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1、快速还原焙烧的细铁材料的特性和技术1罗立群2黄红3余永富1。资源与环境工程学院、武汉理工大学、武汉 430070,中国;2。化学工程学院,昆士兰大学,昆士兰,布里斯班,昆士兰州 4072; 澳大利亚3。西校区图书馆、武汉理工大学、武汉430070,中国 中南大学出版社和柏林海德堡斯普林格出版社 2012文摘: 简要描述快速还原焙烧(FRR)的技术特征和传统的磁性烘焙,以及在中国钢铁行业巨大的铁矿石需求,。测试设备适合FRR细粒度将作介绍。弱磁材料粒径 0.30毫米被转换成强磁性材料通过FRR几秒到几十秒。在一个弱还原性气氛和740800C,耐火粉铁材料( 0.30毫米)富含镜铁矿、褐铁矿和镁锰

2、菱铁矿受到FRR几秒到60秒。铁品位在55.67%55.21%, ,其中还有很高含量的Mg和锰的矿石通过磁性分离，产量可以达到81.66% 86.57%。x射线衍射(XRD) 结果分析和磁性检测的材料FRR之前和之后表明,弱磁材料转化为强磁材料主要是与特定的Fe3O4饱和磁化的时刻。FRR效率符合全铁的回收磁选;同时, FRR之后特定的饱和磁力矩从33倍增加到42倍。计算表明,快速磁性烘焙的获得速度相对于回转窑或竖炉的速度提高了从几十到两百或三百倍。这表明它是可行的,使用快速还原焙烧技术可以用来提高综合利用铁矿石资源。关键词:铁材料;还原焙烧;热解;x射线衍射;磁性。1、介绍进入21世纪,中国

3、一直努力建设全面的小康和资源节约型社会,这大大刺激了钢铁工业的发展。2010年中国的粗钢产量达到625106 t。 然而,国内生产的铁矿石严重不足,自给自足率小于50%。每年的铁矿石进口量达到619106 t。此外,进口铁矿石的价格一直很高。因此,急需开发新的选矿技术来提高国内铁矿石资源的利用率13。磁性烘焙技术,主要针对难选的弱磁材料,是一种物理化学过程, 在磁性焙烧中弱磁材料变成了强磁性材料。传统的铁磁性烘焙技术及设备,如大于15毫米铁矿块的还原焙烧由竖炉焙烧, 0-15毫米铁矿块还原通过回转窑焙烧和流化床焙烧,只能把粗粒度或含有大量的细粒贫矿石,长时间的焙烧,依然无法得到令人满意的处理的

4、效率，而且很缓慢并且不均匀45。在商业生产, 块矿材料用于磁性烘焙过程。因此,粉矿必须服从烧结流程,在之前经过磁化烘焙和高功耗磨削操作后焙烧。工艺流程非常复杂。当材料的晶粒尺寸大,矿石颗粒有较少的表面，无法与足够的还原剂接触。这个还原过程进展将会很慢,从而导致还原不足或还原过度。一般而言焙烧的矿石质量都不会太高。目前,中国每年有上亿吨的低品位的难选强磁性精矿,中间产品和相应的弱磁材料都没有得到有效的应用67。矿石的尺寸非常小,一般在0.20.3毫米,晶粒尺寸越小, 比表面积越大,反应性越高。如果磁焙烧可以在流化床条件实现直接进行FRR,磁反应速率和焙烧效率可以大大提升810。复杂和高能量的烧结

5、过程和磨矿过程可以被排除在外,以简化流程工序,使功率消耗和生产成本降低。在中国铁矿石资源和铁矿石生产都符合这些特点。然而,有一些关于低品位细粉状材料的还原焙烧技术和焙烧炉的( 0.3毫米)1112 报告。在理论和实践是很有必要进行开拓和深入研究得。这项工作的目的是探讨在著名的难选的赤铁矿-中国酒泉镜铁山铁矿使用的新技术,为FRR独立设计的设备来获得突破性的成就。2、实验2.1测试样品用于这项工作的样品是地表的矿石,俗称为原矿石,来自于酒泉钢铁(集团)有限公司镜铁山华舒沟铁矿 ，通过(JISC)工业磨机进行初步加工 (JZ)从原矿石粗选和排矿获得的磨细的矿石尺寸在0-15毫米。日本工业标准委员会

