鐵酸鈉對(duì)含鐵礦物碳熱還原過(guò)程鐵粒形成的影響

李小斌，王一霖，周秋生，彭志宏，劉桂華，齊天貴（1. 中南大學(xué) 冶金與環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083；2. 中南大學(xué) 難冶有色金屬資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083）

鐵酸鈉對(duì)含鐵礦物碳熱還原過(guò)程鐵粒形成的影響

李小斌1， 2，王一霖1， 2，周秋生1， 2，彭志宏1， 2，劉桂華1， 2，齊天貴1， 2
（1. 中南大學(xué) 冶金與環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083；
2. 中南大學(xué) 難冶有色金屬資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083）

通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算、動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)以及還原產(chǎn)物微觀形貌掃描電鏡分析，研究 Na2O?Fe2O3在Fe2O3/MgFe2O4-Na2CO3-C還原體系中的作用。結(jié)果表明：在該體系中，Na2CO3與Fe2O3或MgFe2O4快速反應(yīng)生成更易被碳還原的Na2O?Fe2O3，從而降低還原反應(yīng)的起始溫度，并加速反應(yīng)的進(jìn)行；Na2O?Fe2O3還能促進(jìn)含鐵礦物碳熱還原過(guò)程中鐵晶粒的長(zhǎng)大，有利于后續(xù)鐵礦物的磁選分離。

冶金廢渣；碳酸鈉；還原焙燒；鐵酸鈉

還原焙燒-磁選法［1］是一種常用的處理含鐵冶煉廢渣回收其中鐵礦物的方法，即將這些鐵礦物如赤鐵礦、針鐵礦、鐵橄欖石以及各種鐵尖晶石等還原為單質(zhì)鐵或磁鐵礦，進(jìn)而通過(guò)磁選分離回收鐵。該方法具有對(duì)物料適應(yīng)性強(qiáng)、工藝成熟的優(yōu)點(diǎn)，在處理高鐵赤泥［2］、無(wú)鈣焙燒鉻渣［3］、鋅浸出渣［4］和銅冶煉渣［5］等含鐵廢渣和尾礦中均有應(yīng)用，但同時(shí)存在諸如還原溫度高、能耗大和部分礦物因組分細(xì)粒嵌布而分離困難的缺點(diǎn)。因此，研究強(qiáng)化還原焙燒過(guò)程具有重要意義。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)冶金廢渣的還原焙燒進(jìn)行了廣泛的研究，眾多研究表明：Na2CO3作為添加劑可以強(qiáng)化鐵礦物的還原，但是對(duì)其過(guò)程機(jī)理尚未形成一致意見(jiàn)。郭培民等［6］在研究炭還原氧化鐵過(guò)程時(shí)認(rèn)為，碳酸鈉的加入加速了碳的氣化，促進(jìn)了氧化鐵還原過(guò)程中的直接還原和間接還原反應(yīng)的進(jìn)行，從而加速氧化鐵的還原。黃柱成等［7］、梅賢恭等［8-9］在研究赤泥煤基還原時(shí)提出，強(qiáng)堿性氧化物可從鐵橄欖石中置換出FeO，從而提高FeO活度，優(yōu)化反應(yīng)傳質(zhì)和傳熱條件，促進(jìn)鐵晶粒的長(zhǎng)大及鐵礦物的還原。姜濤等［10-11］在研究高鋁褐鐵礦和紅土鎳礦處理新工藝時(shí)認(rèn)為，加入碳酸鈉可以與脈石成分氧化鋁和氧化硅反應(yīng)，破壞礦石結(jié)構(gòu)，進(jìn)而加速鐵礦石的還原過(guò)程。以上研究對(duì)碳酸鈉促進(jìn)鐵礦物還原的機(jī)理從不同方面進(jìn)行了解釋，但Na2CO3與鐵礦物反應(yīng)生成Na2O?Fe2O3的作用并未被關(guān)注。此外，對(duì)于含鐵尖晶石類礦物（如無(wú)鈣焙燒鉻渣）的還原也研究較少，相關(guān)工藝缺乏理論基礎(chǔ)。因此，本文作者研究 Na2O?Fe2O3對(duì)冶煉廢渣中典型含鐵化合物（赤鐵礦和含鐵尖晶石）碳熱還原過(guò)程的影響及機(jī)理，以期為進(jìn)一步優(yōu)化該還原過(guò)程提供理論依據(jù)。

