還原劑對(duì)高磷鮞狀赤鐵礦直接還原同步脫磷的影響

徐承焱, 孫體昌, 祁超英, 李永利 , 莫曉蘭, 楊大偉, 李志祥, 邢寶林

(1. 北京科技大學(xué) 金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083;2. 武漢鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限責(zé)任公司，武漢430080;3. 河南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，焦作 454003)

還原劑對(duì)高磷鮞狀赤鐵礦直接還原同步脫磷的影響

徐承焱1, 孫體昌1, 祁超英2, 李永利1, 莫曉蘭1, 楊大偉1, 李志祥2, 邢寶林3

(1. 北京科技大學(xué) 金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083;2. 武漢鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限責(zé)任公司，武漢430080;3. 河南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，焦作 454003)

討論還原劑對(duì)鄂西高磷鮞狀赤鐵礦直接還原同步脫磷的影響，研究在固定脫磷劑用量下，還原劑用量對(duì)還原鐵中鐵、磷含量及鐵回收率的影響，并研究其焙燒產(chǎn)物。結(jié)果表明：還原劑中固定碳及揮發(fā)分對(duì)還原鐵中鐵品位及鐵回收率的影響較大，灰分對(duì)還原鐵中磷品位的影響較大；當(dāng)使用同一還原劑時(shí)，焙燒產(chǎn)物中金屬鐵含量隨還原劑用量的增加而增加，浮氏體含量隨還原劑用量的增加而降低，還原劑用量的增加會(huì)減弱脫磷劑與礦石中主要脈石礦物生成鋁硅酸鈉的趨勢(shì)；當(dāng)還原劑用量相同時(shí)，活性炭、焦炭、無(wú)煙煤和褐煤所得焙燒產(chǎn)物中金屬鐵含量逐漸增加，浮氏體含量逐漸降低；在這4種還原劑中，褐煤直接還原同步脫磷的效果最好，無(wú)煙煤和焦炭次之，活性炭的效果最差。

高磷鮞狀赤鐵礦；直接還原；同步脫磷；還原劑；固定碳；揮發(fā)分

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)鐵礦石的需求量日益增加，使得一些原來(lái)認(rèn)為難以處理的鐵礦具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。其中，高磷鮞狀赤鐵礦就是一個(gè)典型的代表。我國(guó)鐵礦資源儲(chǔ)量的1/9為鮞狀赤鐵礦，其中，高磷鮞狀赤鐵礦的儲(chǔ)量約為30~40 億t，對(duì)于這一資源的研究和利用具有重要的戰(zhàn)略意義[1?2]。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于該類(lèi)礦石已進(jìn)行了很多研究。其中，閆武和張欲書(shū)[3]采用脫泥?陰離子反浮選工藝脫磷，可獲得總鐵含量(Fet)為58.12%及磷含量為0.37%的鐵精礦；朱江等[4]采用重選法和強(qiáng)磁選法不能得到滿(mǎn)意的選別指標(biāo)，而采用反浮選工藝，得到了全鐵品位為57.09%及磷含量為 0.163%的選別指標(biāo)；易小祥等[5]采用磁化焙燒?反浮選工藝處理該類(lèi)礦石獲得鐵品位為60.14%及磷含量為0.22%的鐵精礦；肖巧斌等[6]進(jìn)行了重選、磁選、浮選及聯(lián)合流程實(shí)驗(yàn)，但鐵的富集和磷的去除效果都不明顯。此外，對(duì)鮞狀赤鐵礦進(jìn)行還原、改變其物相的研究也較多；其中一種方法是將鮞狀赤鐵礦進(jìn)行磁化焙燒，使弱磁性的赤鐵礦轉(zhuǎn)變成強(qiáng)磁性的磁鐵礦，然后用弱磁選回收，但所得鐵精礦中磷含量大于 0.2%[7?8]；另一種方法是將鮞狀赤鐵礦直接還原為金屬鐵，然后也進(jìn)行弱磁選回收，此種方法可以獲得直接還原鐵產(chǎn)品[9?10]，但有些文獻(xiàn)中未提及還原鐵中磷的含量，有些還原鐵中磷含量為0.3%。綜上所述，雖然對(duì)高磷鮞狀赤鐵礦提鐵降磷的研究較多，也有一定的進(jìn)展，但仍有一些問(wèn)題未得到解決，主要問(wèn)題在于鮞粒結(jié)構(gòu)中鐵礦物和含磷礦物嵌布情況復(fù)雜且粒度極細(xì)，用以上方法提鐵降磷較難。