6、的铁矿石,有用的元素级别越低,则浸染的矿物尺寸越小，矸石的含量越高。矿石有复杂的结构,带状、块状和浸染型结构。可回收的铁矿石是弱磁性镜铁矿,镁-锰菱铁矿和褐铁矿,比例达到2.4:1:1.4。细矿石的铁品位一般在29%-31%。脉石矿物主要有碧玉,石英、重晶石和铁白云石。围岩是硬绿泥石,其中大部分是含铁的硬绿泥石。不同的矿物在他们的破碎、研磨和分离性能彼此相区分。在煤矸石中,碧玉和硬绿泥石能很大程度的影响分离结果。它使细矿石难以分离,导致分离效率降低1314。化学分析、物相分析,和原矿磁性检测的主要矿物的结果分别列在表1、2和3中。表1结果的化学分析铁矿石样品(质量分数,%)表2 结果的阶段分析

7、的铁(质量分数,%)铁相含量铁分布磁铁矿0.140.45赤铁矿23.6676.37碳酸铁5.6718.30硫化铁及硫化亚铁0.120.39硅酸铁1.394.49全铁30.98100.00表3 结果的主要磁性检测矿物质(109立方米/公斤)物质物质的比磁化率镜铁矿80.8镁-菱铁矿70.6褐铁矿65.5铁白云石29.3-34.8碧玉30.0-39.2石英4.3重晶石0.1硬绿泥石13.7-18.92.2测试设备进行FRR测试设计的工具是根据矿石在流化床和还原温度气氛的条件下快速磁化和转变的条件下单独设计和建造得。设计和制造了两套测试设备。一个是检测设备参数的冷FRR测试。另一个对热FRR测试的还

8、原反应设备和速度检测系统。检测设备包括还原炉、分布板、压差计、风扇和进行充填,卸料和调整的设备。它是用来提供热测试的参考数据。还原反应设备和速度检测系统由还原性气氛发电机,快速流化床还原炉,电加热和温度控制系统,气体提供和调整系统,材料添加和收集系统，测量和控制系统。图1显示的是还原反应设备和速度检测系统的块图。参数的热测试设备如左:还原炉的内径,50毫米;炉体高度,2 000毫米(加热带的高度1000毫米);炉温1 000;磁性烘焙的时间,10 s(最短);允许的温度控制的温度检测系统,在515。还原性气氛发电机的范围如表4所示，包含对大气成分的需求。图1FRR的还原反应设备和速度检测系统的

9、原理图:1风机;2天然气产生炉;3管式加热器;4转换阀;5气体分布板;6排出孔;7快中子反应堆;8-分离器;9废气卡子;10-进料口;11温度集中控制系统;12压差控制;13流量控制表4大气成分的还原性气氛发电机(容积率,%)2.3测试方法热测试设备系统的还原性气氛发生器使用焦炭或木炭作为燃料和一定压力得空气作为气化介质减少产生气体排放,主要是CO。CO含量(体积分数)是通过调整空气输出来控制。调整电加热器来降低气体的温度的,气体以一定的温度进入FRR炉的流化床,这样在炉受到FRR产生人工磁铁矿的铁材料会减少。磁铁矿受一定的压力的惰性气体的保护并且通过收集系统排放气体,然后是用水淬火,因此获得