1 熱力學(xué)計(jì)算

1.1 含鐵礦物碳熱還原過(guò)程中的主要反應(yīng)

采用還原焙燒法處理含鐵冶煉廢渣過(guò)程中，其鐵礦物（如赤鐵礦和鐵鎂尖晶石）碳熱還原的主要反應(yīng)如下：

在有碳酸鈉情況下，還能發(fā)生如下反應(yīng)：

1.2 熱力學(xué)分析

根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算方法［12］，計(jì)算得到含鐵礦物碳熱還原和Na2CO3與其反應(yīng)生成Na2O?Fe2O3的反應(yīng)吉布斯自由能與溫度之間的關(guān)系，其結(jié)果如圖1所示。

由圖1可見(jiàn)，還原體系中鐵礦物的碳熱還原以及與純堿形成二元鈉鹽化合物的反應(yīng)吉布斯自由能都隨著溫度的升高而逐漸降低，當(dāng)溫度大于1200 K時(shí)，上述反應(yīng)的吉布斯自由能均為負(fù)值，說(shuō)明在此溫度以上，還原反應(yīng)及含鐵礦物與碳酸鈉反應(yīng)生成 Na2O?Fe2O3的過(guò)程均可以發(fā)生。同時(shí)注意到，Na2O?Fe2O3被碳還原的初始溫度較其他鐵礦物（如赤鐵礦，鐵鎂尖晶石）被碳還原的初始溫度低，即反應(yīng)可在更低溫度條件下發(fā)生。

圖1 反應(yīng)（1）～（5）吉布斯自由能與溫度的關(guān)系Fig. 1 Relationship between Gibbs free energy and temperature of reactions （1）-（5）

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 原料與設(shè)備

為了排除雜質(zhì)礦物的影響，所用含鐵化合物如赤鐵礦（Fe2O3）、鐵酸鈉（Na2O?Fe2O3）、鐵鎂尖晶石（MgO?Fe2O3）、鐵鉻鎂尖晶石（MgO（Cr2O3）0.5（Fe2O3）0.5）均為分析純或?qū)嶒?yàn)室合成。還原劑為焦煤，其固定碳含量為79.82%，揮發(fā)份為9.62%，灰分為8.34%。試驗(yàn)用含鐵化合物合成條件如表1所列，合成礦物物相分析結(jié)果如圖2所示。

差熱-熱重實(shí)驗(yàn)采用 SDTQ600型熱分析儀（美國(guó)TA公司生產(chǎn)），樣品的微觀形貌和物相組成則分別借助JSM-6360LV型高低真空掃描電鏡（日本株式會(huì)社生產(chǎn)）和Rigaku-TTRⅢ型X射線衍射儀（日本株式會(huì)社生產(chǎn)，銅靶）進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)室含鐵化合物的制備與還原實(shí)驗(yàn)在RHTH120-300型管式氣氛爐（德國(guó)Nabertherm公司生產(chǎn)）中進(jìn)行，還原物料的磁選分離在SSC型磁選管（唐山宏達(dá)機(jī)械廠生產(chǎn)）中進(jìn)行。

表1 含鐵化合物合成條件Table 1 Synthesis conditions of Iron-containing compounds

圖2 制備含鐵化合物物相分析Fig. 2 XRD patterns of synthesized iron-containing compounds

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

1） 差熱-熱重實(shí)驗(yàn)

