鈉鹽強(qiáng)化某低品位鐵礦含碳球團(tuán)還原機(jī)理

鐘榮海，黃柱成，易凌云，漢合童

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鈉鹽強(qiáng)化某低品位鐵礦含碳球團(tuán)還原機(jī)理

鐘榮海，黃柱成，易凌云，漢合童

(中南大學(xué) 資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長沙，410083)

采用內(nèi)配煤造球還原焙燒的方法對某高硅低品位鐵礦進(jìn)行處理，并加入鈉鹽強(qiáng)化還原，研究溫度、時間和添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對還原的影響，并采用煙氣分析儀研究含鈉鹽對還原過程的影響。計算CO體積分?jǐn)?shù)對FeO還原和鐵橄欖石(Fe2SiO4)生成反應(yīng)的熱力學(xué)影響，并采用SEM和XRD等分析還原球團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)和成分。研究結(jié)果表明：還原中間產(chǎn)物FeO可與SiO2反應(yīng)生成難以再還原的鐵橄欖石(Fe2SiO4)；提高還原反應(yīng)體系中CO的體積分?jǐn)?shù)可以促進(jìn)FeO的還原和減少鐵橄欖石(Fe2SiO4)的生成；鈉鹽能夠有效地促進(jìn)球團(tuán)中碳的氣化反應(yīng)，提高球團(tuán)內(nèi)CO的體積分?jǐn)?shù)，從而促進(jìn)FeO的還原，減少Fe2SiO4的生成，進(jìn)而改善還原效果；當(dāng)內(nèi)配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)(即C與Fe質(zhì)量比(C)/(Fe))為0.4，鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，焙燒時間為30 min以及焙燒溫度為950 ℃時，還原效果最佳，還原球團(tuán)的金屬化率為56.74%，磨礦、磁選后精礦鐵品位和鐵回收率分別為74.16%和74.57%。

低品位鐵；鈉鹽添加劑；內(nèi)配煤球團(tuán)；還原焙燒

低品位赤鐵礦是我國難選鐵礦資源中的一種，具有鐵品位低、硅酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、鐵氧化物晶粒粒度小(平均粒度在0.045 mm以下)以及鐵氧化物與含鐵硅酸鹽脈石礦物共生緊密、物理化學(xué)性質(zhì)相近等特點(diǎn)，難以采用常規(guī)選礦方法進(jìn)行有效富集[1?4]。該類赤鐵礦石總儲量將近30億t，若這部分鐵礦資源能得到有效利用，則對緩解我國鐵礦石資源壓力具有重要意義。采用直接還原?磁選方法處理該類鐵礦石是目前研究熱點(diǎn)之一，在還原溫度為1 000~1 200 ℃和還原時間為60~120 min條件下，還原產(chǎn)品的金屬化率在85%以上，磨礦、磁選后精礦鐵品位、鐵回收率分別在85%~95%和80%以上[5?8]。但該類鐵礦石硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，在還原過程中生成的FeO會與SiO2生產(chǎn)鐵橄欖石(Fe2SiO4)。鐵橄欖石易與其他化合物形成低熔點(diǎn)體 系[9]，在高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?，阻礙鐵氧化物進(jìn)一步還原。此外，鐵橄欖石本身難以被還原[10?11]，從而造成鐵元素流失，因此，如何使氧化鐵快速還原成為金屬鐵，避免生成過多的鐵橄欖石在直接還原過程中至關(guān)重要。研究表明，堿金屬及堿土金屬化合物對鐵氧化物的還原反應(yīng)有一定的促進(jìn)作用。Na2CO3，Na2SO4，K2CO3以及NaCl等堿土金屬鹽被廣泛用于促進(jìn)鐵氧化物的還原，且效果顯著[12?17]。對于堿土金屬促進(jìn)鐵氧化物的還原機(jī)理，有研究認(rèn)為堿土金屬鹽添加劑可以破壞礦石結(jié)構(gòu)，使某些與脈石有復(fù)雜嵌布關(guān)系的物質(zhì)從束縛態(tài)中釋放出來，從而促進(jìn)鐵氧化物還原[13]。也有研究認(rèn)為堿土金屬鹽可以弱化FeO中Fe—O鍵，促進(jìn)鐵氧分離，加快還原[12]。此外，堿土金屬鹽可以大力促進(jìn)碳的氣化反應(yīng)[18?20]，這對加快鐵氧化的還原是有利的。鑒于堿土金屬鹽對鐵氧化物的還原具有顯著促進(jìn)作用，本文采用某鈉鹽作為添加劑強(qiáng)化某還原低品位鐵礦還原，從而提高對該類鐵礦資源的利用效率。目前，人們對堿土金屬鹽促進(jìn)鐵氧化物還原作用的機(jī)理研究眾多，但其作用機(jī)理隨原料變化而存在較大差異，因而，深入研究鈉鹽對低品位鐵礦還原的作用機(jī)理，對采用直接還原法還原該類鐵礦資源具有重要的指導(dǎo)意義。本文以某高硅低品位微細(xì)粒嵌布赤鐵礦石為研究對象，采用內(nèi)配煤造球后進(jìn)行還原焙燒，并添加鈉鹽強(qiáng)化還原效果。研究溫度、時間、內(nèi)配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)和添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對還原過程的影響，采用煙氣分析的方法以及SEM-EDS和XRD研究鈉鹽促進(jìn)還原作用的機(jī)理。

