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利用褐铁矿型红土镍矿烧结矿制备Fe-Cr-Ni合金

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Journal of Central South University 2024年第5期31卷 1494-1506页

作者：薛钰霄朱德庆潘建游志雄吕学伟 College of Materials Science and Engineering Chongqing UniversityChongqing 400044China School of Minerals Processing and Bioengineering Central South UniversityChangsha 410083China

我国是不锈钢第一生产大国,但作为冶炼不锈钢主要原料的镍矿及铬铁矿资源贫乏,占红土镍矿资源总量60%以上的褐铁矿型红土镍矿与低品位铬铁矿愈发受到关注。同时,不锈钢冶炼通常需先分别生产铬铁和镍铁,工艺流程长,生产成本高。因此,本... 详细信息

我国是不锈钢第一生产大国,但作为冶炼不锈钢主要原料的镍矿及铬铁矿资源贫乏,占红土镍矿资源总量60%以上的褐铁矿型红土镍矿与低品位铬铁矿愈发受到关注。同时,不锈钢冶炼通常需先分别生产铬铁和镍铁,工艺流程长,生产成本高。因此,本文基于烧结—高炉工艺,利用褐铁矿型红土镍矿烧结矿低成本地一步制备出了Fe-Cr-Ni合金。通过热力学分析及熔炼参数的优化,重点研究了不同Cr_(2)O_(3)含量的含镍烧结矿(S1:4.84 wt%;S3:7.72 wt%)的熔炼特性。在熔炼时间60 min(S1)/90 min (S3)、熔炼温度1600℃、焦粉用量20 wt%、炉渣碱度1.0的最佳条件下,成功制备出了铬品位5.6 wt%~9.3 wt%、镍品位1.55 wt%~1.70 wt%、铁品位84 wt%~88 wt%的Fe-Cr-Ni合金,其铬、镍和铁的回收率分别在90%、98%和96%以上。研究表明,含镍烧结矿Cr_(2)O_(3)含量的提高会造成熔炼时间的延长,这不利于焦比的降低与不锈钢产量的提高。在后续研究中,将开发出由含镍烧结矿与含铬球团矿构成的综合炉料结构,以更有效地实现高铬镍铁的冶炼。

关键词：熔炼特性褐铁矿型红土镍矿烧结矿 Fe-Cr-Ni合金渣铁分离

基于氧化焙烧-直接还原-熔分-电解精炼工艺从铁矾渣中分步回收锌、铟、镓和铁(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：朱德庆董韬潘建郭正启杨聪聪薛钰霄中南大学资源加工与生物工程学院重庆大学材料科学与工程学院

采用了氧化焙烧-直接还原-熔炼-电解精炼工艺从典型铁矾渣中高效分离回收锌、铟、镓、铁。采用X射线衍射(XRD)、热重-差热法(TG-DSC)和扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)对各分离过程中的相变及元素迁移进行了表征。结果表明：铁矾渣在1250℃... 详细信息

采用了氧化焙烧-直接还原-熔炼-电解精炼工艺从典型铁矾渣中高效分离回收锌、铟、镓、铁。采用X射线衍射(XRD)、热重-差热法(TG-DSC)和扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)对各分离过程中的相变及元素迁移进行了表征。结果表明：铁矾渣在1250℃氧化焙烧20min后转变为赤铁矿和铁酸锌；然后将氧化球团在1200℃下还原60min，含锌和铟挥发并富集于烟尘；最后对还原球团进行熔炼及电解精炼分离铁、镓，得到铁含量为99.5%的高纯铁粉和镓含量为456g/t的富镓阳极泥。该工艺可实现锌、铟、铁和镓的总回收率分别为97.42%、87.86%、90.70%和84.78%。

关键词：铁矾渣镓铟回收电解精炼

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气基直接还原工艺研究进展和发展思考

烧结球团 2022年第1期47卷 1-9,86页

作者：朱德庆薛钰霄潘建唐筑成杨聪聪江荣才中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083 福建三钢闽光股份有限公司福建三明365000