將反應(yīng)物料按相應(yīng)配比在混料機(jī)上混合均勻，然后加入 SDTQ600型熱分析儀，采用程序升溫控制方式（升溫速率為 10 ℃/min），從室溫緩慢升溫至1000 ℃，以流量為100 mL/min的高純度氬氣作為載氣。根據(jù)熱分析儀記錄的熱重（TG）曲線得到升溫過(guò)程各物相反應(yīng)和溫度之間的關(guān)系。比較混合物料的理論質(zhì)量損失率和實(shí)際質(zhì)量損失率即可換算得到其反應(yīng)率。

2） 含鐵化合物還原實(shí)驗(yàn)

將含鐵化合物（氧化鐵和含鐵尖晶石）、還原劑以及碳酸鈉按設(shè)定配比在混礦機(jī)上混勻，稱取一定質(zhì)量的混合物料放入剛玉坩堝，置于設(shè)定好溫度的高溫管式氣氛爐中進(jìn)行還原焙燒，一定時(shí)間后取出坩堝，水淬冷卻，物料細(xì)磨分析金屬化率。稱取一定質(zhì)量經(jīng)磨細(xì)的物料放入磁選管中進(jìn)行磁選分離，將磁性物質(zhì)與非磁性物質(zhì)分別抽濾烘干得到精礦和尾礦，用于成分分析和物相分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 Na2O·Fe2O3在赤鐵礦物還原過(guò)程中的作用

拜耳法高鐵赤泥的含鐵化合物主要以赤鐵礦形態(tài)存在，堆存量巨大［13］，其鐵含量高達(dá)30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以上，同時(shí)含有 6%～8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的 Na2O，采用還原焙燒法回收其中的Fe2O3、Al2O3和Na2O是其高效綜合利用的重要途徑，因而深入研究Na2O?Fe2O3對(duì)于此類含鐵冶煉廢渣的還原影響及機(jī)理具有重要的意義。為此，將不同配比的氧化鐵（鐵酸鈉）、碳酸鈉和還原劑混合物料進(jìn)行熱重分析，其物料配比和質(zhì)量變化曲線如圖3所示。

圖3 溫度對(duì)Fe2O3-Na2CO3-C體系還原過(guò)程熱重曲線的影響（10 ℃/min）Fig. 3 Effect of temperature on mass loss of Fe2O3-Na2CO3-C system during reduction （10 ℃/min）: 1—n（Fe2O3）:n（C）=1:3；2—n（Na2O?Fe2O3）:n（C）=1:3； 3—n（Fe2O3）:n（Na2CO3）:n（C）= 1:1:3； 4—n（Fe2O3）:n（Na2CO3）=1:1

由圖 3可知，在熱重分析過(guò)程中，F(xiàn)e2O3和Na2O?Fe2O3碳熱還原反應(yīng)的開(kāi)始溫度分別約為576和573 ℃，如圖中曲線1和2所示，另外從質(zhì)量損失率可以看出，Na2O?Fe2O3比Fe2O3更容易被碳還原。曲線3表明，有Na2CO3存在情況下，碳還原Fe2O3反應(yīng)開(kāi)始溫度約為 598 ℃。Fe2O3與 Na2CO3生成Na2O?Fe2O3的反應(yīng)從 620 ℃開(kāi)始劇烈發(fā)生，升溫至870 ℃時(shí)，反應(yīng)已基本結(jié)束，即Na2O?Fe2O3較易生成（見(jiàn)圖3中曲線4）。也就是說(shuō)在Fe2O3-Na2CO3-C三組分混合體系中，當(dāng)溫度高于620 ℃時(shí)，Na2O?Fe2O3的形成、Fe2O3和 Na2O?Fe2O3的碳熱還原反應(yīng)將同時(shí)進(jìn)行。