在直接還原鐵氧化物、鐵礦石或(復(fù)合)球團(tuán)礦的研究中，研究者使用不同種類(lèi)的碳或煤作為還原劑[11?14]。其中，張清岑等[15]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，煤的反應(yīng)性、灰分和揮發(fā)分含量對(duì)還原反應(yīng)的影響較大。HALDER和 FRUEHAN[16]在旋轉(zhuǎn)爐模擬器中研究復(fù)合球團(tuán)礦的還原速率時(shí)發(fā)現(xiàn)，在原生的赤鐵礦或鐵燧巖復(fù)合球團(tuán)礦中，木炭的還原速率比煤焦的快。在鐵礦石還原動(dòng)力學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)煤比木炭有更高的反應(yīng)速率，這是因?yàn)槊涸跓峤膺^(guò)程中釋放出還原性物質(zhì)[17]。STREZOV等[18]研究認(rèn)為，當(dāng)溫度為580~920 ℃時(shí)，煤的種類(lèi)對(duì)還原反應(yīng)的影響不是主要的。

近年來(lái)，徐承焱等[19?20]針對(duì)難選鐵礦石進(jìn)行了原礦直接還原研究；楊大偉等[21?22]對(duì)高磷鮞狀赤鐵礦進(jìn)行了傳統(tǒng)的選礦和添加脫磷劑還原焙燒?磁選的研究。結(jié)果表明：后者可取得較好的選別指標(biāo)，以煤為還原劑在直接還原焙燒時(shí)添加脫磷劑，既可以提高鐵的品位又可以達(dá)到脫磷的目的，在添加脫磷劑時(shí)不同還原劑所起的還原和脫磷作用不同，因此，有必要對(duì)不同還原劑在高磷鮞狀赤鐵礦直接還原同步脫磷過(guò)程中產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究。

表1 試驗(yàn)用固態(tài)還原劑的代號(hào)及工業(yè)分析結(jié)果Table 1 Symbol and proximate analysis of reductants used in tests

1 試樣性質(zhì)

1.1 礦石性質(zhì)

試驗(yàn)用高磷鮞狀赤鐵礦石(以下簡(jiǎn)稱(chēng)原礦)中鐵和磷的品位分別為43.65%和0.83%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，其主要有用礦物為赤鐵礦和少量褐鐵礦，97.82%的鐵以赤褐鐵礦形式存在。脈石礦物主要為石英等二氧化硅礦物(含玉髓及蛋白石)，其次為綠泥石(鮞綠泥石及鱗綠泥石)及粘土類(lèi)(高嶺石及水云母)。磷主要以膠磷礦形式存在，礦石性質(zhì)詳見(jiàn)文獻(xiàn)[11]。

1.2 還原劑性質(zhì)

在原礦直接還原同步脫磷過(guò)程中，選用性質(zhì)不同的還原劑，對(duì)其產(chǎn)生的不同影響進(jìn)行研究。為敘述方便以代號(hào)表示不同的還原劑，其代號(hào)和工業(yè)分析結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，所選還原劑中的固定碳、揮發(fā)分、灰分和水分含量都有明顯的區(qū)別。其中，褐煤的水分最高，達(dá)到13.18%，無(wú)煙煤的水分最低，為1.22%；活性炭、焦炭、無(wú)煙煤的灰分相近，都在12%左右，褐煤的灰分最低，僅為 6.21%；褐煤的揮發(fā)分最高，為50.13%，焦炭的最低，為2.14%；焦炭的固定碳含量最高，達(dá)到84.99%，褐煤的最低，僅為42.72%。

