钒钛磁铁矿直接还原试验研究

在热力学分析的基础上研究了实验室条件下钒钛磁铁矿配煤直接还原的特点,考察了还原机理及还原温度、反应时间和配碳量对金属化率的影响.结果表明:采用直接还原可使钒钛磁铁矿中铁的氧化物优先还原为金属铁,钛仍以氧化物的形态存在;随着温度升高,球团金属化率呈上升趋势,且上升趋势随之减缓;在xC/xO=0.9∶1时,延长反应时间金属化率增加,但反应时间过长金属铁会被再氧化,反应时间控制在20 min为宜;在xC/xO=1.1∶1时,40 min内未出现再氧化现象;低配碳(xC/xO=0.8∶1)时,球团的金属化率随还原时间、还原温度的增加而增加,1 300℃下还原10 min后金属化率即达到了90%以上.     

钒钛磁铁矿金属化还原-选分-电热熔分新工艺

针对攀枝花钒钛磁铁矿进行了金属化还原-选分-电热炉熔分实验,考察了磁场强度、还原温度、还原时间、配碳比、还原煤粒度对金属化还原及磁选分离效果的影响.实验结果表明,当磁场强度50mT、还原温度1350℃、还原时间60min、配碳比10、还原煤粒度为-75μm时,金属化还原后产物及磁选分离磁性物质、非磁性物质的各项指标最佳,进一步进行电热炉熔分可实现铁钒分离.新工艺达到铁钒钛资源高效分离要求,铁钒钛收得率分别为9507%,7160%和8008%.     

高铬型钒钛磁铁矿煤基直接还原研究

将高铬型钒钛磁铁精矿、还原剂煤粉和黏结剂按一定比例配料、混匀、模压成型后进行直接还原,研究了煤种、碳氧摩尔比(COR)、还原温度、还原时间和添加剂等因素对高铬型钒钛磁铁精矿还原产物金属化率的影响,采用X射线衍射对还原产物进行物相分析.结果表明:以无烟煤为还原剂,碳氧摩尔比1.2、还原温度1 350℃、还原时间60 min的条件下,未采用添加剂时产物金属化率最高可达89.80%;在碳氧摩尔比1.2、还原温度1 250℃、保温时间30 min、添加质量分数为3%Ca F2条件下,还原产物金属化率达85.27%,有效降低了还原过程的能耗.还原温度低于1 250℃时,产物主要物相为金属铁,同时还有少量的Fe2O3,Fe3O4,Fe3C,Fe0.5M g0.5Ti2O5和Ti O2;1 300℃时,还原产物中出现Fe2VO4;高于1 350℃时,还原产物中出现了(Fe,Cr)和Ti3O5.     

钒钛磁铁矿固态还原的研究

研究了钒钛磁铁矿的固态还原过程及影响因素,讨论了磨矿粒度、还原温度和配碳量对固态还原金属化率及还原后炉料中钛走向的影响.采用煤基直接还原工艺流程,能够将钒钛磁铁矿中铁的氧化物还原为金属铁,然后通过磁选,可实现钛、铁的有效分离.实验结果表明,最佳工艺条件为:还原温度1 100℃,配碳量为1∶1,磨矿粒度控制在75~150μm之间.在此工艺条件下得到铁的金属化率和渣中钛的质量分数分别在80%和36%以上.该工艺为我国大批量钒钛磁铁矿的开发利用提供了新途径.     

富氧率对钒钛磁铁矿球团还原行为的影响

模拟研究了不同富氧率条件下钛磁铁矿氧化球团的还原过程.通过扫描电镜观察钒钛磁铁矿球团还原过程中的微观结构变化,结合能谱仪研究分析了还原过程中产物的分布变化.结果表明,富氧率的提高对还原度和还原速率提高有明显促进作用.还原过程中钛铁分离伴随着Al元素向高钛矿中迁移富集,最终Al与Ti原子数比为1∶3,Al很可能与钛铁氧化物固溶,形成某种复合化合物并导致球团矿还原难度增加.运用三种不同模型对球团矿还原过程对比分析,发现混合模型可以很好地表征球团矿不同阶段的还原过程.利用混合模型计算得出球团矿还原过程的动力学参数.结果表明,随着富氧率的升高,球团矿还原活化能逐渐降低,从不富氧到富氧79%条件下,活化能由26.5 k J/mol降低到19.68 k J/mol,活化能的降低增加了相同条件下活化分子的数量,提高了反应速率,有利于球团矿在较低还原温度条件下快速反应.     

钢铁厂含铁尘泥球团自还原实验研究

以高炉工序的重力除尘灰和转炉工序的转炉污泥作为主要原料,配加一定量的还原剂、黏结剂和水制成冷固结球团,在高温下进行含铁尘泥球团自还原实验.结果表明,将重力除尘灰和转炉污泥混合制成自还原冷固结球团,不仅可弥补单种物料成球性能的不足,还可实现含铁尘泥球团的自还原,充分利用尘泥中的Fe,C和Ca O等资源;含铁尘泥球团的金属化率和脱锌率都随反应温度的升高而逐渐增大,1 300℃时,球团金属化率和脱锌率可分别达到91.35%和99.25%;随着反应时间的延长,球团的金属化率和脱锌率也逐渐增大,且在反应开始5 min内即可分别达到50.68%和75.82%;含铁尘泥球团的金属化率和脱锌率随着配碳量的增加而呈现先增大后减小的趋势,变化幅度较小.     

