预还原球团吸波性能及其微波加热煤基直接还原

研究预还原球团在微波场中的升温特性,考察预还原球团微波加热中对直接还原的影响,分析铁氧化物煤基微波加热的还原行为.研究结果表明:预还原程度越高,球团中的Fe3O4含量逐渐减少,浮氏体和金属铁含量逐渐增多,对微波的吸收性能逐渐减弱,但是仍然具有较好的吸波能力.预还原球团金属化率越高,得到的海绵铁金属化率越高,在预还原球团金属化率为42.85％(质量分数),温度为1 000℃,还原时间为48 min,碳氧质量比为1.75:1时,海绵铁金属化率达到97.29％.随着还原反应的进行,铁氧化物的成分不断改变,金属铁颗粒呈星点状分布于浮氏体之间,但并不会形成致密金属壳,为还原反应中的气体交换创造良好的动力学条件.     

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.     

攀枝花钛精矿真空碳热固相还原

运用FactSage、XRD和BSE-EDS分析手段研究了在1 000～1 400℃下真空碳热还原钛精矿的物相变化及还原历程。结果表明:还原温度能促进还原反应进行和金属铁的形核长大。当温度为1 200～1 300℃时反应最为剧烈;在1 350℃时有硅进入铁相,初期有少量的Fe_2TiO_4→FeTiO_3,钛精矿的还原历程主要为:FeTiO_3→FeTi_2O_5→Ti_3O_5→Ti_2O_3。铁氧化物被还原为金属铁,并形核集聚长大,钛氧化物则由高价态向低价态转变,还原最终主要物相为Ti_2O_3和金属铁。还原过程中会形成(Fe,Mg)TiO_3及M_3O_5型固溶体,遏制铁的还原效果。     

铁尾矿再选粗精矿深度还原含铁硅酸盐矿物的生成与还原

采用化学分析、XRD分析、SEM及EDS能谱分析方法,对齐大山铁尾矿再选粗精矿深度还原含铁硅酸盐矿物的生成与还原机理进行研究。研究结果表明:低温还原时,部分铁氧化物与脉石矿物发生固相反应,使含铁硅酸盐矿物中的铁(简称硅铁)占全铁的质量分数由未还原时的20.66%增加到720℃时的27.56%;当还原温度为770~930℃时,由于浮氏体大量生成和Na2CO3的加入,有大量低熔点富铁复杂硅酸盐矿物生成,使硅铁占全铁的质量分数由28.03%增加到53.18%;当升温到930℃时,大量钙铁辉石和少量铁橄榄石、钙铁橄榄石生成,由于Ca O的碱性氧化物效应,铁橄榄石不能大量稳定存在而转化为还原性更好的钙铁辉石、钙铁橄榄石。在高温还原条件下,钙铁辉石及钙铁橄榄石中的铁离子进入复杂硅酸盐相中,并迁移到复杂硅酸盐相表面进行还原,还原得到的金属铁沿着复杂硅酸盐相表面聚集连晶,形成金属铁环边产物层;当升温到1 300℃时,硅铁占全铁的质量分数可降至9.13%。     

煤种对红土镍矿中镍选择性还原的影响机理

以某含镍1.86%(质量分数)、铁13.24%(质量分数)的红土镍矿为对象,分别采用石煤和无烟煤作为还原剂,考察了煤种对红土镍矿中镍的选择性还原的影响.结果表明,用石煤作为还原剂能够达到镍选择性还原的目的.X射线衍射及扫描电镜分析研究表明,还原过程中镍、铁先以镍纹石形式存在,随着煤用量增加,逐渐变为以铁纹石形式存在.同时随着煤用量的增加,焙烧后生成的含镍铁矿物中镍的比例逐渐递减,而铁的比例逐渐递增.石煤为还原剂时焙烧产物中主要以镍纹石的形式存在,同时金属铁的生成量比无烟煤作还原剂时低,因此采用石煤作还原剂比无烟煤作还原剂对镍还原具有更强的选择性,可以得到更高镍品位的镍铁精矿.     

菱铁矿在煤基直接还原条件下的转化过程

为研究菱铁矿在强还原气氛下加热过程中铁矿物的转化过程和规律,采用热重分析、X射线衍射和扫描电镜等手段研究了嘉峪关某菱铁矿石在煤基直接还原过程中菱铁矿的热行为和不同条件下焙烧产物中铁矿物的存在形式等.结果表明,菱铁矿在煤基直接还原条件下转化为金属铁的历程为FeCO3→Fe3O4→FeO→Fe.转化过程分为菱铁矿分解和铁氧化物还原两个阶段;热分解阶段在556.6℃时基本结束,最终产物为Fe3O4;铁氧化物的还原阶段在556.6℃以后、1200℃时完全结束,最终产物为金属铁.     