熱重分析為非等溫條件動(dòng)力學(xué)研究，為了進(jìn)一步研究中間產(chǎn)物Na2O?Fe2O3對(duì)赤鐵礦還原過(guò)程的影響，在900 ℃條件下，分別將混合物料進(jìn)行還原焙燒一定時(shí)間，取出水淬冷卻后測(cè)定其還原產(chǎn)物中鐵礦物的金屬化率，其結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，在900 ℃時(shí)赤鐵礦還原金屬化率受反應(yīng)時(shí)間和混合物料組成影響較大。在反應(yīng)前10 min內(nèi)，F(xiàn)e2O3-Na2CO3-C體系與Fe2O3-C體系中鐵礦物的金屬化率均只在 0.25%～2%之間，低于Na2O?Fe2O3-C體系金屬化率。在反應(yīng)10～30 min內(nèi)，F(xiàn)e2O3-Na2CO3-C體系反應(yīng)較快，金屬化率從2%迅速達(dá)到85%左右，與Na2O?Fe2O3-C體系金屬化率接近，而Fe2O3-C體系依舊反應(yīng)緩慢。結(jié)合前文熱重分析可認(rèn)為，在反應(yīng)初期，當(dāng)Na2CO3與Fe2O3沒(méi)來(lái)得及反應(yīng)時(shí)，其對(duì)Fe2O3-C體系還原過(guò)程影響不大，Na2O?Fe2O3較 Fe2O3更容易被碳還原；而經(jīng)一段反應(yīng)時(shí)間后，F(xiàn)e2O3-Na2CO3-C體系中Na2O?Fe2O3大量生成，使得混合物料中的赤鐵礦物得以快速還原。Fe2O3-Na2CO3-C體系和Na2O?Fe2O3-C體系金屬化率在反應(yīng)40 min后較為接近，達(dá)到85%～87%左右，而沒(méi)有添加碳酸鈉的Fe2O3-C體系在反應(yīng)40 min后，金屬化率僅為17.7%，鐵礦物的還原度遠(yuǎn)小于 Fe2O3-Na2CO3-C體系和Na2O?Fe2O3-C體系中鐵礦物還原度。同時(shí)，比較圖4中曲線2和4可以看出，Na2CO3含量越大，F(xiàn)e2O3還原反應(yīng)率越高。

圖4 900 ℃時(shí)Fe2O3-Na2CO3-C體系還原反應(yīng)鐵礦物的金屬化率與還原時(shí)間的關(guān)系Fig. 4 Relationship between metallization rate and reduction duration of Fe2O3at 900 ℃: 1—n（Fe2O3）:n（C）=1:3； 2—n（Na2O?Fe2O3）:n（C）=1:3； 3—n（Fe2O3）:n（Na2CO3）:n（C）= 1:1:3；4—n（Fe2O3）:n（Na2CO3）: n（C）= 1:0.5:3

3.2 Na2O·Fe2O3在含鐵尖晶石礦物還原過(guò)程中的作用

濕法煉鋅廠鋅浸出渣和鉻鹽生產(chǎn)所排放出的鉻渣等，鐵含量高達(dá)25%以上，主要賦存于含鐵尖晶石如鐵酸鋅尖晶石、鐵酸鎂尖晶石和鐵鉻酸鎂尖晶石中。相關(guān)熱力學(xué)研究表明［14-15］，這些含鐵尖晶石性質(zhì)穩(wěn)定，通常需較高溫度才能分解。因此，研究降低此類含鐵化合物的還原溫度的方法和原理是有意義的。為此，將MgO?Fe2O3和MgO（Cr2O3）0.5（Fe2O3）0.5配入不同比例的碳酸鈉及還原劑，進(jìn)行熱重分析，其物料配比和質(zhì)量變化曲線如圖5所示。

