含锡锌砷铁精矿球团金属化还原与同步分离锡锌砷的研究

摘要

随着我国钢铁工业的进一步发展，原料紧缺的矛盾十分突出，对国内复杂铁矿资源的开发利用具有重要的现实意义。含锡锌砷铁矿是一种典型的复杂铁矿，国内的储量较为丰富。内蒙古黄岗铁矿作为一种典型的含锡锌砷铁矿。由于伴生矿物中的锡石、闪锌矿和砷黄铁矿常以单体细粒状或微细粒包裹体与磁铁矿紧密共生，导致物理选矿法难以实现锡、锌、砷和铁的高效分离。本论文以内蒙古黄岗含锡锌砷铁精矿为研究对象，系统研究了锡、锌、砷和浮氏体的CO还原行为，为含锡锌砷复杂铁矿综合利用新方法提供理论基础。
　　 未预氧化球团要比预氧化球团的弱还原焙烧锡挥发效果要好，预氧化球团比未经预氧化球团的还原焙烧脱锌和砷效果要好。含锡锌砷铁精矿球团中锡、锌和砷挥发的适宜焙烧制度为，预氧化温度为725℃，预氧化时间为10min，还原焙烧温度1000℃，还原焙烧时间100min，还原气氛为CO体积浓度为50％。在此焙烧条件下，锡的挥发率达到75.88％，锌的挥发率为71.68％，砷的挥发率为84.43％，球团中残余Sn的含量为0.068％，残余Zn的含量为0.0325％，残余As的含量为0.046％，满足了高炉生产对锡、锌和砷含量的要求。在锡、锌和砷还原挥发的过程中，含锡锌砷铁精矿中的铁氧化物被还原为浮氏体，此时所得球团为预还原球团。
　　 随着还原气氛的增强，浮氏体逐渐被还原为金属铁。在焙烧温度为1050℃、焙烧时间为60min和CO体积浓度为100％的强还原气氛条件下，含锡锌砷铁精矿预氧化球团完成浮氏体的还原，并且球团的MFe含量为81.45％，TFe含量为86.36％，金属化率达到94.31％。在升温时间为20min(从1000℃到1050℃)，升温速度2.5℃/min和CO体积浓度为100％的强还原气氛下，在焙烧温度为1050℃时焙烧40min，金属化率亦可达到94.32％，与不考虑升温过程的结果基本相同。
　　 采用光学显微镜、XRD、SEM和EDS对球团弱还原和强还原焙烧产物进行分析研究。结果表明，在高温以及还原气氛变强时，导致锡挥发率下降的关键原因是金属Sn或Fe-Sn合金的生成。当焙烧温度过高时，浮氏体球团内部由于发生浮氏体再结晶，使球团内部变得致密，从而阻碍了球团的进一步还原，使得金属化率降低。
　　 以CO气体为还原剂，对浮氏体球团FeO→Fe阶段的等温及非等温还原动力学进行了研究。结果表明，非等温还原的反应控制机理与等温还原的基本一致，均为界面化学反应控制。
　　 通过对含锡锌砷铁精矿进行CO还原行为的研究，本论文推荐一种综合利用含锡锌砷复杂铁矿的新工艺。新工艺核心为弱还原焙烧脱锡、锌和砷，以及强还原焙烧制备金属化球团(DRI)。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 国内外铁矿资源概况

1．2 我国铁矿资源的特点

1．3 锡、锌、砷及其主要化合物的性质

1．3．1 锡及其主要化合物的性质

1．3．2 锌及其主要化合物的性质

1．3．3 砷及其主要化合物的性质

1．4 含锡锌砷复杂铁矿的利用现状

1．4．1 选矿工艺

1．4．2 火法冶炼工艺

1．4．3 选冶联合工艺

1．5 本文研究的目的和意义

第二章 原料性能及研究方法

2．1 铁精矿物化性能

2．1．1 化学成分

2．1．2 粒度组成

2．1．3 密度

2．1．4 工艺矿物学

2．2 膨润土物化性能

2．2．1 化学成分

2．2．2 物理性能

2．3 还原剂

2．4 研究方法

2．4．1 还原焙烧研究方法

2．4．2 分析检测方法

2．4．3 主要评价指标

2．5 本章小结

第三章 含锡锌砷铁精矿球团中锡锌砷的还原挥发行为

3．1 锌的还原挥发行为

3．1．1 预氧化对锌还原挥发的影响

3．1．2 还原焙烧温度对锌挥发的影响

3．1．3 还原焙烧时间对锌挥发的影响

3．1．4 CO浓度对锌还原挥发的影响

3．2 砷的还原挥发行为

3．2．1 预氧化对砷还原挥发的影响

3．2．2 还原焙烧温度对砷挥发的影响

3．2．3 还原焙烧时间对砷挥发的影响

3．2．4 CO浓度对砷还原挥发的影响

3．3 锡的还原挥发行为

3．3．1 预氧化对锡还原挥发的影响

3．3．2 还原焙烧温度对锡挥发的影响

3．3．3 还原焙烧时间对锡挥发的影响

3．3．4 CO浓度对锡还原挥发的影响

3．4 锡、锌和砷同步分离制度

3．4．1 还原焙烧温度对锡分离的影响

3．4．2 还原焙烧时间对锡分离的影响

3．4．3 CO浓度对锡分离的影响

3．5 同步分离锡锌砷后预还原球团的性质

3．6 本章小结

第四章 预还原球团中浮氏体的还原特性

4．1 浮氏体的还原动力学

4．1．1 浮氏体球团的制备

4．1．2 气-固还原动力学模型

4．1．3 气-固还原动力学模型公式推导

4．1．4 试验结果与分析

4．2 浮氏体的金属化还原制度

4．2．1 焙烧温度对浮氏体还原的影响

4．2．2 焙烧时间对浮氏体还原的影响

4．2．3 CO浓度对浮氏体还原的影响

4．2．4 金属化还原焙烧球团的显微结构特征

4．3 推荐含锡锌砷铁精矿综合利用新流程

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果