2 實(shí)驗(yàn)

礦石和還原劑都破碎至粒度小于 2 mm，脫磷劑為分析純的混合鈉鹽，其代號(hào)為SY1和SY2。將礦石、還原劑和脫磷劑按一定比例混勻后，裝入石墨坩堝，在馬弗爐中進(jìn)行還原焙燒，焙燒溫度為950 ℃，焙燒時(shí)間為40 min。對(duì)焙燒產(chǎn)物進(jìn)行X射線衍射測(cè)試和兩階段磨礦：一段磨礦細(xì)度小于 74 μm 的礦粒占67.05%；二段磨礦細(xì)度小于25 μm的礦粒占97.15%，兩段磁選磁選場(chǎng)強(qiáng)度都均為89.13 kA/m。磨礦設(shè)備為實(shí)驗(yàn)室用 RK/BR三輥四筒智能棒磨機(jī)，磁選設(shè)備為0~200 kA/m的弱磁選管。為區(qū)別直接還原磁選與一般的磁化焙燒過(guò)程，將所獲得的磁性產(chǎn)品稱(chēng)為直接還原鐵，簡(jiǎn)稱(chēng)為還原鐵。

圖1 還原劑用量對(duì)還原鐵鐵品位的影響Fig.1 Effects of reductant’s dosage on Fe grade of DRI

3 結(jié)果與討論

首先討論在固定脫磷劑用量下的還原劑用量對(duì)還原鐵指標(biāo)的影響，實(shí)驗(yàn)的其他條件：脫磷劑為混合脫磷劑，比例為 m(SY1):m(SY2)=2:1，總用量為 30%。還原劑和脫磷劑的用量是指所添加的還原劑或脫磷劑與礦石的質(zhì)量比，用百分?jǐn)?shù)表示。

3.1 還原劑對(duì)還原鐵鐵品位的影響

還原劑種類(lèi)和用量對(duì)還原鐵鐵品位的影響如圖 1所示。R1鐵品位、R1磷品位及R1鐵回收率分別是指以 R1為還原劑時(shí)所得還原鐵中全鐵的品位、磷的含量和鐵的回收率，其他類(lèi)似。

從圖1可以看出，還原劑種類(lèi)及用量的變化對(duì)其還原鐵產(chǎn)品中鐵品位的影響不同。使用R1及R2為還原劑時(shí)所得還原鐵的鐵品位隨還原劑用量的增加先增加后降低，當(dāng)用量為10%~30%時(shí)，鐵品位隨其用量增加而增加，且以 R1為還原劑時(shí)鐵品位增加的幅度較大。當(dāng)用量超過(guò)30%后，鐵品位隨其用量的增加而降低，這可能是由于R1及R2中灰分含量較高，隨著還原劑用量的增加，會(huì)消耗部分脫磷劑，從而減弱了脫磷劑對(duì)鐵還原的促進(jìn)作用。當(dāng)還原劑用量小于30%時(shí)，使用R3時(shí)的鐵品位隨其用量的增加變化不大，且R3鐵品位最高，這是由于其固定碳含量較高，且揮發(fā)分含量高于R1及R2的。當(dāng)用量超過(guò)30%后，R3鐵品位有所降低。由于 R4中揮發(fā)分含量最高，它對(duì)還原反應(yīng)的活化作用隨其用量的增加而凸顯出來(lái)，R4鐵品位從其用量為 10%時(shí)的 86.21%增加到用量為 20%時(shí)的90.35%。當(dāng)其用量超過(guò)10%后，R4鐵品位隨其用量的增加變化不大，僅當(dāng)其用量超過(guò)30%后稍有增加，這是由于隨著還原劑用量的增加，還原氣氛接近飽和，還原反應(yīng)的速率開(kāi)始變慢，從而鐵品位的增加趨于平緩。