圖 5 MgO?Fe2O3（MgO（Cr2O3）0.5（Fe2O3）0.5）-Na2CO3-C體系還原過(guò)程熱重曲線（10 ℃/min）Fig. 5 Mass loss of MgO?Fe2O3（MgO（Cr2O3）0.5（Fe2O3）0.5）-Na2CO3-C system during reducting （10 ℃/min）: 1—n（MgO?Fe2O3）:n（C）=1:3； 2—n（MgO?Fe2O3）:n（Na2CO3）:n（C）= 1:1:3； 3 —　n（MgO-（Cr2O3）0.5（Fe2O3）0.5）:n（C）=1:3； 4 —n（MgO（Cr2O3）0.5（Fe2O3）0.5）:n（Na2CO3）:n（C）=1:0.5:3

從圖5可知，在無(wú)碳酸鈉情況下（見(jiàn)圖5中曲線1 和3），MgO?Fe2O3和MgO（Cr2O3）0.5（Fe2O3）0.5的碳熱還原反應(yīng)過(guò)程中物料質(zhì)量降低緩慢且幅度較小，即此條件下，鐵鎂尖晶石與鐵鉻鎂尖晶石皆比較穩(wěn)定，很難被碳還原。而配入碳酸鈉組分之后（見(jiàn)圖5中曲線2，4），相同實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)溫度達(dá)到 1000 ℃左右時(shí)，MgO?Fe2O3和MgO（Cr2O3）0.5（Fe2O3）0.5對(duì)應(yīng)混合物料質(zhì)量損失率均增加至25%左右，表明還原反應(yīng)進(jìn)行快速。相關(guān)研究表明［3］，Na2CO3和鐵鎂尖晶石反應(yīng)生成Na2O?Fe2O3和MgO的反應(yīng)起始溫度約為726 ℃，當(dāng)升溫至945 ℃左右時(shí)已經(jīng)反應(yīng)完全，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)體系中，Na2O?Fe2O3的生成與尖晶石的還原將同步發(fā)生。根據(jù)前文熱力學(xué)及熱重分析可知，反應(yīng)生成的鐵酸鈉與混合物料中原有的含鐵尖晶石相比，起始還原溫度更低且還原速率更快，因此加快了含鐵尖晶石的碳熱還原反應(yīng)。

為了進(jìn)一步研究 Na2CO3對(duì)于含鐵尖晶石類化合物碳熱還原過(guò)程影響，將圖5中不同配比的混合物料于950 ℃進(jìn)行還原焙燒一定時(shí)間后，取出水淬冷卻后測(cè)定其還原產(chǎn)物中鐵礦物的金屬化率，其結(jié)果如圖 6所示。

圖 6 還原時(shí)間對(duì)含鐵尖晶石-碳酸鈉-炭反應(yīng)體系鐵礦物的金屬化率的影響Fig. 6 Effect of reduction duration on metallization ratio of MgO?Fe2O3（MgO（Cr2O3）0.5（Fe2O3）0.5）-Na2CO3-C system: 1—n（MgO?Fe2O3）:n（C）=1:3； 2—n（MgO?Fe2O3）:n（Na2CO3）:n（C）= 1:1:3； 3—n（MgO（Cr2O3）0.5（Fe2O3）0.5）:n（C）=1:3； 4—n（MgO-（Cr2O3）0.5（Fe2O3）0.5）: n（Na2CO3）:n（C）= 1:0.5:3

由圖6可知，含鐵尖晶石化合物還原反應(yīng)鐵礦物的金屬化率同樣受原料組成和反應(yīng)時(shí)間影響。在不添加 Na2CO3的反應(yīng)物料中，鐵鎂尖晶石、鐵鉻鎂尖晶石基本不與還原劑發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)40 min后，其金屬化率僅為1%左右。而添加Na2CO3后，含鐵尖晶石碳熱還原的金屬化率顯著提高，反應(yīng)40 min后，鐵鎂尖晶石和鐵鉻鎂尖晶石反應(yīng)鐵礦物的金屬化率分別達(dá)到20%和62%左右，說(shuō)明 Na2CO3對(duì)于降低含鐵尖晶石的碳熱還原起始溫度和加快反應(yīng)速度具有較大的推動(dòng)作用。與 Na2CO3對(duì)赤鐵礦碳熱還原反應(yīng)影響類似，在反應(yīng)開(kāi)始前10 min，Na2CO3尚未來(lái)得及與含鐵尖晶石反應(yīng)，因此對(duì)反應(yīng)金屬化率影響不大，10 min后，反應(yīng)生成的 Na2O?Fe2O3一定程度上促進(jìn)了反應(yīng)的發(fā)生。

