤铁矿在CO气氛中磁化焙烧动力学研究表明，等温还原反应过程分为反应前期和反应后期。反应前期机理函数为G(α)=1-(1-α)1/4，由相界面反应收缩核控制，活化能为30.15kJ·mol-1；反应后期机理函数为G(α)=[1-(1-α)1/3]2，由三维扩散控制，活化能为36.26kJ·mol-1。添加磁铁矿的天然赤铁矿等温动力学机理函数与单一天然赤铁矿相同，活化能分别为25.32kJ·mol-1和30.64kJ·mol-1。相比单一的（人工或天然）赤铁矿，相同焙烧条件下添加磁铁矿后赤铁矿的反应转化率升高，反应活化能（壁垒）显著降低，有效促进和强化了赤铁矿磁化还原反应的进行。.以齐大山实际铁矿石作为研究对象，采用激光共聚焦扫描显微镜对块状样品表面形貌进行观测，通过热台显微镜对块矿样品进行磁化焙烧试验，并对样品表面进行“连续式”及“间断式”观测。结果表明，单一赤铁矿磁化焙烧时，样品表面首先发生反应，当表面赤铁矿基本反应完全后，样品表面产生裂纹，内部赤铁矿开始发生反应；当原矿中含有一定量磁铁矿时，磁铁矿与赤铁矿的界面处首先产生裂纹，随后赤铁矿开始发生反应。由于赤铁矿的还原反应是沿着晶格破裂产生的新鲜表面向赤铁矿内部延伸的，新生成的破裂表面有较高的活性，原生磁铁矿有利于赤铁矿新生破裂表面的生成，从而促进了赤铁矿还原反应的进行。.本项目提出了“原生磁铁矿强化赤铁矿磁化焙烧过程”的学术新观点，并在工程实践中得到了验证与应用。研究成果丰富了难选赤铁矿石磁化焙烧理论，对复杂难选赤铁矿石的高效磁化焙烧具有重要的指导意义。