氫氣還原鮞狀赤鐵礦的動力學研究

發(fā)布時間：2020-07-02 07:58

【摘要】：鮞狀赤鐵礦是一類重要的鐵礦石資源,但由于礦石結(jié)構(gòu)特點復雜以及生產(chǎn)技術(shù)落后,該類鐵礦石資源尚未得到開發(fā)利用。我國“十三五規(guī)劃”提出綠色發(fā)展理念,力爭在未來五年內(nèi)淘汰落后鋼鐵產(chǎn)能1億噸,因此綠色發(fā)展理念成為了冶金工作者的重要研究方向。本文以貴州赫章地區(qū)鮞狀赤鐵礦為研究對象,探索氫氣直接還原研究的可行性,同時結(jié)合鐵礦石磁選工藝制備金屬鐵。本文以實現(xiàn)鮞狀赤鐵礦的綜合利用為目的,首先系統(tǒng)研究了該礦石的礦物學特征,針對復雜難選的結(jié)構(gòu)特點,開發(fā)出了氫氣直接還原-磁選分離以及氧化鈣強化還原工藝方法;其次利用冶金反應熱力學手段,分析了氫氣還原鮞狀赤鐵礦的可行性,在此基礎(chǔ)之上,探究了不同因素對鮞狀赤鐵礦還原的影響規(guī)律,同時結(jié)合磁選分離技術(shù)實現(xiàn)了金屬鐵和脈石礦物的有效分離。最后利用冶金反應過程動力學研究方法,探究了氫氣還原鮞狀赤鐵礦的限制性環(huán)節(jié)以及表觀活化能。本研究利用化學分析、光學顯微鏡、電子探針、XRD和掃描電鏡等實驗手段揭示了氫氣還原鮞狀赤鐵礦反應機理。主要研究結(jié)論如下:(1)鮞狀赤鐵礦礦物學特征研究表明:鮞狀赤鐵礦是一種成分復雜的鐵礦石,該礦以鮞粒結(jié)構(gòu)為主,呈同心環(huán)帶結(jié)構(gòu),大多為正圓或者橢圓狀。由于鮞粒之間相互包裹,且結(jié)構(gòu)比較致密,所以大大增加了鮞狀赤鐵礦的選礦難度。(2)冶金反應熱力學研究表明:氫氣還原鮞狀赤鐵礦遵循逐級還原的規(guī)律,在鐵穩(wěn)定區(qū)域,隨著還原溫度的升高,所需要的還原劑濃度在下降,說明在一定的氫氣濃度下氧化鐵被還原。(3)氫氣還原鮞狀赤鐵礦-磁選工藝研究結(jié)果表明:在還原溫度1100℃、還原時間150min、二元堿度1.5的條件下,可以獲得金屬化率為95.48%的產(chǎn)物;磁選分離后,可以獲得鐵品位92.14%,鐵回收率93.15%,磷品位0.16%,脫磷率90.47%的鐵精礦。(4)氫氣還原鮞狀赤鐵礦動力學研究結(jié)果表明:在溫度為900℃~1100℃時,經(jīng)過多次擬合,原礦還原度在50%以前受化學反應控制,隨后還原過程轉(zhuǎn)變?yōu)槭軆?nèi)擴散控制,隨著溫度的升高,反應速率常數(shù)逐漸升高。反應過程的表觀活化能為69.72KJ/mol。在溫度為900℃~1100℃時,經(jīng)過多次擬合,堿度1.0的鐵礦石還原度在50%以前受化學反應控制,隨后還原過程轉(zhuǎn)變?yōu)槭軆?nèi)擴散控制,隨著溫度的升高,反應速率常數(shù)逐漸升高,反應過程轉(zhuǎn)變?yōu)槭軆?nèi)擴散的反應時間比原礦提前了5min。反應過程表觀活化能為34.29 KJ/mol,比原礦表觀活化能降低了35.43 KJ/mol,表明添加氧化鈣降低了反應過程位壘。
【學位授予單位】：貴州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TF55
【圖文】：

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