10、磁焙烧样本。磁管集中器是一个强磁性矿物的湿式磁性分析设备。它是用来确定铁矿石可行性磁选的设备。首先磁性烘焙产品通过磁管集中器分开,然后是经过化学分析和计算来确定其中的含量和强磁性矿物作为评估快速磁焙烧的效果,使用XRD分析样品成分确定产品的化学反应,甚至中级阶段和最后阶段的焙烧。振动样品磁强计(语义)用来确定具体的磁化率或焙烧样本的磁力矩，还可用于验证通过新FRR的效果技术焙烧的人工磁铁矿转换弱磁性矿物质的效果。3、结果与讨论3.1原矿的快速磁焙烧的结果(院)在不同的时间的结果至于冷试验的相关参数, 在测试基础的运行上测试不同时间的上进行的FRR实验。原矿(院)用尺寸在0-0.25毫米的矿石,

11、条件测试如下: 气体入口的微分压力为19502050 Pa; 反应室壁的温度,870880;进给速率,120 g /批,快速流化反应时间分别为60s，30s，10s和“尽快排出炉料”(约35 s)。焙烧的材料在球磨机磨矿后在磁管集中器受到中磁力作用，通过磁力分析来分析效果。电场强度是80 kA / m。进料速率为50 g /批。分布板的温度为是740。二氧化碳/ O2 / CO在反应前的气氛和反应后,比例为19.2 / 0.2 / 0.1019.0 / 0.4 / 0.10。快速磁焙烧的原矿 (院)在不同的时间的结果在表5中列出。表5 不同时间快速磁性烘焙的粗矿(院)的结果流化时间产品产量全铁

12、品位全铁回收率60s精矿54.1657.5685.3130s精矿54.9455.2186.5710s精矿54.6555.2186.57进出料精矿50.9257.5382.51结果表明,快速磁化难选的粉状铁性材料是可能的，日本工业标准委员会的粗矿(尺寸大小为00.25毫米),通过在弱还原气氛和流化床焙烧条件下改变磁性焙烧原矿的不同时间来获得弱磁选精矿(35 s)到60s)。磁性产品的产量为50.92%-54.94%,铁品位为55.21%58.47%,铁的回收率为86.57%82.51%。 这证明了独立设计和专利的热磁焙烧设备是可行的。作为日本工业标准委员会的矿石是复杂和难选的(而且还有较高的Mg

13、和锰),即使是被焙烧和磁分离,铁的精矿品位只有55%56%(实验室结果略高,57%58%)。关于日本工业标准委员会的矿石样品研究文献和委员会的年度实践可以给出证据。3.2不同时间中等快速磁性烘焙的结果 (JZ)对于不同的时间条件测试的FRR JISC中等如下:压差的进气口,20002150 Pa; 反应室墙的温度,930950;矿粒尺寸为00.30毫米;快速流化反应时间分别为60s,30s、10s和“进出料”(约35 s);分布板温度、800。氧化碳/ O2 / CO反应气氛测试之前和之后的比例为18.6 / 0.2 / 0.1019.4 / 0.2 / 0.10。 结果的不同时间中等快速磁焙

14、烧的 (JZ)列在表6。表6 不同时间中等快速磁焙烧的结果流化时间产品产量全铁品位全铁回收率60s精矿63.5655.0681.3130s精矿62.8855.6781.6610s精矿61.8555.3279.19进出料精矿55.5655.8976.64结果表明,快速磁化难选的粉状铁性材料是可能的，日本工业标准委员会的粗矿(尺寸大小为00.25毫米),通过在弱还原气氛和流化床焙烧条件下改变磁性焙烧原矿的不同时间来获得弱磁选精矿(35 s)到60s)。磁性产品的产量为55.56%-63.56%,铁品位为55.06%55.89%,铁的回收率为76.64%81.66%。 这证明了独立设计和专利的热磁焙

15、烧设备是可行的。3.3不同的温度下不同的快速磁化时间的综合测试结果在不同JISC烘焙条件全面的测试中间产品是为了充分掌握FRR期间材料磁化规律。压差的进气口为1 9502150 Pa。 材料的尺寸是0-0.30毫米。不同温度条件下的FRR结果的分布板,不同的还原气氛和不同还原时间显示在图2中。FRR中等(JZ)在不同条件下的综合结果都列在表7。图2是在不同的温度和时间的条件下的结果表7 FRR中等(JZ)在不同条件的结果主题控制参数运行条件1234操作参数分布板的温度/740650740800CO2/%15.317.718.319.0O2/%0.100.150.200.20CO/%3.851.

