鲕状赤铁矿磁化焙烧铁矿物转化机理研究

摘要

近年来，我国钢铁工业的飞速发展，导致铁矿石需求量迅猛增长。但是由于我国铁矿资源禀赋不佳，储量增长滞后，生产能力有限，自给严重不足，造成了供需矛盾突出，使得我国钢铁工业过分的依赖进口铁矿石。因而，加强国内复杂难选铁矿石高效开发利用研究，提高铁矿石自给率，具有重要的战略意义。
　　中国地质科学院矿产综合利用研究所与东北大学合作联合研发了基于流态化焙烧技术的连续型矿用悬浮焙烧炉。该设备具有焙烧温度低、焙烧时间短、焙烧产品质量均匀、能耗低等优点。本课题利用赤铁矿纯矿物和鄂西鲕状赤铁矿为原料，主要研究Fe2O3还原为Fe3O4，Fe3O4冷却过程和转化机理，为该设备的设计和应用提供理论依据。
　　赤铁矿进行磁化焙烧试验研究结果表明，影响磁化焙烧效果的主要因素为焙烧温度和焙烧时间，焙烧粒度和还原气氛对磁化焙烧影响相对较小。水淬和氮气保护冷却两种冷却方式所得焙烧产品的磁性较强，在氮气保护气氛下冷却到200℃通入空气，焙烧产品冷却后的磁性基本保持不变，冷却到250℃以上通入空气，焙烧产品的磁性明显下降。热力学研究表明，赤铁矿还原为磁铁矿的热力学趋势很大，焙烧产品在空气中冷却时容易被氧化，生成物为强磁性的γ-Fe2O3或弱磁性的α-Fe2O3，这主要取决于接触空气的温度。Fe3O4转化为γ-Fe2O3的温度范围为450～570K，高于570K，γ-Fe2O3可能会发生晶格转变，磁性降低。赤铁矿磁化焙烧过程是一个多相反应过程，同时伴随有磁畴的生长和晶格的转变，还原过程按照α-Fe2O3→γ-Fe2O3→Fe3O4的顺序进行。
　　鲕状赤铁矿适宜的悬浮焙烧工艺为:给料粒度-0.3mm，焙烧温度550～575℃，CO浓度70％～90％，气体流量5～7m3/h。在此条件下，所得焙烧产品经磨矿—磁选后获得TFe品位56.22％，回收率88.84％的指标。鲕状赤铁矿经磁化焙烧后，弱磁性的铁矿物转化成了强磁性的磁铁矿或磁赤铁矿，使分选变得容易;但磁化焙烧过程并未改变元素的分布，选别时仍需细磨才能将其单体解离;在高温焙烧过程中，铁矿物之间存在晶格转变;在冷却过程中，焙烧产品通入空气的温度应低于600K。磁铁矿在冷却过程转化为磁赤铁矿的温度为500～600K，但转化率不高;水淬和空气冷却条件下，磁性差别不大，但是空气冷却可以回收大量热量。
　　以上研究基本探明了磁化焙烧过程中，铁矿物的转化机理，为悬浮焙烧装备的设计和应用奠定了一定的理论基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 鲕状赤铁矿的特点及开发利用现状

1．2．1 鲕状赤铁矿国内外分布情况

1．2．2 鲕状赤铁矿工艺矿物学性质

1．2．3 鲕状赤铁矿开发利用现状

1．3 鲕状赤铁矿选矿工艺研究现状

1．3．1 鲕状赤铁矿常规选矿工艺研究现状

1．3．2 鲕状赤铁矿磁化焙烧—磁选工艺研究现状

1．3．3 鲕状赤铁矿深度(直接)还原—磁选工艺研究现状

1．4 磁化焙烧机理研究现状

1．4．1 磁化焙烧热力学研究现状

1．4．2 磁化焙烧动力学研究现状

1．4．3 磁化焙烧过程研究现状

1．5 课题研究的意义及主要内容

第2章 原料性质及研究方法

2．1 原料性质

2．1．1 赤铁矿

2．1．2 鲕状赤铁矿

2．1．3 还原剂

2．2 研究方法

2．2．1 赤铁矿磁化焙烧试验方法

2．2．2 鲕状赤铁矿悬浮焙烧试验方法

2．2．3 热重试验方法

2．2．4 相对磁性测定

2．2．5 扫描电镜(SEM)分析

2．2．6 X射线衍射分析

2．2．7 差热—热重分析

2．2．8 磁滞回线的测定

第3章 赤铁矿磁化焙烧工艺研究

3．1 α-Fe2O3磁化焙烧条件试验

3．1．1 焙烧温度

3．1．2 焙烧时间

3．1．3 还原气氛

3．1．4 给料粒度

3．2 Fe3O4冷却条件试验

3．2．1 冷却方式

3．2．2 氧化温度

3．2．3 恒温时间

3．3 本章小结

第4章 赤铁矿磁化焙烧铁矿物转化机理研究

4．1 磁化焙烧原理

4．2 赤铁矿磁化焙烧热力学

4．2．1 热力学推导

4．2．2 赤铁矿磁化焙烧热力学分析

4．3 赤铁矿磁化焙烧动力学研究

4．3．1 动力学处理方法

4．3．2 α-Fe2O3还原过程动力学

4．3．3 Fe3O4氧化过程动力学

4．4 赤铁矿磁化焙烧过程分析

4．5 本章小结

第5章 鲕状赤铁矿悬浮焙烧试验及机理分析

5．1 实验室连续型矿用悬浮焙烧系统简介

5．2 焙烧工艺试验

5．2．1 给料粒度

5．2．2 焙烧温度

5．2．3 气体流量

5．2．4 CO浓度

5．3 冷却方式试验

5．4 稳定性试验

5．5 鲕状赤铁矿悬浮焙烧机理分析

5．5．1 XRD分析

5．5．2 扫描电镜分析

5．5．3 水淬样品差热—热重分析

5．5．4 不同冷却方式产品磁性分析

5．6 鲕状赤铁矿悬浮磁化焙烧工艺特点及展望

5．7 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

作者攻读学位期间发表论文和获得奖励