【摘要】：我國鐵礦石資源豐富,但是貧礦多、開采利用難、需求量大等因素導致鐵礦石資源供不應求。與此同時,國際上鐵礦石價格飛漲,進口鐵礦石會使我國經濟發(fā)展受制于人。基于這些因素,我國急于改善目前這種不利現(xiàn)狀。本文以產自于鄂西的高磷鮞狀赤鐵礦為研究對象,發(fā)現(xiàn)高磷鮞狀赤鐵礦的礦石礦物組成十分復雜,礦相之間相互膠黏,礦物粒度極細,加上它特殊的鮞狀結構,難以采用一般選礦工藝進行處理,是一種復雜難選礦。深度還原-磁選在目前被認為是一種行之有效的處理鮞狀赤鐵礦方法。本文擬采用深度還原法,研究微波加熱深度還原鮞狀赤鐵礦的條件優(yōu)化試驗,探索鮞狀赤鐵礦還原動力學反應過程的機理,為鮞狀赤鐵礦的開發(fā)利用與工藝優(yōu)化提供了理論支持。以焦炭為還原劑,采用微波加熱還原法,該礦石在配碳量C/O為1.5,堿度為0.8,還原溫度1250℃的條件下保溫10 min時,可獲得金屬化率92%以上的還原物料,經細磨至-0.074mm粒級占90%后,再通過1次磁場強度60 mT弱磁磁選,可獲得鐵品位和鐵回收率均高于90%的還原鐵粉,實驗室產出的這種鐵粉滿足高爐原料的要求。在以上基礎上,實驗發(fā)現(xiàn)加熱溫度在適當?shù)膮^(qū)間內都可以達到很好的提鐵效果。當溫度大于1150℃時,金屬化率就可以達到80%以上。雖然1250℃時金屬化率可以達到90%,但是這種情況下由于微波加熱的高效性,礦石已經出現(xiàn)部分熔融現(xiàn)象。同時,高溫下磷難以脫除反而容易與金屬鐵反應生成化合物,降低了后續(xù)產品的力學性能。當保溫時間過長時,還原出的鐵容易與脈石礦物中的硅酸鹽結合形成硅酸鐵,這與實驗的目的相悖。當CaO添加量過多、導致堿度過大時,還原反應過程中產生的反應渣量過多,阻礙了鐵氧化物與還原劑直接接觸發(fā)生反應。C與鐵氧化物等比例還原添加還原劑,若增加還原劑,能有效影響反應的化學平衡,使反應正向移動,促進還原反應進行。但是,當還原劑增加量過量時,過量的碳粉阻礙了鐵氧化物與還原劑直接接觸發(fā)生反應,從而使金屬化率反而降低。還原動力學實驗采用熱重法研究了1173 K~1473 K下鮞狀赤鐵礦的還原動力學機理,研究了溫度對還原度和還原速率的影響,采用不同固相反應機理函數(shù)對反應過程進行擬合,分析了還原不同階段反應限制性環(huán)節(jié),并對還原樣品進行了XRD、SEM和EDX表征分析。研究結果表明,隨著溫度增加,還原度和還原反應速率增加,隨著還原度增加,還原反應速率先增加后降低。其中,以石墨為還原劑時在1173 K~1373 K和1373 K~1473 K兩個溫度段下,反應過程分別符合界面化學反應1-(1-α)~(1/3)和楊德模型[1-(1-α)~(1/3)]~2,對應的表觀活化能分別為60.66 kJ/mol和301.66 kJ/mol;以木炭為還原劑時在1173 K~1373 K和1373 K~1473 K兩個溫度段下,反應過程分別符合界面化學反應1-(1-α)~(1/3)和楊德模型[(1-α)~(1/3)-1]~2,對應的表觀活化能分別為70.02 kJ/mol,215.36 kJ/mol,反應的限制環(huán)節(jié)分為界面化學反應和固態(tài)擴散;還原樣品的物相組成分析和微觀形貌分析結果與前述反應動力學機理分析結果相符合。
【圖文】：

圖 1-1 2004-2016 年我國鐵礦石進口量Fig 1-1 China's iron ore imports from 2004 to 2016鐵礦資源概況礦在我國分布情況石，在國際上又名“Clinton-type”鐵礦石和“Minette-type”鐵礦石[時，又將其稱之為“寧鄉(xiāng)式”和“宣龍式”鐵礦石。這種鐵礦石結構結構，并且這種結構的體積百分含量遠大于 5%、整個礦石中的鐵元素的沉積巖型鐵礦石。鮞粒結構是指是球形或橢球形顆粒的形態(tài)結構，具有相同形狀的同心紋層。其主要鐵礦物組成是含鐵礦物，主要有赤和針鐵礦。原礦相較于其他鐵礦的鐵品位是偏低的，其中還包括了一英、大理石、綠泥石、白云石、粘土礦物及少量的磷灰石等[4]�！滨b狀赤鐵礦是一種特殊的復雜難選礦，早在 1923 年的江西萍鄉(xiāng)，由科研組就在一次野外勘察中偶然發(fā)現(xiàn)。由此之后，相關的地質工作者

圖 1-2 “寧鄉(xiāng)式”鮞狀赤鐵礦分布圖Fig 1-2 "Ningxiang type" oolitic hematite distribution map區(qū)；②湘-贛成礦區(qū)；③甘南-川北成礦區(qū)；④川中成礦區(qū)；⑤桂東成礦區(qū)；⑦滇東成礦區(qū)；⑧黔南成礦區(qū)）發(fā)利用難點礦是一種復雜難選礦，由于其獨特的鮞狀結構，被認為是鮞狀赤鐵礦是極難選冶的一種礦石，從成分上來講主要是含有大量的磷和鋁，是高磷低硫酸性鐵礦石[6]。其中含磷，還有少部分則以藍鐵礦的形式存在。有用的金屬礦物分然而礦石中的赤鐵礦之所以難以冶煉出來，是由于和石英態(tài)，并且在環(huán)狀結構的層疊層之間混有膠磷礦，形成不規(guī)般的鐵礦石冶煉過程中，鐵礦石中的鮞粒結構難以破壞，后會將磷元素帶入生鐵中，高磷含量的生鐵在后續(xù)的機械能的低劣性，，容易發(fā)生冷脆現(xiàn)象。因此，如何在鐵礦石冶礦得以工業(yè)應用的關鍵。
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD951

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3 王同生,方治文,王德義,孟慶英;光化學法控制Np價態(tài)的研究——Ⅰ.Np(Ⅵ)的光化還原動力學[J];核化學與放射化學;1989年02期

4 夏云生;郭玉雙;;催化劑的還原動力學表征[J];渤海大學學報(自然科學版);2006年03期

5 蘭堯中,劉純鵬;鈦磁鐵礦還原動力學[J];有色金屬;1992年02期

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本文編號：2597386