16、500.300.10分离指标TFe/%46.2450.2059.7062.76TFe/%56.7356.6455.5155.35TFe/% 64.7466.9577.2480.72众所周知,FRR方法的铁材料在分布板的温度高达650-800和CO的体积分数在04.5%的条件下的结果是更好的。 铁的回收率在一定的温差范围内随着温度板的温度而增加度上升。当温度板的温度从650升高到740回铁的回收率增加了10%-12%，温度从740增加到800，铁的回收率增加了4%-6%。铁的回收率增加随着还原气氛中CO的减少而增加。当材料的制定的温度为温度板650时，CO的含量为3.2%-4.5%；铁的回收率仅

17、有61.75%-66.09%。当CO的含量为0-0.6%时，铁的回收率能达到72.38%-79.43%，提高了11%-13%。在磁焙烧时间从“进出料”到60s,铁的回收率在增加,一般为3%-5%(在表5和6中)。结果表明,铁回收率增加的幅度相对于分布板温度和CO含量影响要少。当材料在磁性烘焙过程磁化时是在“快速的时间”完成的。早期的磁化率磁化阶段与后期的阶段不一样。磁化在早期阶段是受化学反应控制的,但在后期阶段是通过扩散控制。因为这里有各种类型的铁矿物质铁材料,控制机制的磁化率很可能不同。3.4快速磁焙烧产品采用XRD研究的变化分析XRD应用于铁矿产物和在FRR之后样品形成的强磁性物质。FRR

18、XRD结果分析样品之前焙烧矿石(院)和烘焙后的样本和JZ-2院6(表8)图3所示。表8 确定分离磁管集中器的样品的结果实验组产品产量铁品位铁回收率JZ-2磁选精矿62.8855.6781.66JZ-3磁选精矿60.0055.1677.10JZ-4磁选精矿51.3456.8667.79JZ-6磁选精矿52.5655.8282.66JZ-7磁选精矿50.5255.7279.29JZ-8磁选精矿42.3756.8268.55图3样品的x射线衍射光谱之前和之后的快速磁力焙烧:(a) FRR之前样品;(b) FRR后JY-6样品;(c) FRR之后JZ-2样品结果表明,在磁化焙烧前是弱磁材料,主要的特征

19、铁峰矿物:菱铁矿,d = 2.781 9,d = 3.574 7,d = 1.724 4,赤铁矿(JISC的样本是镜铁矿),-Fe2O3,d = 2.692 9,d = 1.692 2 d = 3.674 3;褐铁矿的FeOOH峰不明显,但白云石的高峰可见,如d = 2.884 8,d是晶面间距。对于原矿样品,没有强磁铁矿物特征峰,表明在示例中强磁性铁矿物没有或很少。在受到FRR,两个原矿和中等样本显示强磁铁矿物清晰特征峰。此外,特征峰的磁铁矿是尖和高,见图3,d = 2.534 7,d = 2.972 2,d =2.101 8。 这表明大量的强磁性问题与在快速磁性烘焙的过程产生高度的结晶有关

20、。然而,特征峰强磁-Fe2O3不出现,表明在FRR Fe3O4过程。弱磁性铁矿降低或几乎转化成强磁性。3.5FRR前后磁性的改变磁力矩是一个来判断矿物质磁性强度的重要的物理化学参数 1617。在一定条件下磁强度越大,磁力矩越高特定的磁化率,和更容易的增效材料。向量空间模型可以用来确定磁矩之间和电场强度的关系显示磁性材料在FRR后改变的规则。为了清楚地揭示出FRR之前和之后的磁性材料显著的变化和改变规则, 表8记录了测试FRR磁化后样本与某些微分铁回收后的磁性测定。图4和5分别所示为原矿和中等(JZ)之前和FRR之后的磁性曲线。FRR后,粗矿(院)和中等(JZ) 两个时刻的磁性和他们的特定的脆弱

