磁铁矿精矿直接还原技术的研究

摘要

随着国家对环保问题越来越重视，短流程电炉炼钢逐渐兴起，其主要原料为废钢，但目前我国废钢资源比较紧张，所以作为废钢替代品的直接还原铁开始受到关注。直接还原铁不仅能作为废钢的替代品，还由于其化学成分稳定、有害杂质含量少，是生产优质特钢不可或缺的原料。但是我国直接还原铁生产工艺落后，产量较低，急需开发高效环保的直接还原铁生产工艺来解决当前的问题。所以，本课题通过磁铁矿精矿的直接还原技术研究，为今后的直接还原铁生产提供一些理论指导。 本研究课题以磁铁矿精矿和无烟煤为原料，并配以一定配比的添加剂，研究磁铁矿的固态直接还原技术，采用磨矿和磁选技术，得到高品位的直接还原铁粉。采用内配碳球团技术，能够在较短的时间和较低的温度下得到高品位的直接还原铁，同时磁选分离技术进一步提高了直接还原铁的品位。这一工艺具有能耗低，生产效率高，无污染，成本低等特点，具有极大的发展前景。 主要研究内容如下: (1)通过热力学与动力学计算，分析了还原过程中铁氧化物和基体相可能发生的反应，并确定了在1000-1200℃的温度区间进行条件实验较为合适，得到了速率常数k的经验公式、反应动力学机理函数、各阶段的表观活化能E和指前因子A。 (2)考察了还原剂添加量、不同添加剂添加量、还原温度、还原时间对还原产物金属化率的影响，确定了较佳的直接还原条件。在还原温度1150℃，还原时间60min，无烟煤加入量16wt％，添加0.9wt％CaO的条件下，可以得到全铁含量达到89％以上，金属化率达到96％以上的金属化球团。 (3)考察了不同添加剂对金属铁颗粒尺寸及物相组成和元素分布以及走向的影响。在上述较佳直接还原工艺条件下，能够得到较大尺寸的金属铁颗粒，实现铁颗粒与基体相的分离。 (4)考察了磁场强度和磨矿粒度对磁选分离效果的影响，确定了较佳的磨矿和磁选分离条件，在60mT磁场强度和48-75μm磨矿粒度的实验条件下，得到了全铁含量95％以上的直接还原铁粉，铁的回收率达到了95％以上。

目录

声明

摘要

1．1钢铁工业的发展

1．2世界直接还原现状

1．2．1直接还原铁

1．2．2直接还原工艺

1．3我国直接还原现状

1．3．1引进工艺

1．3．2国内新工艺

1．4课题研究意义与内容

1．4．1课题意义

1．4．2课题研究内容

第2章磁铁矿精矿直接还原热力学与动力学研究

2．1内配碳球团的还原过程

2．2铁氧化物还原分析

2．2．1铁氧化物还原热力学计算

2．2．2 CO对铁氧化物还原的影响

2．3脉石相反应分析

2．3．1 FeO-SiO2-Al2O3体系热力学计算

2．3．2 TiO2-SiO2-Al2O3体系热力学计算

2．3．3固相反应产物的还原热力学

2．4差热—热重分析

2．4．1分析测定实验

2．4．2实验结果分析

2．5直接还原动力学研究

2．5．1增重率计算

2．5．2直接还原反应速率及速率常数计算

2．5．3直接还原反应活化能与指数因子

2．6本章小结

第3章实验原料性质及研究方法

3．1实验原料性质

3．1．1铁精矿

3．1．2还原剂

3．2实验方法

3．2．1实验流程

3．2．2实验主要设备及仪器

3．3分析与检测

3．3．1金属铁的分析方法

3．3．2全铁的分析方法

3．3．3化学分析所用试剂

3．3．4 X射线衍射分析

3．3．5金相显微镜分析

3．3．6扫描电子显微镜与X射线能谱仪

第4章磁铁矿精矿直接还原实验研究

4．1实验部分

4．1．1实验设备

4．1．2实验过程

4．2磁铁矿精矿直接还原实验结果与讨论

4．2．1还原剂添加量对直接还原产品的影响

4．2．2还原温度与时间对直接还原产品的影响

4．2．3添加CaO对直接还原产品的影响

4．2．4添加CaF2对直接还原产品金属化率的影响

4．2．5添加Al2O3对直接还原产品金属化率的影响

4．2．6添加返烧料对直接还原产品金属化率的影响

4．3本章小结

第5章添加剂对磁铁矿精矿直接还原产物赋存状态影响的研究

5．1添加CaO对还原产物赋存状态的影响

5．1．1添加CaO对还原产品矿物相变化的影响

5．1．2添加CaO对还原产物形态与分布变化的影响

5．2添加CaF2对还原产物赋存状态的影响

5．2．1添加CaF2对还原产品物相变化的影响

5．2．2添加CaF2还原产物形态与分布变化的影响

5．3添加Al2O3对还原产物赋存状态的影响

5．3．2添加Al2O3还原产物形态与分布变化的影响

5．3本章小结

第6章磁铁矿精矿直接还原产物磁选分离工艺的研究

6．1磁选原料化学成分与物相分析

6．2磁选分离实验

6．2．1磁选设备

6．2．2磁选原理

6．2．3磁选实验步骤

6．2．4磁选效果考核指标

6．3磁铁矿精矿直接还原产品磁选分离实验结果及分析

6．3．1磨矿粒度对精矿指标的影响

6．3．2磁场强度对精矿指标的影响

6．3．3磁选对比实验

6．4本章小结

第7章结论

参考文献

致谢