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含锡锌复杂铁精矿球团弱还原焙烧的物化基础及新工艺研究

张元波  
【摘要】: 随着我国钢铁工业的快速发展,对国内复杂铁矿资源的开发利用具有重要的现实意义。含锡锌复杂铁矿是一类典型的难选难冶矿石,在我国储量很大。本论文以取自于内蒙古黄岗含锡锌铁精矿为研究对象,开展了含锡锌铁精矿球团弱还原焙烧制备高炉用球团矿并综合回收锡和锌的物化基础及新工艺研究。 在研究含锡锌铁精矿基本物化性能的基础上,采用光学显微镜、XRD、SEM及电子探针等微观测试方法对其工艺矿物学进行了详细研究,发现锡石和闪锌矿多以微细粒单体或不规则粒状与磁铁矿构成连生体或包裹体,导致Fe与Sn、Zn的选矿分离十分困难。 铁、锡和锌氧化物的还原热力学研究表明,当控制气相温度为974℃<T<1250℃,气相中CO浓度为7.6%<CO%<16.8%时,可实现铁与锡、锌的分离。SnO_2被还原为SnO以气态形式挥发,ZnO可被还原为Zn蒸汽而挥发,高价铁氧化物(Pe_2O_3或Fe_3O_4)仅被还原为FeO。 以CO气体为还原剂,对磁铁矿球团的Fe_3O_4→FeO阶段的等温及非等温还原动力学进行了研究。结果表明,非等温还原的反应控制机理与等温还原的基本一致。非等温条件下,当温度为600~920℃时,Fe_3O_4→FeO阶段的还原反应由界面化学反应所控制;温度大于920℃时,还原反应为界面化学反应与扩散混合控制。对含锡锌铁精矿球团中的SnO_2和ZnO进行了等温还原动力学研究,结果表明:当温度为950℃和1000℃,SnO_2的还原符合界面化学反应控制;温度为1050℃和1100℃时,还原反应为化学界面反应与扩散混合控制。当温度为950~1100℃时,ZnO的还原符合界面化学反应控制。 在研究含锡锌铁精矿球团制备、干燥、预热及焙烧技术特性的基础上,首次提出了含锡锌铁精矿球团—弱还原焙烧综合利用Sn、Zn和Fe的工艺路线,并在链篦机—回转窑模拟装置上进行了扩大化工艺参数研究。在优化条件下,球团内配1~2%无烟煤对Sn和Zn的挥发有少许改善作用,与没有内配无烟煤的球团相比,Sn和Zn挥发率提高约0.5~1.5%,球团中Sn和Zn挥发率分别大于80%和70%,残余Sn、Zn含量均小于0.06%。成品球团矿抗压强度大于2480N/个,ISO转鼓大于97%,耐磨指数小于2%。试验结果表明,新工艺有效地实现了含锡锌铁精矿中铁、锡和锌的分离,同时球团矿抗压强度和残余Sn和Zn的含量均满足高炉生产要求。 首次采用Leica图像分析软件Qwin测量人造球团矿中各主要组成矿物的实际面积,主要组成矿物经光学显微镜、XRD、SEM和X射线能谱成分分析等测试技术证实,并结合元素分析结果,计算出球团中实际矿物的质量百分含量。在此基础上,首次对弱还原焙烧球团矿的固结机理进行研究,结果表明:弱还原焙烧球团矿的固结方式是以富氏体再结晶固结为主。高温下富氏体颗粒发生再结晶,互连成片,并与充填在富氏体颗粒之间的橄榄石紧密镶嵌,使球团矿具有较高的强度。 本论文的研究为含锡锌复杂铁精矿的综合利用提供了新的途径,为新工艺的工业化实施提供了可靠的技术参数。


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