1 原料性能與試驗(yàn)方法

1.1 原料性能

鐵礦來自湖南某地，其化學(xué)成分如表1所示，X線衍射結(jié)果如圖1所示。

表1 鐵礦化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

圖1 鐵礦的X線衍射分析圖譜

由表1可知：該鐵礦鐵品位僅為33.860%；脈石主要為SiO2(品位為40.610%)，其次是Al2O3，有害元素P和 S質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。由圖1可知：鐵礦中主要含鐵礦物為赤鐵礦；主要脈石為石英，并伴生有少量絹云母和綠泥石。

圖2所示為鐵礦的掃描電鏡分析圖譜，表2所示為礦石中鐵氧化物的嵌布粒度分析結(jié)果。由圖2和表2可知：礦石中主要含赤鐵礦(Fe2O3)和石英(SiO2)這2種礦物，兩者呈浸染狀相互交生，嵌布關(guān)系十分復(fù)雜；赤鐵礦粒度很小，粒度小于0.01 mm部分赤鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39.94%，分散程度高，主要呈星點(diǎn)狀無規(guī)則地分布。將鐵礦石破碎、磨細(xì)(粒度小于0.037 mm的鐵礦石質(zhì)量分?jǐn)?shù)占71.20%)用于造球。

表2 原礦中鐵礦物的粒度組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

H表示赤鐵礦，Q表示石英。

實(shí)驗(yàn)所用的還原煤工業(yè)分析結(jié)果如表3所示。將還原煤破碎、磨細(xì)(粒度小于0.037 mm的鐵礦石質(zhì)量分?jǐn)?shù)占58.89%)用于造球。

表3 還原煤工業(yè)分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

注：Fcad為空氣干燥基固定碳；Mad為空氣干燥基水分； Ad為干基灰分；Vdaf為干基揮發(fā)分。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將煤粉和鐵礦粉料按固定碳質(zhì)量和全鐵質(zhì)量比值(C)/(Fe)=0.4進(jìn)行混合，添加一定比例的添加劑，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%膨潤土和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%預(yù)配水混勻。然后，在圓盤造球機(jī)中(直徑為1 m，傾角為45°，轉(zhuǎn)速為28 r/min)制成粒度為5~8 mm的生球，并放入110 ℃的烘箱中干燥2 h以備用。

還原焙燒使用的設(shè)備如圖3所示。每次取30 g干燥小球置于石英管中，先向玻璃管中通入N2(通氣速度為0.18 m3/h)，將石英玻璃管中的空氣排出。將石英管緩緩放入爐中，待還原爐的溫度升至所需溫度時開始計時，達(dá)到預(yù)定時間后將還原小球取出萃冷，以防止再氧化。還原效果用還原球團(tuán)的金屬化率表征：