總體來(lái)看，對(duì)于揮發(fā)分含量較低的還原劑(R1和R2)，其固定碳含量對(duì)所得還原鐵鐵品位的影響較顯著，固定碳含量越高，所得還原鐵鐵品位越高。對(duì)于固定碳含量低而揮發(fā)分含量高的褐煤(R4)，其揮發(fā)分對(duì)還原反應(yīng)的活化作用可以彌補(bǔ)固定碳含量低而導(dǎo)致鐵還原效果不好的不足。對(duì)于煤階最高的無(wú)煙煤(R3)，其所得還原鐵鐵品位高于其他還原劑的。當(dāng)還原劑用量為30%時(shí)，所得還原鐵鐵品位都能達(dá)到90%以上。

3.2 還原劑對(duì)還原鐵鐵回收率的影響

還原劑種類(lèi)和用量對(duì)還原鐵鐵回收率的影響如圖2所示。由圖2可以看出，鐵回收率隨著還原劑用量的增加而增加，但增加的幅度不同。當(dāng)用量為10%~20%時(shí)，R2的鐵回收率增加的幅度最大，其次是R4和R3，R1增加的幅度最小，這是由于R2的固定碳含量最高，在還原過(guò)程中發(fā)生的碳?xì)饣磻?yīng)速率比其他還原劑的快，從而使 R2的還原效果優(yōu)于其他還原劑的[23]。當(dāng)用量為20%～30%時(shí)，R4鐵回收率增加的幅度較大，其次是R1，R3和R2增加的幅度較小，這是由于 R4的揮發(fā)分含量較高，其對(duì)于還原反應(yīng)的活化作用優(yōu)于其他還原劑。當(dāng)用量超過(guò)30%后，R2、R3和R4的鐵回收率增加的幅度變得平緩，僅有R1增加的幅度較大。在試驗(yàn)用量范圍內(nèi)，鐵回收率由大到小的順序?yàn)镽3，R2，R1，R4鐵回收率在其用量為20%～30%時(shí)逐漸高于R2和R3鐵回收率，在其用量大于30%后，R4鐵回收率最高。

由此可見(jiàn)，當(dāng)還原劑用量小于30%時(shí)，煤階較高的無(wú)煙煤(R3)由于其固定碳含量較高且揮發(fā)分含量高于焦炭(R2)和活性炭(R1)的，從而其總還原效果較好，所得還原鐵鐵回收率高于焦炭(R2)和活性炭(R1)的。當(dāng)還原劑用量超過(guò)30%后，褐煤(R4)的揮發(fā)分含量較高，它對(duì)鐵回收率還原反應(yīng)的活化作用優(yōu)于其他還原劑的，從而其所得還原鐵中鐵回收率高于其他還原劑的。

圖2 不同還原劑用量對(duì)還原鐵鐵回收率的影響Fig.2 Effects of different reductants’ dosage on Fe recovery of DRI

3.3 還原劑對(duì)還原鐵磷品位的影響

不同還原劑用量對(duì)所得還原鐵磷品位的影響如圖3所示。由圖3可以看出：當(dāng)還原劑用量小于30%時(shí)，R2、R3和R4為還原劑時(shí)所得還原鐵磷品位隨其用量的增加而降低，但降低的幅度都很平緩，其中 R2磷品位在其用量為20%～30%時(shí)，其降低的幅度有所增加。R1磷品位則是隨其用量的增加變化不大，基本都在0.06%左右。當(dāng)用量超過(guò)30%后，R1、R2和R3磷品位隨其用量的增加開(kāi)始呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，且 R2所得還原鐵磷品位增加的幅度較大，只有 R4磷品位隨其用量的增加而降低，這可能是由于 R1、R2和 R3的灰分含量比 R4的高，在相同還原劑用量時(shí)，會(huì)消耗部分脫磷劑，從而導(dǎo)致脫磷效果較差。當(dāng)還原劑用量小于30%時(shí)，4種還原劑所得還原鐵磷品位都低于0.1%。