红土镍矿直接还原焙烧磁选回收铁镍

采用添加助熔剂直接还原焙烧-磁选方法,对镍主要以硅酸镍形式存在的低品位红土镍矿中镍和铁的富集进行了研究. 结果表明,同时添加助熔剂,可获得较好的技术指标. 最佳工艺条件为:煤作还原剂,质量分数为15%;KD-2为助熔剂,质量分数为20%;焙烧温度为1200℃;焙烧时间为40min. 在此条件下可以得到镍品位10.83%、铁品位52.87%、镍回收率82.15%和铁回收率54.59%的镍铁精矿. 用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对还原过程中助熔剂和煤的作用机理进行了研究. 发现KD-2可以与原矿中含镍的石英和硅酸盐矿物反应,释放出其中的镍;煤用量太多时可生成部分不含镍的金属铁,会造成镍的回收率降低.     

焙烧温度对高铁提钒尾渣煤基直接还原效果的影响

利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段考察了焙烧温度对提钒尾渣煤基直接还原效果的影响,并利用磨矿-磁选方法对焙烧产物进行了金属铁的分离实验.结果表明:最有利于金属铁析出、兼并、长大以及金属铁和渣相单体解离的焙烧温度是1200℃,在此温度下,提钒尾渣中的Fe2O3基本还原成了金属铁,Fe2TiO5基本转变成了金属铁和TiO2.铁质量分数36.54%、TiO2质量分数9.28%的提钒尾渣,经1200℃焙烧所得产物经过二段磨矿-二段磁选可获得铁质量分数90.90%、TiO2质量分数0.56%的金属铁粉.     

组合脱磷剂对高磷铁矿还原焙烧-磁选的影响

针对高磷铁矿还原焙烧降磷过程中脱磷剂成本高、用量大等难题，为更好地开发利用高磷铁矿，采用还原焙烧-磁选工艺，研究了组合脱磷剂对高磷铁矿提铁降磷的影响.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)揭示提铁降磷机理.结果表明:加入13%碳酸钙和2%碳酸钠作为组合脱磷剂能代替传统脱磷剂，并获得了良好的脱磷效果.当原矿铁品位55.58%，含磷0.57%时，在推荐的试验条件下，可获得铁品位93.25%，铁回收率90.75%、磷质量分数0.09%以及磷的去除率高达91.46%的粉状还原铁.加入的组合脱磷剂不仅促使铁氧化物中的磷组元向磷酸钙发生转变，使金属铁颗粒与磷酸钙界限明显，而且还能防止难以还原的铝尖晶石和铁橄榄石的生成，最终实现了磷的深度脱除和铁的有效回收.     

高铁铝土矿直接还原-石灰烧结过程及机理研究

探索基于石灰烧结的高铁铝土矿直接还原方案,并借助XRD,SEM和EDS等手段分析直接还原-石灰烧结过程中的矿物转化机理。研究结果表明:在保温过程中,由于生石灰的反应活性较低,原矿中仅有部分氧化铝矿物转化为碱溶性的铝酸钙。在剩余的氧化铝矿物中,高岭石转化为莫来石,一水硬铝石和一水软铝石转化为刚玉;刚玉和莫来石不溶于碱,造成氧化铝损失。由于石灰烧结反应温度与直接还原反应温度之间存在差异,因此,很难同步实现铝、铁矿物的高效转化。最佳条件为:预磨粒度为0.038 mm的铝土矿质量分数为74.95%,石灰用量为19.35%,还原温度为1 400℃,还原时间为60 min,最佳试验指标如下:铁品位T(Fe)为71.01%,铁回收率ε(Fe)为99.5%,氧化铝溶出率ηA为61.58%。     

添加硅铁对钛精矿直接还原-渣铁分离的影响

利用碳热还原方法研究了硅铁添加对钛精矿还原及渣铁分离效果的影响.结界表明:硅铁可提高还原反应速率和铁的金属化率,在1 380℃还原30 min的金属化率达到84.5%.添加硅铁还可明显缩短还原球团冶炼周期,降低渣中金属铁含量,提高渣铁分离效率及钛渣品位(Ti O2的质量分数为84.75%).同时运用Fact Sage软件对钛渣液相线及黏度进行了理论计算,结果表明:添加硅铁对钛渣黏度影响不大,但可增大钛渣的液相区域,从而有利于金属铁的聚集长大及分离.理论计算很好地解释了实验结果.     

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.     

红土镍矿深度还原-磁选富集镍铁实验研究

采用深度还原-磁选工艺,以煤粉为还原剂,添加氧化钙作助溶剂,在微熔化,不完全造渣的条件下,将矿石中镍和铁的氧化物还原成金属镍铁,然后经磁选方法使金属镍铁在磁性产品中得到富集.结果表明,深度还原最佳工艺条件为:还原温度1 300℃,还原时间60 min,配煤过剩倍数2.在此工艺条件下得到镍、铁质量分数分别为5.01%,22.46%的镍铁产品,镍、铁回收率分别为96.05%,79.69%.对深度还原过程研究表明,还原物料中镍和铁以金属合金颗粒形式存在,高温有利于镍铁金属相凝聚,适当延长还原反应时间有利于镍铁颗粒的还原和聚集长大,进而有利于磁选富集.     

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.     