=(MFe)/(TFe)×100% (1)

式中：(MFe)為還原球團(tuán)中金屬鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；(TFe)為還原球團(tuán)中全鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

1—N2；2—智能溫控儀；3—?dú)怏w流量計；4—耐火材料；5—石英玻璃管；6—硅碳棒；7—內(nèi)配煤制粒小球；8—計算機(jī)(記錄氣體成分用)；9—粉塵過濾器；10—煙氣分析儀；11—固體干燥劑。

磨礦實(shí)驗(yàn)在XMQ240×90型的錐形球磨機(jī)中進(jìn)行，磨礦時礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，磨礦粒度小于 0.045 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%。磁選設(shè)備為XCGS?73型磁選管, 磁場強(qiáng)度為1 840 kA/m。研究鈉鹽作用機(jī)理時，用煙氣分析儀對還原氣氛進(jìn)行分析。將排出的尾氣與煙氣分析儀連接，分析還原時產(chǎn)生的氣體成分與質(zhì)量分?jǐn)?shù)。煙氣分析儀為MUR煙氣分析儀，用于分析氣體中所含有的O2，CO，CO2，SO2和CH體積分?jǐn)?shù)。煙氣分析儀與計算機(jī)連接，每隔10 s自動記錄CO和CO2的體積分?jǐn)?shù)。試驗(yàn)前，煙氣分析儀中CO和CO2體積分?jǐn)?shù)為0，O2體積分?jǐn)?shù)小于0.2%。當(dāng)反應(yīng)開始后，玻璃管中的氣體向外排出，進(jìn)入煙氣分析儀。

據(jù)煙氣分析儀得出的氣體體積分?jǐn)?shù)發(fā)現(xiàn)，石英玻璃管中氣體成分主要為CO，CO2和N2共3種。由于N2為惰性氣體，不參與反應(yīng)，因此，可以認(rèn)為使用該方法測出的CO和CO2體積分?jǐn)?shù)能比較真實(shí)地反映反應(yīng)體系中的CO和CO2體積分?jǐn)?shù)。將CO和CO2的體積分?jǐn)?shù)按照下式計算，用于表征還原反應(yīng)體系中還原氣氛體積分?jǐn)?shù)：

此外，采用XRD和SEM?EDS等技術(shù)對還原焙燒產(chǎn)物進(jìn)行檢測，以分析其還原機(jī)理。

2 結(jié)果與討論

2.1 含碳球團(tuán)的還原行為

當(dāng)添加劑鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%和還原焙燒時間為30 min時，不同還原溫度對還原球團(tuán)金屬化率的影響如圖4所示。

圖4 還原溫度對還原球團(tuán)金屬化率的影響

從圖4可知：隨著還原焙燒溫度提高，還原球團(tuán)的金屬化率顯著提高，由860 ℃時的20.14%升高到950 ℃時的56.74%；繼續(xù)提高溫度到980 ℃，還原球團(tuán)的金屬化率為58.07%，提高幅度并不明顯。因此，較合適的還原焙燒溫度為950 ℃。

當(dāng)添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%以及還原焙燒為950 ℃時，還原焙燒時間對還原球團(tuán)金屬化率的影響如圖5所示。

圖5 還原時間對還原球團(tuán)金屬化率的影響

從圖5可以看出：還原球團(tuán)金屬化率隨著還原時間的延長而增大；當(dāng)還原時間為10 min時，還原球團(tuán)的金屬化率為12.73%；當(dāng)還原時間延長到30 min時，還原球團(tuán)的金屬化率提高到56.74%；進(jìn)一步延長還原時間對還原球團(tuán)的金屬化率提高不明顯。綜上可知，取還原時間為30 min較合適。