綜上所述，還原劑種類(lèi)對(duì)于所得還原鐵指標(biāo)有很大影響，且揮發(fā)分含量越高的還原劑對(duì)還原鐵指標(biāo)的影響越大。當(dāng)還原劑用量較大時(shí)，隨著還原劑中灰分含量的增加，所得還原鐵鐵品位隨之降低，磷品位隨之增加，鐵回收率則是隨著揮發(fā)分含量的增加而增加。當(dāng)固定脫磷劑用量時(shí)，所有還原劑都可以通過(guò)增加用量同時(shí)達(dá)到提鐵降磷的效果，但用量過(guò)高時(shí)，所得還原鐵鐵品位降低，磷品位增加。還原劑中固定碳和揮發(fā)分對(duì)于所得還原鐵鐵品位和鐵回收率的影響較大，灰分對(duì)其還原鐵磷品位的影響較大。

圖3 不同還原劑用量對(duì)還原鐵磷品位的影響Fig.3 Effects of different reductants’ dosage on P grade of DRI

4 還原劑對(duì)原礦直接還原同步脫磷的作用機(jī)理

為探明還原劑對(duì)原礦直接還原同步脫磷過(guò)程產(chǎn)生不同影響的作用機(jī)理，對(duì)其焙燒產(chǎn)物進(jìn)行了X射線衍射分析。

圖4所示為還原劑用量不同時(shí)焙燒產(chǎn)物的 XRD譜。由圖4可以看出：原礦中主要礦物為赤鐵礦和石英，還有少量的方解石、白云石、綠泥石和磷灰石，經(jīng)還原焙燒后，物相發(fā)生了較大的變化。當(dāng)還原劑用量為10%時(shí)，活性炭所得的焙燒產(chǎn)物中幾乎都是浮氏體。焦炭所得的焙燒產(chǎn)物中出現(xiàn)金屬鐵的衍射峰，但強(qiáng)度較弱。褐煤的所得焙燒產(chǎn)物中也是如此。只有無(wú)煙煤為還原劑時(shí)所得的焙燒產(chǎn)物中金屬鐵和浮氏體的衍射峰強(qiáng)弱相當(dāng)，從而驗(yàn)證了前面的試驗(yàn)結(jié)果，在此用量下，無(wú)煙煤所得還原鐵鐵回收率較高。另外，焙燒產(chǎn)物中生成了新物相鋁硅酸鈉，這是因?yàn)槊摿讋┲械拟c鹽與原礦中的脈石礦物SiO2和Al2O3發(fā)生如下反應(yīng)[24]：

圖4 還原劑用量不同時(shí)焙燒產(chǎn)物的XRD譜Fig.4 XRD patterns of roasted products at different reductant’s dosages (R0—Raw ore, R1—Activated carbon, R2—Coke,R3—Anthracite，R4—Lignite): (a) 10%; (b) 20%; (c) 30%; (d) 40%

由于上述反應(yīng)破壞了原礦的鮞粒結(jié)構(gòu)，使含磷的脈石礦物可以通過(guò)細(xì)磨磁選的方式與含鐵礦物分離[25]。此外，在使用不同還原劑所得的焙燒產(chǎn)物中，石英的衍射峰都有明顯的減弱，其原因正是發(fā)生如式(1)和(2)所述反應(yīng)而造成的。

當(dāng)還原劑用量為20%時(shí)，活性炭所得的焙燒產(chǎn)物中出現(xiàn)金屬鐵的衍射峰，但其強(qiáng)度較弱。20%焦炭所得的焙燒產(chǎn)物中金屬鐵的衍射峰較10%時(shí)的增強(qiáng)，浮氏體的衍射峰減弱，且其減弱的程度較大，這是當(dāng)其用量為10%～20%時(shí)，焦炭所得還原鐵鐵回收率增加的幅度較大的原因。20%無(wú)煙煤和褐煤所得焙燒產(chǎn)物中各種礦物的變化規(guī)律與之相似，但兩者金屬鐵衍射峰較10%時(shí)的都有明顯的增強(qiáng)，且其增強(qiáng)的幅度較大，這也是在此用量范圍內(nèi)，褐煤所得還原鐵鐵品位增加的幅度較大的原因。