钢铁工业低碳发展对我国如期实现“碳达峰”和“碳中和”的目标至关重要。本文在介绍目前钢铁工业碳排放现状及直接还原工艺发展现状的基础上分析了气基直接还原工艺发展趋势,指出气基竖炉工艺是其大力发展的方向,并提出了实现该工艺设... 详细信息

钢铁工业低碳发展对我国如期实现“碳达峰”和“碳中和”的目标至关重要。本文在介绍目前钢铁工业碳排放现状及直接还原工艺发展现状的基础上分析了气基直接还原工艺发展趋势,指出气基竖炉工艺是其大力发展的方向,并提出了实现该工艺设备大型化及促进原料来源多样化的建议,以期为行业碳减排提供解决方案。

关键词：碳减排直接还原气基直接还原 DRI 铁精矿

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高铝铁矿和高锰铁矿共还原行为的研究

材料与冶金学报 2017年第1期16卷 1-7,37页

作者：朱德庆薛钰霄潘建周仙霖中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083 武汉科技大学资源与环境工程学院武汉430083

高铝铁矿和高锰铁矿是两种储量丰富但又极难分选的铁矿资源,实现铁、锰、铝的高效综合利用具有重要意义.本文研究了这两种铁矿石工艺矿物学,考查了单矿种及两者的混合矿种的直接还原行为及还原过程中的矿物组成演变,揭示了相应的还原机... 详细信息

高铝铁矿和高锰铁矿是两种储量丰富但又极难分选的铁矿资源,实现铁、锰、铝的高效综合利用具有重要意义.本文研究了这两种铁矿石工艺矿物学,考查了单矿种及两者的混合矿种的直接还原行为及还原过程中的矿物组成演变,揭示了相应的还原机理.结果表明:高铝铁矿难还原,其机理为经还原后仅部分铁氧化物转化为金属铁,其余的铁与铝、硅矿物形成难还原的铁橄榄石和铁尖晶石;高锰铁矿易还原,其中的铁氧化物大部分被还原成金属铁,锰氧化物与铝、硅矿物结合形成锰尖晶石和锰橄榄石,促进了铁氧化物的还原.而且在相同还原条件下,高锰铁矿球团金属化率比高铝铁矿高30个百分点,前者还原性明显优于后者.两种矿进行共还原,当高锰铁矿配比达到60%时,球团金属化率就可大于90%.锰氧化物的存在对高铝铁矿石中铁氧化物的还原具有显著的促进作用.

关键词：高铝铁矿高锰铁矿共还原

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低品位红土镍矿综合利用现状及进展

钢铁研究学报 2020年第5期32卷 351-362页

作者：朱德庆田宏宇潘建廖辉郭正启薛钰霄中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083 广西北部湾新材料有限公司广西北海536000

不锈钢领域在镍消费结构中占主导地位,随着硫化镍矿资源的枯竭和镍铁合金需求量的增加,红土镍矿作为现阶段主要镍基生产原料,火法处理工艺已逐渐成为其主流工艺。但随着进口到国内的红土镍矿资源品位走低,原料特性更加复杂化,如何绿色... 详细信息

不锈钢领域在镍消费结构中占主导地位,随着硫化镍矿资源的枯竭和镍铁合金需求量的增加,红土镍矿作为现阶段主要镍基生产原料,火法处理工艺已逐渐成为其主流工艺。但随着进口到国内的红土镍矿资源品位走低,原料特性更加复杂化,如何绿色高效地利用这些低品位资源进行镍铁合金制备,已逐渐成为实现中国不锈钢产业可持续发展的瓶颈。根据国内外研究现状并结合本课题组相关的研究工作,综述了现阶段红土镍矿火法处理工艺的研究进展和存在的不足,通过系统地开发出低品位红土镍矿火法处理工艺关键协同技术,以期解决不锈钢生产所需镍基原料的短缺局面和实现不锈钢工业绿色健康发展。