當(dāng)還原溫度為950 ℃和還原時間為30 min時，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鈉鹽對還原球團(tuán)金屬化率的影響如圖6所示。從圖6可知：加入鈉鹽可以有效提高還原球團(tuán)的金屬化率；當(dāng)不添加鈉鹽時，還原球團(tuán)的金屬化率僅為34.68%；添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鈉鹽后，還原球團(tuán)的金屬化率提高到48.38%；當(dāng)鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時，還原球團(tuán)的金屬化率為56.74%，繼續(xù)提高鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)到5%，還原效果變化不明顯。研究表明：影響碳的氣化反應(yīng)的主要因素為溫度，而當(dāng)溫度低于 1 100 ℃時，含碳球團(tuán)中鐵氧化物的還原受碳?xì)饣磻?yīng)限制的影響[21]。本研究中還原溫度在1 100 ℃以下，因而，鐵氧化的還原受碳?xì)饣磻?yīng)限制的影響，即使加大鈉鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其作用效果也有限。以上結(jié)果說明該鈉鹽可以有效促進(jìn)鐵氧化物的還原。

圖6 鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)對還原球團(tuán)金屬化率的影響

2.2 鈉鹽強(qiáng)化含碳球團(tuán)還原機(jī)理

在溫度為950 ℃，時間為30 min時，采用煙氣分析儀對鈉鹽還原氣氛進(jìn)行分析，結(jié)果如圖7所示。不同還原時間下球團(tuán)的金屬化率如表4所示。

由圖7可見：還原體系中還原氣氛CO的體積分?jǐn)?shù)隨著還原時間的延長快速提高，當(dāng)還原時間為0~500 s時，不同鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的球團(tuán)氣相組成大致相同且鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)對還原球團(tuán)的金屬化率影響不明顯(見表4)；當(dāng)還原時間為500~1 050 s時，CO體積分?jǐn)?shù)保持在最大值；當(dāng)不含鈉鹽時，還原體系中還原氣氛CO的體積分?jǐn)?shù)為65%左右；在還原時間為1 050 s時金屬化率為14.87%。而添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%和3%的鈉鹽后，還原體系中還原氣氛CO的體積分?jǐn)?shù)分別提高到70%和75%左右，在1 050 s時，金屬化率則分別提高到18.59%和25.62%；當(dāng)鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時，還原體系中還原氣氛CO的體積分?jǐn)?shù)基本上與鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)(3%)的一致；當(dāng)還原時間超過1 050 s時，不含鈉鹽的體系中CO體積分?jǐn)?shù)基本保持不變，而加入鈉鹽后CO的體積分?jǐn)?shù)則不斷降低。

表4 不同還原時間下球團(tuán)的金屬化率

本研究中使用的鈉鹽在高溫下會遷移揮發(fā)[22]。當(dāng)只加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鈉鹽時，在高溫下較快揮發(fā)，因而，在1 050 s后碳?xì)饣饔脺p弱，且鈉鹽促進(jìn)了碳的消耗，所以，還原體系中還原氣氛CO的體積分?jǐn)?shù)下降明顯；但添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%和5%的鈉鹽時，在相同時間內(nèi)球團(tuán)中殘余鈉鹽較多，仍存在較強(qiáng)的促進(jìn)作用。因此，盡管前期碳消耗較多，但由于殘余鈉鹽的促進(jìn)作用，還原體系中還原氣氛CO的體積分?jǐn)?shù)比只加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鈉鹽時的CO體積分?jǐn)?shù)高。含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鈉鹽時，氣相中CO的體積分?jǐn)?shù)比質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%鈉鹽時下降較慢。不含鈉鹽時氣相中CO體積分?jǐn)?shù)保持穩(wěn)定，但對鐵氧化的還原作用較弱。

取不同鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)還原球團(tuán)，制樣后進(jìn)行XRD檢測，結(jié)果如圖8所示。由圖8可知：當(dāng)不添加鈉鹽時，還原球團(tuán)中主要含有SiO2，F(xiàn)e2SiO4和金屬鐵，此外，還含有少量長石(CaAl2Si2O8)和未被還原徹底的Fe3O4；當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鈉鹽后，還原球團(tuán)中的Fe2SiO4大量減少，F(xiàn)e3O4被徹底還原；繼續(xù)增加鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)到3%，F(xiàn)e2SiO4的特征衍射峰明顯減小，說明鈉鹽對Fe2SiO4的生成有顯著的抑制作用。