當(dāng)還原劑用量為30%時(shí)，活性炭所得的焙燒產(chǎn)物中金屬鐵的衍射峰強(qiáng)度開(kāi)始大于浮氏體的，從而可以說(shuō)明，當(dāng)活性炭用量為20%～30%時(shí)，其所得還原鐵鐵回收率增加的幅度較大。30%焦炭所得的焙燒產(chǎn)物中金屬鐵和浮氏體的衍射峰較20%時(shí)分別明顯增強(qiáng)和減弱，從而所得還原鐵鐵品位增加幅度較大。30%無(wú)煙煤和褐煤所得焙燒產(chǎn)物中各種礦物的變化規(guī)律與之相似，金屬鐵和浮氏體的衍射峰均有所增強(qiáng)和減弱，但幅度都很小，因此，所得還原鐵鐵品位增加緩慢。

當(dāng)還原劑用量為40%時(shí)，活性炭所得的焙燒產(chǎn)物中浮氏體的衍射峰明顯減弱，從而可以說(shuō)明當(dāng)還原劑用量為30%～40%時(shí)，活性炭所得還原鐵鐵回收率增加的幅度較大，金屬鐵的衍射峰增強(qiáng)，但與使用其他還原劑的情況相比，其強(qiáng)度還是較低，這也正是當(dāng)還原劑用量為40%時(shí)，活性炭所得還原鐵鐵回收率仍較低的原因。焦炭所得的焙燒產(chǎn)物中金屬鐵的衍射峰較30%時(shí)的有所增強(qiáng)。40%無(wú)煙煤和褐煤所得焙燒產(chǎn)物中各種礦物的變化規(guī)律與用量30%時(shí)的相似。

當(dāng)還原劑用量為10%～20%時(shí)，鋁硅酸鈉和石英的衍射峰在無(wú)煙煤和褐煤所得的焙燒產(chǎn)物中增強(qiáng)，這是因?yàn)楹置汉蜔o(wú)煙煤的揮發(fā)分較高，從而在其還原過(guò)程中CO的濃度較高，促進(jìn)了反應(yīng)(1)和(2)的進(jìn)行。而在焦炭和活性炭所得焙燒產(chǎn)物中，鋁硅酸鈉的衍射峰有所減弱，是由于其揮發(fā)分含量較低，還原焙燒過(guò)程中CO的濃度較低，反應(yīng)(1)和(2)的速度較慢，從而使鋁硅酸鈉的含量降低，而石英的峰變化不大。

當(dāng)還原劑用量為20%～40%時(shí)，在活性炭、無(wú)煙煤、褐煤所得的焙燒產(chǎn)物中，鋁硅酸鈉和石英的衍射峰明顯減弱，這可能是因?yàn)殡S著還原劑用量的增加，還原氣氛接近飽和， CO的濃度開(kāi)始降低；而在焦炭所得的焙燒產(chǎn)物中鋁硅酸鈉和石英的衍射峰增強(qiáng)，這是因?yàn)榻固康幕曳趾枯^高，當(dāng)其用量較高時(shí)，灰分中的SiO2和Al2O3也部分參與了反應(yīng)(1)和(2)，導(dǎo)致鋁硅酸鈉含量增加。

綜上所述，當(dāng)還原劑用量相同時(shí)，活性炭所得焙燒產(chǎn)物中浮氏體的含量較高，而焦炭、無(wú)煙煤和褐煤所得焙燒產(chǎn)物中金屬鐵含量逐漸增加，浮氏體含量逐漸降低，從而其鐵還原效果以褐煤最佳，無(wú)煙煤、焦炭、活性炭依次降低；鋁硅酸鈉和石英的衍射峰在不同還原劑所得焙燒產(chǎn)物中總體呈現(xiàn)減弱的趨勢(shì)。使用同一還原劑時(shí)，還原劑用量的增加會(huì)減弱脫磷劑與原礦中的脈石礦物生成鋁硅酸鈉的趨勢(shì)。關(guān)于鋁硅酸鈉和石英在不同還原劑所得焙燒產(chǎn)物中的變化規(guī)律與脫磷的關(guān)系，有待于進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