白云鄂博矿含碳球团直接还原过程工艺参数优化的数值模拟

利用管式电阻炉研究了炉气温度在900~1 100℃之间球团的还原过程。建立数学模型;考虑传热、传质以及化学反应来模拟白云鄂博矿含碳球团直接还原过程。实验结果表明,随着炉气温度的升高,球团质量减小的越快,还原反应结束的时间缩短。模拟结果与实验结果吻合较好。通过正交试验研究影响白云鄂博矿金属化率主要因素大小排序为:炉气温度时间碳氧比直径。最后研究两种不同工况观察白云鄂博矿含碳球团金属化率的变化规律,结果显示较低的炉气温度对金属化率作用不大;在高温段反应10 min左右就可以达到最大金属化率。粒径为12 mm、碳氧比0.9的含碳球团,在炉气温度为1 100℃时各段反应时间可以控制在10 min左右。     

红土镍矿选择性还原-熔分制备镍铁合金

以硅镁型红土镍矿为原料,采用金属化焙烧-熔分工艺,通过正交试验制备金属化球团,将所得金属化球团在1500℃条件下熔融分离30min提取镍铁合金,考察影响因素对实验结果的影响.结果表明:在选择性还原制备金属化球团过程中,对金属化率的影响程度从大到小的因素依次是C/O摩尔比、焙烧温度、焙烧时间和碱度;实验可获得镍品位19%的镍铁合金;在碱度为0.8~1.2范围内,S和P分配比随着碱度的升高而增大.利用X射线衍射和扫描电镜对金属化球团及熔融分离出的渣进行微观分析,发现加入的石灰石与复杂矿相反应可释放出简单镍氧化物和铁氧化物,促进还原反应的进行,当石灰石不足时,少量铁以Fe3+的形式存在于铁金属化率70%的金属化球团中.     

津布巴铁精矿含碳球团还原实验研究

高炉炼铁工艺中炼焦、球团、烧结工序是主要污染源,本实验模拟转底炉工艺采用煤粉为还原剂实现直接还原铁的清洁生产。实验以津布巴铁精矿为原料,对该铁精矿进行XRD分析、扫描电镜分析和热失重分析。实验采用含碳球团焙烧还原工艺,通过四因素三水平正交实验研究各因素对焙烧球团的金属化率的影响。结果表明:在含碳球团焙烧还原过程中,对金属化率的影响程度从大到小的因素分别为焙烧温度、碱度、焙烧时间和配碳量,其中,当配碳量为1.0,温度为1 150℃,碱度为0.37,焙烧时间为25 min是得到高金属化率焙烧球团的最佳条件,球团焙烧后的残炭量与焙烧温度和碱度也有较大关系,最终球团金属化率均在80%以上。     

高含碳金属化球团强度性质

在1050～1200℃条件下研究了不同的配碳比、添加剂、还原温度、生球粒度等对高含碳金属化球团强度的影响.结果表明:高含碳金属化球团还原后的强度随温度的升高而升高;并且以粘土为添加剂的高含碳金属化球团具有较高的强度.     

真空碳热还原过程中二氧化硅的挥发行为

为了解在真空碳热还原过程中SiO2的还原特性以及还原过程中的主要影响因素,对二氧化硅的还原过程进行热力学分析,得出化学反应自由能和临界温度。在系统压力为2~200 Pa条件下,以分析纯SiO2和Fe2O3为原料,采用XRD,SEM,EDS和化学成分分析等手段,研究Fe/Si摩尔比、配碳量、反应时间、还原剂粒度和升温速率对硅的挥发率和还原反应速率的影响。实验结果表明:在100 Pa条件下,SiO2的临界反应温度为1 330~1 427 K。SiO2发生气化反应生成的SiO气体挥发至石墨冷凝系统歧化生成Si和SiO2,造成硅的损失,且有部分SiO气体和石墨反应生成SiC;增大Fe/Si摩尔比和配碳量以及减小还原剂粒度均降低了硅的挥发率,提高了SiO2还原反应速率;延长反应时间和提高升温速率增加了硅的挥发率。     

Gas-based reduction of vanadium titano-magnetite concentrate: behavior and mechanisms