关键词：镍铁红土镍矿火法冶金 RKEF法烧结-高炉法直接还原-磁选法

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铁矿粉高温反应性能综合指数评价烧结性能

钢铁 2017年第8期52卷 19-28,64页

作者：朱德庆薛钰霄潘建杨聪聪师本敬中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083

为了解决如何利用铁矿粉多项高温反应性能指标评价其烧结性能的难题,基于综合评价方法,提出了铁矿粉高温反应性能综合指数,并通过铁矿粉高温反应性能4项指标的测定及烧结杯试验,研究了单矿A、B、C以及C矿分别与A矿和B矿混合的矿粉的高... 详细信息

为了解决如何利用铁矿粉多项高温反应性能指标评价其烧结性能的难题,基于综合评价方法,提出了铁矿粉高温反应性能综合指数,并通过铁矿粉高温反应性能4项指标的测定及烧结杯试验,研究了单矿A、B、C以及C矿分别与A矿和B矿混合的矿粉的高温反应性能及烧结性能。结果表明,对于高温反应性能,混合矿粉同化性能和液相流动性具有线性迭加性,黏结相自身强度和铁酸钙生成特性线性迭加性差。对于烧结性能,混合矿粉烧结矿转鼓强度具有线性迭加性,烧结矿产量(利用系数)和固体燃耗没有线性迭加性。无论单矿或混合矿,烧结转鼓强度与其高温反应性能综合指数呈线性正相关,其R2(相关系数的平方值)值分别高达0.9403和0.9702,拟合度好;而烧结利用系数及固体燃耗与其相关性差。因此,铁矿粉高温反应性能综合指数可以很好地评价和预测烧结矿转鼓强度,但不能有效地解释烧结矿产量和固体燃耗的变化。

关键词：铁矿粉高温反应性能综合指数烧结性能相关性

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废弃块矿作铺底料强化红土矿烧结工艺及机制

钢铁研究学报 2020年第7期32卷 591-600页

作者：朱德庆薛钰霄潘建田宏宇潘料庭黄庆周中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083 广西北部湾新材料有限公司广西北海536000

为减少因低品位废弃含镍矿堆积而产生的重金属污染和镍资源浪费,同时达到有效利用固废资源及改善褐铁矿型红土镍矿烧结性能的目的,在研究两者基本物化性能及矿物赋存状态的基础上,对比了褐铁矿型红土镍矿无铺底料烧结工艺、烧结矿铺底... 详细信息

为减少因低品位废弃含镍矿堆积而产生的重金属污染和镍资源浪费,同时达到有效利用固废资源及改善褐铁矿型红土镍矿烧结性能的目的,在研究两者基本物化性能及矿物赋存状态的基础上,对比了褐铁矿型红土镍矿无铺底料烧结工艺、烧结矿铺底料烧结工艺及废弃块矿铺底料烧结工艺各项指标,并揭示了相关机制。结果表明:相对于无铺底料烧结工艺及烧结矿铺底料烧结工艺,采用废弃块矿作为铺底料能更为有效地改善褐铁矿型红土镍矿烧结性能,烧结矿转鼓强度分别提高10.16%、3.82%,利用系数分别增加13.40%、6.80%,固体燃耗分别降低9.64%、9.20%;同时,烧结矿冶金性能优异,RI和RDI+3.15mm分别高达78.24%及96.79%。固结机制研究发现:相对于其他2种工艺,废弃块矿铺底料烧结工艺中,烧结矿微观结构由大孔薄壁结构转化为大孔厚壁结构,且孔洞趋于规则的圆形;另外,SFCA面积分数由7.27%、8.78%增至12.21%,并沿孔洞边缘向内部发展,主要固相—铁尖晶石晶粒有所长大,彼此之间连结程度较好,能更为有效地被液相所润湿,烧结矿微观结构更为紧密,从而使得烧结矿强度进一步提高。而强度更高的块矿作为铺底料,料层透气性更为有效地提高,促进了无烟煤的充分燃烧,使得烧结矿固体燃耗大幅降低,利用系数明显改善。