1) 不同還原劑用量試驗(yàn)表明：還原劑種類(lèi)對(duì)于所得還原鐵指標(biāo)有很大影響，且對(duì)于揮發(fā)分含量較高的還原劑來(lái)說(shuō)，其對(duì)于還原鐵指標(biāo)的影響更大。當(dāng)固定脫磷劑用量為30%和還原劑用量為30%時(shí)，都可以得到鐵品位高于90%，磷品位低于0.1%的還原鐵，褐煤的鐵回收率最高，其次為無(wú)煙煤和焦炭，活性炭的最低。

2) 還原劑中固定碳和揮發(fā)分對(duì)于所得還原鐵鐵品位和鐵回收率的影響較大；灰分對(duì)其還原鐵磷品位影響較大。

3) X射線衍射分析表明：使用同一還原劑時(shí)，隨著還原劑用量的增加，焙燒產(chǎn)物中浮氏體的含量逐漸降低，金屬鐵的含量逐漸增加，鋁硅酸鈉和石英的衍射峰弱的逐漸減弱；還原劑用量的增加會(huì)減弱脫磷劑與礦石中主要脈石礦物生成鋁硅酸鈉的趨勢(shì)。當(dāng)還原劑用量相同時(shí)，活性炭、焦炭、無(wú)煙煤和褐煤所得焙燒產(chǎn)物中金屬鐵含量逐漸增加，浮氏體含量逐漸降低，因此，鐵還原效果以褐煤最佳，無(wú)煙煤、焦炭和活性炭依次降低。

4) 在所設(shè)計(jì)的4種還原劑中，褐煤的直接還原同步脫磷效果較好，無(wú)煙煤和焦炭次之，活性炭較差。由于焦炭和活性炭在相同用量時(shí)所得還原鐵鐵回收率較低，因此，不推薦使用。

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Effects of reductants on direct reduction and synchronous dephosphorization of high-phosphorous oolitic hematite

XU Cheng-yan1, SUN Ti-chang1, QI Chao-ying2, LI Yong-li1, MO Xiao-lan1,YANG Da-wei1, LI Zhi-xiang2, XING Bao-lin3
(1. Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines, Ministry of Education, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China;2. Wuhan Iron & Steel Group Minerals Co., Ltd., Wuhan 430080, China;3. School of Materials Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China

With a high-phosphorus oolitic hematite ore as the sample, the effects of reductants on direct reduction and synchronous dephosphorization were investigated, the effects of different solid reductant dosages on the contents of Fe and P as well as iron recovery in direct reduced iron (DRI) at a fixed dephosphorization agent dosage were studied, and the roasted products were also discussed. The results show that the fixed carbon and volatile in the reductants have a great influence on Fe grade and recovery of direct iron, and the ash has a great effect on P grade of the direct iron. The contents of Fe and wustite in the roasted products increase and decrease respectively by increasing the dosage of reductants, the trend of sodium aluminosilicate generated from the reaction of dephosphorization agent and the gangue minerals can be reduced by increasing the dosage of reductants. Under the same dosage of reductants, the highest content of Fe in the roasted product is produced by using activated carbon as reductant, followed by coke, anthracite and lignite, the content of wustite in the roasted products is gradually decreased. Among these solid reductants, lignite has the best effect of direct reduction and synchronous dephosphorization, while anthracite and coke take the second place, and activated carbon has the worst effect.

high-phosphorus oolitic hematite; direct reduction; synchronous dephosphorization; reductant; fixed carbon;volatile

TD925; TF55

A

1004-0609(2011)03-0680-07

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51074016); 冶金工程研究院基礎(chǔ)理論研究基金資助項(xiàng)目(YJ2010-001)

2010-05-10；

2010-07-02

孫體昌，教授，博士；電話(huà)：010-62333603；E-mail: suntc@ces.ustb.edu.cn

(編輯 陳衛(wèi)萍)