铌精矿选择性还原动力学基础及其显微结构演变

针对白云鄂博低品位复杂共生矿中铌资源高效利用问题，采用热分析质谱法分析、微观动力学模型与矿相显微结构高温在线记录相结合方式，系统研究铌精矿/碳混合物选择性还原与渣铁熔分过程中铌、磷、铁等共生元素的物理化学行为，重点解决选择性还原的微观动力学机理与共生元素在渣铁间的相际迁移与分配规律，为白云鄂博矿铌的提取与富集提供理论与技术支持。.通过铌精矿/碳混合物选择性还原过程的热分析质谱法实验分析与微观动力学数学模型研究，揭示选择性还原的微观动力学机理，建立选择性还原控制模型；通过还原产物高温熔分过程的矿相显微结构在线记录以及渣铁分离过程中Nb、P、Fe等共生元素的相际迁移与分配动力学研究，探明共生元素在高温熔分过程中的分配规律与渣铁高效分离原理，掌握高效熔分关键技术参数，为白云鄂博矿铌资源高效利用的冶金技术开发提供理论基础。

针对白云鄂博低品位复杂共生矿中铌资源高效利用问题，采用微观动力学实验与数学模型相结合方式，较为系统地研究了铁铌精矿/碳混合物选择性还原过程的还原动力学与矿相结构演变。主要开展了以下研究：1）铌精矿/碳混合物选择性还原的热力学分析；2）铌精矿反应罐还原动力学实验研究；3）铌精矿含碳球团还原动力学实验研究；4）铌精矿/碳混合物选择性还原微观结构演变研究；5）反应罐还原过程的动力学模型研究等。研究发现：反应罐还原过程中，沿径向温度差异较大，导致环形装料方式生成环形海绵铁横截面的金属化率呈现高→低→较高的变化；随着还原温度的升高，矿物金属化率迅速提高，且随着反应温度的提高，矿物料层发生粘结并收缩；通过物相分析可知，铌精矿中含铁矿物主要为赤铁矿和钠辉石，含铌矿物为易解石、烧绿石和铌铁金红石。矿物还原逐级进行，赤铁矿经磁铁矿、浮氏体被还原为金属铁，而钠辉石还原过程中有铁橄榄石产生，还原过程中含铌矿物均未被还原；反应罐还原过程中，矿物颗粒表面形态从微孔产生、铁晶须形成变化到烧结状形貌；以动力学实验为基础，建立了反应罐还原过程的动力学模型，对还原过程进行了数值模拟与过程优化。项目研究为白云鄂博矿铌资源高效利用的冶金技术开发提供理论基础。