关键词：低品位废弃含镍块矿铺底料褐铁矿型红土镍矿烧结透气性固结机制

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强化褐铁矿型红土镍矿烧结技术研究

铁合金 2022年第6期53卷 25-32页

作者：潘晶唐博曾垚王子宏阮志勇朱德庆潘建郭正启薛钰霄广西柳钢中金不锈钢有限公司广西玉林524448 广西柳州钢铁集团有限公司技术中心广西柳州545002 中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙4100830

针对传统褐铁矿型红土镍矿烧结工艺能耗高、强度差等缺点,提出了热风循环和加压自致密化多力场协同及配加铬铁矿新思路,以显著改善褐铁矿型红土镍矿烧结性能。经烧结杯试验,在混合料水分21.5%,无烟煤用量6.38%,焦粉用量2.13%,返矿配比30... 详细信息

针对传统褐铁矿型红土镍矿烧结工艺能耗高、强度差等缺点,提出了热风循环和加压自致密化多力场协同及配加铬铁矿新思路,以显著改善褐铁矿型红土镍矿烧结性能。经烧结杯试验,在混合料水分21.5%,无烟煤用量6.38%,焦粉用量2.13%,返矿配比30%条件下,红土镍矿基本烧结性能最佳,烧结矿转鼓强度、烧成率、利用系数及固体燃耗分别为54.67%、64.40%、1.04 t/m^(2)·h和165.17 kg/t。经铬铁矿和卡粉配比优化及多力场协同强化,烧结性能明显改善,尤其在卡粉配比为15%时,相对于基准试验,烧结矿转鼓强度和利用系数分别提高15.84%和10.58%,固体燃耗降低31.33%。烧结矿固结机理分析表明,多力场协同强化工艺可促进复合铁酸钙(SFCA)的大量生成和铁尖晶石晶粒的明显长大,烧结矿微观结构更为紧密,从而使烧结矿产质量指标显著提高。

关键词：红土镍矿铬铁矿多力场协同强化

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红土镍矿烧结节能降耗技术研究及应用

中国冶金 2021年第9期31卷 92-97页

作者：薛钰霄潘建朱德庆潘料庭黄庆周黄学忠中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083 广西北部湾新材料有限公司广西北海536000

褐铁矿型红土镍矿具有较低的铁品位和丰富的结晶水及高熔点矿物,这导致其烧结矿产质量低、固体燃耗高。通过开发加压致密化烧结技术、热废气循环烧结技术及多力场协同强化烧结技术,显著改善了其烧结矿产质量指标,有力地促进了节能减排... 详细信息

褐铁矿型红土镍矿具有较低的铁品位和丰富的结晶水及高熔点矿物,这导致其烧结矿产质量低、固体燃耗高。通过开发加压致密化烧结技术、热废气循环烧结技术及多力场协同强化烧结技术,显著改善了其烧结矿产质量指标,有力地促进了节能减排。相对于常规烧结工艺,采用多力场协同强化技术后,烧结矿转鼓强度由45.87%增至56.93%,利用系数由0.97增至1.15 t/(m^(2)·h),固体燃耗从140.52减至107.91 kg/t,废气中CO_(2)、NOx及SO_(2)最高体积分数分别由27.42%、0.0198%和0.2615%降至19.89%、0.0154%及0.2030%,有害气体排放明显减少。这在相关工业应用中得到进一步验证。为更好地实现褐铁矿型红土镍矿烧结的清洁生产,可开发球团烧结技术,以进一步改善烧结矿产质量指标和降低生产能耗,值得大力推广应用。

关键词：褐铁矿型红土镍矿烧结节能降耗 CO2减排不锈钢