21、的易损状态一样大大增加。采集的样本显示强磁性矿物的特点。这个增加的磁矩与磁管集中器的分离结果是一致的。这个较大的饱和磁矩的样品, FRR磁分离之后铁的回收率越高。这两者有一定的关系,。弱磁材料主要是转换成大特定饱磁时刻和高的比磁化率的Fe3O4。铁回收率与磁矩是成正比的。从结果可以了解在焙烧后铁磁性铁的含量, 在焙烧之前弱磁材料特定的饱和磁矩比之高3342倍。而且也可以发现,当焙烧原矿和中矿时有相同的弱磁分离的铁回收率,它们的磁饱和时刻是不同的,弱磁性矿物含量和类型是相关的。36FRR结果比较因为磁性焙烧是高温度条件进行的、焙烧反应的速率有一个直接影响就是电耗。如果材料保持在高温反应区一个长时

22、间,需要更多的能量消耗是自然的。减少材料在高温区域的滞留时间可以降低功率消耗。不同的磁性焙烧设备需要材料晶粒尺寸也是不同的,因此他们需要不同的磁化时间。图是9列出的不同的磁性烘焙设备表是为了解释的快速磁性焙烧形成的精矿的原因,实现节能和降低成本,给矿尺寸和焙烧时间。众所周知,如果焙烧矿物(如。 0.30毫米中等)实现快速磁化, 材料的磁化率将会大大提升。在磁性焙烧过程中，焙烧材料呈现高速流化状态,其磁化率是流化床焙烧的几个或几十倍。材料的磁化是在瞬间完成的。快速磁性烘焙材料是可以实现的。表9 不同的竖炉设备的给料尺寸和焙烧时间焙烧设备进料尺寸焙烧时间相对速度竖炉75-15360-480回转炉1

23、5-0120-1802-4沸腾炉5.0-010-1524-48流态化焙烧炉3.0-05-1036-96悬浮焙烧炉0.3-00.05-1.0480-96004、结论1)根据发生条件(贫乏的,好和复杂的)和国内铁矿石资源的加工特征,简要阐述了传统的磁性烘技术和FRR焙烧工艺技术的特点。这提示我们使用FRR这项新的技术来提高和利用铁矿资源的效率。2)摘要介绍了为FRR测试优良的材质所独立设计的还原反应设备和速度检测系统。使用这些设备和焦炭燃料用来测试国内低品位铁矿的回收率的方法和结果的说明。这是第一次使用FRR来实现的。3)在弱还原性气氛和740800的温度下, 富含镜铁矿、褐铁矿和镁锰菱铁矿的难选

24、的铁矿粉材料( 0.30毫米),原矿和中矿,经过几秒到60秒快速磁性焙烧,铁品位达到了55.21%58.47%(由于矿物中富含镁和锰)和铁回收率达到了82.51%86.57%。 结果是比较满意的。4)在FRR方法之前何止，通过XRD分析和磁性含量的测定结果表明,弱磁材料主要是转换成强磁性和高磁化率的Fe3O4。在焙烧之后,弱磁材料特定的饱和磁矩比在焙烧之前高3342倍。因此,可以确定的是使用FRR新技术的, 提高铁矿石资源的利用效率可行的。感谢作者真挚的感谢昆士兰大学化学工程学院,为我们提供了学习的条件和环境。引用1罗立群,张敬盛。中国炼铁原料材料市场的分析 J。武汉理工大学的期刊,2005,27(9):6769。(中国)2CHENK J l .流化床技术对炼钢生产铁产品的近状 J。Particuology,2011年,9(1):1421。3罗立群,张敬盛。薄膜磁分离技术加强复杂弱磁性矿物质的分离C/ /2005年的国际铁矿石会议。弗里曼特尔,澳大利亚,2005:371378。4余永福。中国铁矿的发展趋势和选矿技术的问题J。矿业和冶金工程,2006,26(1):2125。(中国)5崔咨,刘问,ETSELL T