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脉石成分SiO2、CaO对赤铁矿不同阶段还原膨胀的影响研究

脉石成分SiO2、CaO对赤铁矿不同阶段还原膨胀的影响研究

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作者：周天宝安徽工业大学

学位级别：硕士

增加球团矿入炉比可以实现高炉生产节能减排。而高碱度球团矿尤其是自溶性球团矿(R=0.33-1.0)在高炉还原过程中发生的膨胀行为限制了球团矿在炉料结构中的发展。同时,脉石成分SiO、CaO等与球团矿还原膨胀性能密切相关。因此,研究SiO、Ca... 详细信息

增加球团矿入炉比可以实现高炉生产节能减排。而高碱度球团矿尤其是自溶性球团矿(R=0.33-1.0)在高炉还原过程中发生的膨胀行为限制了球团矿在炉料结构中的发展。同时,脉石成分SiO、CaO等与球团矿还原膨胀性能密切相关。因此,研究SiO、CaO和碱度对球团矿不同还原阶段还原膨胀的影响对于解决球团矿还原膨胀问题、增加高碱度球团矿入炉比例具有重要意义。本文以纯试剂FeO、SiO和CaO为原料,制备不同SiO、CaO含量的球团,并采用外配CaO的方法调整球团碱度。首先在1250℃下对球团焙烧过程进行热力学分析,并观察焙烧后球团的矿相结构;然后控制还原气氛组成对球团进行阶段还原实验,还原时间为120min。分析不同球团各阶段还原度、还原膨胀率以及微观形貌的变化,从而揭示SiO、CaO及碱度对不同阶段还原膨胀的影响机理。得到以下结论:(1)含SiO球团、含CaO球团及自溶性球团焙烧后赤铁矿连晶状态变差。原因分别为:含SiO球团中的SiO均匀分布在赤铁矿中,增加了赤铁矿分散程度,从而抑制赤铁矿连晶;含CaO球团焙烧过程中CaO与FeO结合产生低熔点渣相,导致球团焙烧后孔洞增加,从而抑制赤铁矿连晶;自溶性球团焙烧过程中CaO、SiO与FeO互相结合分别产生渣相、钙铁榴石相和钙橄榄石相,从而抑制赤铁矿连晶。(2)含SiO球团在FeO→FeO阶段发生少量体积膨胀,在FeO→Fe阶段发生大量体积收缩;含CaO球团在FeO→FeO阶段发生少量体积膨胀,在FeO→Fe阶段发生大量体积膨胀;自溶性球团碱度R阶段发生少量体积膨胀,在FeO→Fe阶段发生大量体积膨胀;自溶性球团碱度R>1.0时在FeO→FeO阶段发生大量体积膨胀,在FeO→Fe阶段发生少量体积膨胀。(3)含SiO球团在FeO→Fe阶段金属铁发生连晶是造成体积收缩的主要原因;含CaO球团以及自溶性球团在FeO→Fe阶段产生的铁晶须是造成还原膨胀的主要原因;CaO促进铁晶须的生长,自溶性球团碱度R1.0时,铁晶须生长受到抑制。

关键词：脉石成分赤铁矿阶段还原还原膨胀铁晶须

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含硼铁精矿阶段还原—高效分选基础研究

含硼铁精矿阶段还原—高效分选基础研究

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作者：余建文东北大学

学位级别：硕士

含硼铁精矿是硼铁矿选矿终端产品,其中含B2O34%～6%,占原矿硼总量的30%。若这部分硼不能回收为硼工业可以利用的原料,硼回收率将低于70%,造成硼资源流失。因此,研究含硼铁精矿中硼、铁高效分离具有重要的理论与实际意义。本文以辽宁首... 详细信息