甲烷还原氧化球团过程中的渗碳行为

通过固定床热重反应器,利用X线衍射(XRD)、热重(TG)以及扫描电镜-能谱(SEM-EDS)等分析方法,研究纯CH_4气体还原球团过程中的渗碳行为。研究结果表明:甲烷还原铁氧化物依靠其裂化产生的H_2与吸附碳;CH_4还原5 min时,金属铁相产生,但由于吸附碳参与还原反应,故基本不存在积碳,由于金属铁层在球团颗粒表面逐渐增厚以及铁碳固溶体颗粒中碳质量分数逐渐增加,阻碍吸附碳的还原并抑制碳向固溶体颗粒内的进一步扩散,故积碳在还原5 min后出现,20 min后浮士体相消失且吸附碳质量分数逐渐增加;反应初期吸附碳对还原速率有一定促进作用,但当吸附碳大量沉积时,则阻碍还原气H_2与还原产物H_2O与CO的扩散,降低CH_4还原速率。     

铁精矿内配生物质直接还原的研究

采用碳中性、清洁、可再生的生物质作为还原剂,对铁精矿内配生物质直接还原及其还原行为进行研究。研究结果表明：铁精矿内配生物质在直接还原前期快速产生CO、H₂、C_mH_n、CO₂、H₂O等,在反应罐内形成最高可达16 k Pa的压力,有利于生物质热解后在铁精矿颗粒表面及孔隙内沉积生物质炭及其原位气化,生成H₂和CO,并与铁氧化物还原反应构成耦合作用,显著促进了铁氧化物低温快速还原。与传统的未反应核模型不同,新生的金属铁向气流方向迁移和聚集,形成了纤维状的金属铁晶须。提高还原温度和延长还原时间能够加快铁晶须的迁移和生长,在还原温度为1 040℃和还原时间为50 min的条件下,海绵铁金属化率高达97.21%,铁晶须的宽度达4～10μm。     

铁锰催化剂的还原

应用程序升温还原(TPR),x-射线行射(XRD)和热分析技术,对共沉淀铁锰催化剂的还原性能及不同还原阶段催化剂的体相组成进行了探讨,结果表明:锰对铁的还原性能有促进作用,铁锰在还原过程中发生了相互作用,形成尖晶石结构。     

红土镍矿含碳球团还原富集镍铁

采用碳还原-磁选分离-熔炼工艺制备了镍铁合金.考察了在碳还原过程中添加剂的用量、还原温度、还原时间对镍铁的富集的影响.在添加剂和配碳量(质量分数)分别为5%和3%,还原温度1 320℃和还原时间为120min的条件下,磁性产物中镍、铁质量分数分别达到8.31%和71.5%,回收率达到95.44%和99.84%.熔炼后得到镍、铁质量分数分别为10.11%和83.75%的镍铁合金.对有、无添加剂所得还原产物的形态分析表明,自制添加剂对镍铁合金生长具有促进作用.     

CO对铁丝网卷还原NO的影响实验研究

采用模拟烟气在水平布置的陶瓷管反应器中对金属铁丝网卷直接还原NO气体的特性进行了实验研究.烟气中NO的体积百分比为0.05％,配平气体采用N2,反应温度为300℃-1100℃.实验研究结果表明铁丝卷具有非常好的直接还原NO的能力.在N2气氛中,在500℃以下温度范围铁的脱硝效率低于40％,在500℃-800℃铁的脱硝效率迅速增加,当温度超过900℃后不同尺寸的铁丝卷对NO的脱除效率都超过99％.对铁表面的X光衍射分析(XRD)结果表明铁与NO反应后生成了铁氧化物,在550℃时铁的主要氧化物为Fe3O4,在1100℃时铁的主要氧化物为Fe2O3.扫描电子显微镜(SEM)结果表明550℃时铁样品表面比较细密,而1100℃时铁样品表面比较疏松,有利于NO气体向铁内部的扩散,从而利于提高NO脱除率.还原性气体CO通过还原铁的氧化物以保证金属铁和NO的连续反应,从而进一步提高NO的脱除效率.CO气氛中铁和NO反应后的XRD检测结果表明铁样品的主要成分是金属铁,此外含有少量的FeO.在含有16.8％ CO2以及1％-2％O2的模拟烟气条件下,当温度超过1000℃后,反应器中分别加2％和4.1％的CO气体后,铁丝卷脱硝效率可达到大约95％.     

还原剂对高磷鲕状赤铁矿直接还原过程铁还原的影响

采用添加脱磷剂直接还原焙烧--磁选的工艺制备直接还原铁,研究了不同还原剂对高磷鲕状赤铁矿直接还原过程铁还原的影响.实验结果和扫描电镜分析表明,还原剂中固定碳和挥发分含量对于焙烧产物中金属铁晶粒的聚集、增多和长大以及所得还原铁指标影响较大.焦炭和无烟煤所得焙烧产物中金属铁晶粒与脉石矿物结合较紧密,难以在磨矿过程中实现单体解离.褐煤所得焙烧产物中金属铁晶粒出现明显的连接和长大,且与脉石矿物界限分明,嵌布粒度较粗,有利于铁颗粒与脉石矿物的解离,从而其铁回收率较其他还原剂高.