圖8 不同鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)時焙砂的XRD分析圖

在本研究過程中，還原溫度大于570 ℃。在Fe2O3還原過程中，按Fe2O3，F(xiàn)e3O4, FeO和Fe逐級進(jìn)行，而FeO還原為Fe較難[23]。

本文試驗(yàn)所用的礦石為高硅赤鐵礦，原礦的脈石成分中含有大量的SiO2。在還原過程中，中間產(chǎn)物FeO與SiO2反應(yīng)，生成鐵橄欖石：

在用碳直接還原Fe2O3的體系中，一般認(rèn)為直接還原作用較弱，而主要是間接還原反應(yīng)[23]：

C+CO2=2CO (5)

FeO+CO=FeO?1+CO2(6)

由式(3)~(6)可以得出鐵氧化物還原反應(yīng)的氣相平衡圖如圖9所示。

圖9 Fe2O3-SiO2體系煤基還原反應(yīng)氣相平衡圖

由圖9可知：在相同溫度下，F(xiàn)e2SiO4還原成Fe相比FeO還原成Fe需要更高的CO體積分?jǐn)?shù)，當(dāng)FeO轉(zhuǎn)化為Fe2SiO4后，再還原為Fe較難。因而，需減少Fe2SiO4的生成，這在用直接還原法處理該類鐵礦石中至關(guān)重要。

非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的吉布斯自由能計算式為

式中：為理想氣體常數(shù)，8.314 4 J/(mol·K)；P為反應(yīng)平衡常數(shù)。反應(yīng)平衡常數(shù)可以按下式進(jìn)行計算：

P=(CO2)/(CO) (8)

在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，根據(jù)反應(yīng)(3)~(4)和反應(yīng)(6)~(8)，計算CO體積分?jǐn)?shù)對反應(yīng)吉布斯自由能的影響，結(jié)果如圖10所示。

由圖10可見：提高CO的體積分?jǐn)?shù)可以促進(jìn)FeO的還原；當(dāng)氣氛中CO體積分?jǐn)?shù)達(dá)到90%且還原溫度大于1 000 K時，反應(yīng)(3)的吉布斯自由能比反應(yīng)(4)的小，這說明反應(yīng)(3)比反應(yīng)(4)更容易發(fā)生，即反應(yīng)(3)有利于FeO還原為Fe。加入鈉鹽后，還原球團(tuán)的金屬化率顯著提高，這是因?yàn)樵撯c鹽具有催化作用，提高了碳的氣化反應(yīng)速度和CO的體積分?jǐn)?shù)，促進(jìn)了FeO的還原，從而減少了Fe2SiO4的生成。

1—反應(yīng)(4)；2—反應(yīng)(3)，CO體積分?jǐn)?shù)為50%；3—反應(yīng)(3)，CO體積分?jǐn)?shù)為60%；4—反應(yīng)(3)，CO體積分?jǐn)?shù)為70%；5—反應(yīng)(3)，CO體積分?jǐn)?shù)為80%；6—反應(yīng)(3)，CO體積分?jǐn)?shù)為90%。

Fig. 10 Effects of CO volume fractions on Gibbs free energy of reactions (3) and (4)

取含鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0及3%的還原球團(tuán)進(jìn)行SEM分析，結(jié)果如圖11所示。從圖11可知：有無添加劑的內(nèi)配煤還原球團(tuán)表層與中心的顯微結(jié)構(gòu)都較接近，內(nèi)外還原均勻；與無添加劑的還原球團(tuán)相比，配加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的鈉鹽后，還原球團(tuán)內(nèi)鐵晶粒粒度明顯增大，局部出現(xiàn)了聚集現(xiàn)象。

取含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鈉鹽還原所得球團(tuán)進(jìn)行磨礦、磁選，結(jié)果如圖12所示。從圖12可見：不含鈉鹽時，磨礦、磁選后精礦產(chǎn)率為41.43%，鐵品位為52.42%，鐵回收率為67.52%；隨著鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，還原球團(tuán)的金屬化率提高，磨礦、磁選所得精礦鐵品位也相應(yīng)提高；當(dāng)鈉鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時，精礦鐵品位和鐵回收率則分別提高到74.16%和74.57%。鈉鹽促進(jìn)了還原球團(tuán)中金屬鐵的聚集長大(見圖11)，這有利于磨礦、磁選中的金屬鐵與脈石礦物分離，從而提高分選指標(biāo)。繼續(xù)提高鈉鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至5%時，還原效果變化不明顯，磨礦、磁選結(jié)果變化也不明顯。