含硼铁精矿是硼铁矿选矿终端产品,其中含B2O34%～6%,占原矿硼总量的30%。若这部分硼不能回收为硼工业可以利用的原料,硼回收率将低于70%,造成硼资源流失。因此,研究含硼铁精矿中硼、铁高效分离具有重要的理论与实际意义。本文以辽宁首钢硼铁有限公司含硼铁精矿为研究对象,针对含硼铁精矿物料特性差异,突破了传统选矿理念,创造性提出“阶段还原-高效分选”选冶联合新技术,采用阶段还原技术于一段还原过程中可将含硼铁精矿中的铁氧化物充分还原为金属铁而硼氧化物不能被还原,然后于二段还原过程中促使金属铁晶粒长大到适宜分选的粒度,最后对还原熟料进行高效分选。通过系统的实验研究,实现了该矿中有用成分铁和硼的有效分离和富集,并对阶段还原机理进行了深入的探讨。运用化学分析等手段,以还原熟料金属化率及分选指标为评价标准,系统地研究了还原温度、还原时间、升温速率、碳酸钠用量、氧化钙用量等因素对一段还原效果的影响。研究表明：金属化率是决定分选效果的主要因素,还原温度等因素对还原熟料金属化率具有重要影响。试验确定适宜的一段还原条件为：还原温度1125℃,还原时间150min,升温速率5℃/min,碳酸钠添加量5%,氧化钙添加量5%。在此条件下制备出的还原熟料铁品位72.17%,金属铁含量64.17%,金属化率88.92%。然后在磨矿细度-0.074mm68%和0.008T的条件下,获得了铁粉品位92.71%,回收率95.11%及含B20314.51%,回收率88.69%的硼精矿。试验过程中发现含硼氧化物相在高温条件下易形成液相阻碍铁氧化的还原但可促进铁晶粒的长大。因此决定在一段还原的基础上进行二段还原试验研究。试验确定适宜的二段还原条件为：还原温度1250℃,还原时间45 mmin。在此条件下制备出的还原熟料铁品位73.8%,金属铁含量67.25%,金属化率为91.12%。然后在磨矿细度-0.074mm68%和0.008T的条件下,获得了铁粉品位93.72%,回收率96.24%及含B2O314.55%,回收率93.57%的硼精矿。应用光学显微镜、XRD、SEM、EDS等分析手段对不同阶段还原物料的化学组成、矿物组成、结晶粒度等特性进行了分析,结合金属铁颗粒生成及长大动力学,对阶段还原机理进行了深入研究。研究结果妙明,铁矿物以Fe304→FeO→F e顺序被还原,其中以碳和铁氧化物的间接反应为主反应。在一段还原过程中,矿石没有出现熔化、烧结等现象,铁氧化物充分还原为金属铁,但依然保持着原来铁矿物的结构形式,硼、铁及其他组分间的复杂共生、连生的结构关系并没有改变;由于B203是低熔点物质,有助熔作用,易形成液相。因此在二段高温保温过程中,已还原金属铁发生迁移、长大,实现了铁与硼等其他组分的自然分离。其他元素的还原特性研究表明,硼矿物即硼镁石(Mg2[B2O4(OH)](OH))在阶段还原过程中失去结晶水变为遂安石(Mg2B2O5),部分遂安石又与菱镁矿(MgCO3)分解产物氧化镁(MgO)结合形成小藤石(Mg3B2O6);主要脉石矿物蛇纹石(Mg3(Si2O5)(OH)4)则在还原过程中失去结晶水的同时分解为二氧化硅(Si02)和镁橄榄石(Mg2Si04)。对还原熟料采用不同的冷却方式进行了硼活性试验研究,研究结果表明,还原熟料经水淬冷却至室温后,硼活性最高,达81.23%。综合以上试验结果可知：采用阶段还原-高效分选技术处理含硼铁精矿可获得高品位铁粉和优质富硼渣,其中富硼渣含B20314%以上,可作为“碳碱法”生产硼砂的优良原料;铁粉含TFe94%以上,经压块后可以替代废钢作为电弧炼钢的良好原料。本研究可以提高含硼铁精矿中硼和铁的利用率和产品的使用价值,对回收含硼铁精矿中的硼具有一定的指导意义。

关键词：含硼铁精矿阶段还原高效分选金属铁颗粒富硼渣

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