3.3 Na2O·Fe2O3對(duì)含鐵化合物還原產(chǎn)物的影響

雖然上述研究證明了 Na2CO3對(duì)冶金廢渣中典型含鐵化合物碳熱還原的促進(jìn)作用緣于 Na2O?Fe2O3的形成，但大部分的冶金廢渣含鐵組分粒度較細(xì)，還原產(chǎn)物難以實(shí)現(xiàn)有效的礦物分離，因此，有必要進(jìn)一步研究Na2O?Fe2O3對(duì)物料還原產(chǎn)物顆粒形貌的影響。為此以鐵酸鎂為實(shí)驗(yàn)原料，配入一定比例的 Na2CO3和煤粉，在1000 ℃下還原焙燒60 min，對(duì)其還原所得物料進(jìn)行背散射掃描電鏡分析，其結(jié)果如圖7所示。

圖7 1000 ℃時(shí)不同碳酸鈉配比條件下鐵酸鎂還原產(chǎn)物的SEM像Fig. 7 SEM images of reduction product of MgO?Fe2O3with different sodium carbonate ratio at 1000 ℃: （a） n（Na2CO3）/n（Fe2O3）=0；（b） n（Na2CO3）/n（Fe2O3）=0.33； （c） n（Na2CO3）/n（Fe2O3）=0.66； （d） n（Na2CO3）/n（Fe2O3）=1

結(jié)合微區(qū)成分分析，圖7中亮度較高的白色顆粒主要成分為鐵，灰黑色小顆粒主要成分為氧化鎂。當(dāng)不添加 Na2CO3時(shí)，還原物中鐵礦物與雜質(zhì)組分界限不明顯，鐵組分與雜質(zhì)組分解離度低，此條件下還原產(chǎn)物難以通過(guò)磁選實(shí)現(xiàn)含鐵組分與雜質(zhì)元素的分離。隨n（Na2CO3）/n（Fe2O3）從0.33提高到0.66，還原產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生較明顯的變化，金屬鐵顆粒粒徑由 2～3 μm長(zhǎng)大至15 μm左右，鐵晶粒的長(zhǎng)大有利于磨礦過(guò)程中礦物單體解離度的提高和磁選分離，從而提高精礦品位和回收率。繼續(xù)提高 Na2CO3的加入量，還原產(chǎn)物微觀形貌變化不明顯，因此，適量的 Na2CO3加入反應(yīng)，有利于鐵鎂尖晶石的碳熱還原，能夠促進(jìn)鐵晶粒的長(zhǎng)大。另有研究表明［16］，在添加其他鈉鹽如Na2SO4對(duì)于高鐵赤泥還原焙燒產(chǎn)物中的鐵晶粒長(zhǎng)大亦有促進(jìn)作用，其機(jī)理同樣可能是由于Na2O?Fe2O3的生成，促進(jìn)了還原反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)而使鐵晶粒更為粗大。

為了研究不同碳酸鈉配比對(duì)還原產(chǎn)物磁選性能的影響，對(duì)上述實(shí)驗(yàn)條件下得到的還原物料于弱磁場(chǎng)強(qiáng)度下進(jìn)行分離，其鐵品位和回收率如圖8所示。