當(dāng)加入鈉鹽后，煤的活性提高，在同樣溫度下，碳的氣化反應(yīng)速度加快，氣相中CO體積分?jǐn)?shù)提高，從而加快了鐵氧化物的還原速度。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的鈉鹽時還原效果較好。

(a) 不含鈉鹽，球團(tuán)外層；(b) 不含鈉鹽，球團(tuán)中心；(c) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的鈉鹽，球團(tuán)外層；(d) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的鈉鹽，球團(tuán)外層

I—金屬鐵；Q—石英；C—碳；P—孔洞。

圖11 不同添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的還原球團(tuán)顯微結(jié)構(gòu)

Fig. 11 Microstructures of reduced pellets with different sodium salt mass fractions

1—精礦產(chǎn)率；2—精礦鐵品位；3—鐵回收率。

3 結(jié)論

1)該低品位赤鐵礦鐵品位僅為33.18%，而SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則達(dá)40.61%。原礦中鐵氧化物結(jié)晶粒度小于0.037 mm，而小于0.010 mm的氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39.94%。該類鐵礦石難以用傳統(tǒng)的選礦方法進(jìn)行 富集。

2) 提高還原溫度、加入鈉鹽添加劑可有效促進(jìn)鐵氧化物的還原，改變還原時間對還原效果影響較小。當(dāng)(C)/(Fe)=0.4，添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，還原溫度為950 ℃和還原時間為30 min時，可得到金屬化率為56.74%的還原球團(tuán)。

3) 鈉鹽可以促進(jìn)碳的氣化反應(yīng)，使氣氛中CO的體積分?jǐn)?shù)提高10%~15%，從而促使FeO快速還原為金屬鐵，減少Fe2SiO4的生成，促進(jìn)鐵晶粒的長大遷移，進(jìn)而改善還原效果。加入鈉鹽添加劑可以使還原球團(tuán)的金屬化率提高20%以上。

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Reduction enhancement mechanisms of low iron grade ore-coal composite pellets by sodium salt

ZHONG Ronghai, HUANG Zhucheng, YI Lingyun, HAN Hetong

(School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Method of reduction roasting with iron ore-coal composite pellets was adopted to deal with high silicon content-low iron grade ore, and sodium salt was used to enhance the reduction process. Effects of temperature, reduction time and mass fraction of sodium salt on reduction behavior were researched. Gas analysis was used to investigate effect of sodium salt on the reduction process. Effects of CO volume fraction on thermodynamic of reduction of FeO and formation of fayalite were analyzed, and SEM and XRD were applied to analyse microstructures and composition of reduced pellets. The results show that FeO may react with SiO2and form fayalite which can hardly be reduced again. Increasing CO volume fraction can improve the reduction of FeO, and thus decrease the formation of fayalite. Reduction of iron oxide can be facilitated effectively by sodium salt, which can be attributed to the fact that sodium improves the gasification reaction of carbon and increases CO volume fraction, which promotes the reduction of FeO. Reduced pellets with metallization ratio of 56.74% can be obtained with ratio of(C)/(Fe) 0.4, mass fraction of sodium salt 3% and reduces at 950 ℃for 30 min. TFe in the magnetic separation concentrate and iron recovery are 74.16% and 74.57%, respectively.

low grade iron ore; sodium salt additive; composite pellets; reduction roasting

TF551

A

1672?7207(2019)03?0506?08

10.11817/j.issn.1672-7207.2019.03.002

2018?05?10；

2018?07?21

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51504230) (Project(51504230) supported by the National Natural Science Foundation of China)

易凌云，博士，副教授，從事綠色冶金、多金屬復(fù)雜資源綜合利用研究；E-mail：ylycsu@126.com

(編輯 陳燦華)