The reduction of vanadium titano-magnetite pellets by H₂-CO at temperatures from 850 to 1050℃ was investigated in this paper. The influences of pre-oxidation treatment, reduction temperature, and V_H2/(V_H2 + V_CO) on the metallization degree were studied. The results showed that pre-oxidation played a substantial role in the reduction of vanadium titano-magnetite pellets. During the reduction process, the metallization degree increased with increasing temperature and increasing V_H2/(V_H2 + V_CO). The phase transformation of pre-oxidized vanadium titano-magnetite pellets during the reduction process under an H₂ atmosphere and a CO atmosphere was discussed, and the reduced samples were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) in conjunction with back scatter electron (BSE) imaging. The results show that the difference in thermodynamic reducing ability between H₂ and CO is not the only factor that leads to differences in the reduction results obtained using different atmospheres. Some of Fe_3-xTi_xO₄ cannot be reduced under a CO atmosphere because of the densification of particles' structure and because of the enrichment of Mg in unreacted cores. By contrast, a loose structure of particles was obtained when the pellets were reduced under an H₂ atmosphere and this structure decreased the resistance to gas diffusion. Moreover, the phenomenon of Mg enrichment in unreacted cores disappeared during H₂ reduction. Both the lower resistance to gas diffusion and the lack of Mg enrichment facilitated the reduction of vanadium titano-magnetite.     

硼铁精矿的碳热还原动力学

为了揭示硼铁精矿的碳热还原机理,以高纯石墨为还原剂,进行硼铁精矿含碳球团等温还原实验,并采用积分法进行动力学分析.还原温度分别设定为1000、1050、1100、1150、1200、1250和1300益,配碳量即C/O摩尔比=1.0.当还原度为0.1<α<0.8时,温度对活化能和速率控制环节有重要影响：还原温度≤1100益时,平均活化能为202.6 kJ·mol-1,还原反应的速率控制环节为碳的气化反应;还原温度>1100益时,平均活化能为116.7 kJ·mol-1,为碳气化反应和FeO还原反应共同控制.当还原度α≥0.8时(还原温度>1100益),可能的速率控制环节为碳原子在金属铁中的扩散.碳气化反应是含碳球团还原过程中主要速率控制环节,原因在于硼铁精矿中硼元素对碳气化反应具有较强烈的化学抑制作用.     

Metalizing reduction and magnetic separation of vanadium titano-magnetite based on hot briquetting

To achieve high efficiency utilization of Panzhihua vanadium titano-magnetite, a new process of metalizing reduction and magnetic separation based on hot briquetting is proposed, and factors that affect the cold strength of the hot-briquetting products and the efficiency of reduction and magnetic separation are successively investigated through laboratory experiments. The relevant mechanisms are elucidated on the basis of microstructural observations. Experimental results show that the optimal process parameters for hot briquetting include a hot briquetting temperature of 475℃, a carbon ratio of 1.2, ore and coal particle sizes of less than 74 μm. Additionally, with respect to metalizing reduction and magnetic separation, the rational parameters include a magnetic field intensity of 50 mT, a reduction temperature of 1350℃, a reduction time of 60 min, and a carbon ratio of 1.2. Under these above conditions, the crushing strength of the hot-briquetting agglomerates is 1480 N, and the recovery ratios of iron, vanadium, and titanium are as high as 91.19%, 61.82%, and 85.31%, respectively. The new process of metalizing reduction and magnetic separation based on hot briquetting demonstrates the evident technological advantages of high efficiency separation of iron from other valuable elements in the vanadium titano-magnetite.     

海砂矿深度还原-磁选分离实验研究

应用化学分析、扫描电镜观察和X射线衍射分析方法研究海砂矿的基础物性. 采用煤基深度还原-磁选工艺,系统考察矿粉中Fe和Ti的还原分离行为,并明确还原温度、还原时间、碳氧比、磁感应强度和磨矿粒度对还原磁选效果的影响规律. 结果表明:海砂矿主要由钛磁铁矿和钛赤铁矿组成;较优的还原分离工艺参数为还原温度1300℃、还原时间30 min、碳氧摩尔比1. 1、磁感应强度50 mT和磨矿细度-0. 074 mm质量分数86. 34%. 在此工艺条件下,可以获得金属化率94. 23%的还原产物,磁选指标分别达到精矿铁品位97. 19%和尾矿钛品位57. 94%,对应的铁、钛回收率为90. 28%和87. 22%,有效地实现海砂矿中铁钛元素的分离富集.     

不同还原度铁氧化物球团在微波场中的升温及还原行为

为深入了解氧化球团在微波竖炉中的升温以及煤基直接还原行为,实验采用铁精矿氧化球团作为基础原料,在气体还原剂条件下进行预还原,通过控制还原时间得到不同还原度铁氧化物球团,并从不同还原度铁氧化物球团的结构以及性能出发,研究它们在微波场中的升温性能及其还原变化.电磁性能测试结果表明,球团中的铁及其氧化物在微波场中的升温速度从快到慢依次为:Fe3O4,Fe2O3,Fe,FeO.微波加热还原结果分析及矿相结构观察显示,Fe2O3的深还原时间较长,物相多重转变,造成过程温度和还原气氛跟不上氧化物的还原反应速度;Fe3O4阶段升温速度快,结构松散,有助于进一步的还原,但进入浮士体(FeO的固溶体)阶段后孔隙率降低,升温速度骤降,造成还原的困难;在还原度达到66.90％时,表层以金属铁相为主,孔洞发达,吸波性能强,在气化反应有效进行的条件下,球团将会实现快速还原.