從圖8中可以看出，隨著物料中碳酸鈉配比從0增加到0.66，磁選精礦中鐵品位顯著提高，同時(shí)尾礦中鐵含量下降，鐵回收率從74.39%提高到98.47%，即在實(shí)驗(yàn)條件下，碳酸鈉配比的增加有利于含鐵組分和雜質(zhì)礦物的分離。當(dāng)碳酸鈉配比從0.66繼續(xù)提高到1時(shí)，精礦產(chǎn)率增加，但其中鐵品位略有下降，尾礦中鐵含量增多，回收率變化不大。這可能是由于隨碳酸鈉配比的提高，導(dǎo)致物料熔點(diǎn)降低，液相量增加，還原產(chǎn)物收縮度加大，各組分嵌布更加緊密。在相同磨礦條件下，磁性物質(zhì)與非磁性物質(zhì)解離度降低，進(jìn)而影響鐵和雜質(zhì)元素的分離效果，同時(shí)，高堿配比可能使精礦中的含量升高，對(duì)后續(xù)高爐冶煉造成危害。在還原溫度為1000 ℃、時(shí)間為60 min條件下，碳酸鈉配比n（Na2CO3）/n（Fe2O3）=0.66為宜，此時(shí)精礦中全鐵品位為94.7%，全鐵回收率為98.47%。

圖8 碳酸鈉配比對(duì)鐵酸鎂還原產(chǎn)物磁選分離的影響Fig. 8 Effect of sodium carbonate ratio on iron recovery rate and iron grade

4 結(jié)論

1） 在 Fe2O3-Na2CO3-C還原體系中，F(xiàn)e2O3易與Na2CO3反應(yīng)生成 Na2O?Fe2O3，Na2O?Fe2O3相對(duì)于Fe2O3更容易被碳還原，從而加速還原反應(yīng)的進(jìn)行。

2） MgO?Fe2O3和MgO（Cr2O3）0.5（Fe2O3）0.5性質(zhì)穩(wěn)定且不易被碳還原，配入 Na2CO3可以與含鐵尖晶石類化合物反應(yīng)生成Na2O?Fe2O3，降低含鐵尖晶石類礦物的C還原溫度，加快反應(yīng)速度。

3） Na2O?Fe2O3可以強(qiáng)化含鐵礦物還原，促進(jìn)還原物料中鐵晶粒的長(zhǎng)大，有利于鐵礦物的磁選分離回收。

REFERENCES

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（編輯 龍懷中）

Effect of sodium ferrite （Ⅲ） on iron grain formation in carbothermal reduction of iron minerals

LI Xiao-bin1， 2， WANG Yi-lin1， 2， ZHOU Qiu-sheng1， 2， PENG Zhi-hong1， 2， LIU Gui-hua1， 2， QI Tian-gui1， 2
（1. School of Metallurgy and Environment， Central South University， Changsha 410083， China；
2. National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Refractory Non-ferrous Metals Resources，Central South University， Changsha 410083， China）

The effects of Na2O?Fe2O3in the Fe2O3/MgFe2O4-Na2CO3-C were identified by thermodynamic calculation，kinetic research and microscopic morphology analyses of reduction products. The results show that Na2O?Fe2O3readily reduced by carbon is rapidly formed by the reaction of Fe2O3（or MgFe2O4） and Na2CO3， resulting in the decrease of the initial reduction reaction temperature of Fe2O3/MgFe2O4-Na2CO3-C system and the acceleration of the reduction reaction. Na2O?Fe2O3can also promotes the growth of iron grains during the reduction process， and thus is in favor of the magnetic separation of the reduction products.

metallurgical residues； sodium carbonate； reduction roasting； sodium ferrite （Ⅲ）

Project （51374239） supported by the National Natural Science Foundation of China； Project （2015CX001） supported by the Innovation-driven Plan of Central South University， China

date： 2015-05-19； Accepted date： 2015-09-18

QI Tian-gui； Tel: +86-731-88830453； E-mail: qitiangui@csu.edu.cn

1004-0609（2016）-05-1129-07

TF09

A

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51374239）；中南大學(xué)“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)計(jì)劃”（2015CX001）

2015-05-19；

2015-09-18

齊天貴，講師，博士；電話：0731-88877830；E-mail：qitiangui@csu.edu.cn