鐵礦石直接還原提鐵及制備膠凝材料的協(xié)同研究.pdf

1、我國的鐵礦石資源總儲量充足，但礦石品位不高，貧雜鐵礦較多，選礦難度大，常規(guī)煉鐵工藝難以實現(xiàn)對其高效利用。隨著富礦儲量的日益減少，未來發(fā)展的趨勢應(yīng)該考慮如何實現(xiàn)貧鐵礦石資源的高效生態(tài)化利用，即不僅利用其中的鐵和有價金屬資源，而且還應(yīng)對其中脈石組分加以有效回用。為此探索一種技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理的綜合利用技術(shù)，對實現(xiàn)節(jié)能減排、減少污染的資源高效化利用具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。
　　本文以赤鐵礦為原料，以炭粉作為還原劑，進(jìn)行了鐵礦石直接

2、還原提鐵及制備膠凝材料協(xié)同研究。利用FACTSage軟件對直接還原過程進(jìn)行了相關(guān)相平衡計算，探討了不同熱力學(xué)條件下的鐵礦石直接還原鐵和膠凝材料協(xié)同反應(yīng)的可能性。然后采用連續(xù)升溫法和分階段升溫法進(jìn)行直接還原實驗，研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、還原劑配比、還原氣氛、冷卻方式對直接還原鐵還原率和膠凝材料主要成分Ca3SiO5生成率的影響，并探討了Ca3SiO5的生成機理。取得的研究成果如下：
　?。?）對協(xié)同研究實驗的熱力學(xué)計算結(jié)果顯示，在

3、溫度為1250℃~1450℃，碳量為理論量的0.75~1.0倍條件下，赤鐵礦中Fe2O3直接還原鐵的回收率隨碳量的增加而增大；碳量大于理論碳量時，F(xiàn)e的理論還原率可以達(dá)到99％以上。在溫度低于1350℃時，理論上體系中沒有Ca3SiO5生成；在溫度為1450℃時，Ca3SiO5生成量最高達(dá)58%。此時鐵被完全還原，鐵的還原對Ca3SiO5的生成有影響。
　?。?）連續(xù)升溫實驗溫度為1250℃~1450℃時，鐵的還原率均在90%左右

4、；當(dāng)配碳量為理論量的3倍、還原溫度為1250℃、還原時間為120min條件下，鐵的還原率高達(dá)91%。低濃度CO氣氛，不利于單質(zhì)鐵生成；1250℃連續(xù)升溫實驗中，沒有檢測到Ca3SiO5生成。
　?。?）在保證還原性氣氛下，分階段升溫實驗中設(shè)定首階段設(shè)定溫度為1000℃，保溫時間為120min，第二階段溫度1450℃，保溫時間為60min。反應(yīng)同時生成了Fe和Ca3SiO5，鐵還原率為88%，Ca3SiO5含量可達(dá)42%。二價鐵離子

5、占據(jù)Ca3SiO5的晶格，是導(dǎo)致Ca3SiO5難以生成的主要原因。
　?。?）Ca3SiO5生成的適宜溫度為1450℃。冷卻速率對Ca3SiO5和Ca2SiO4的影響很大。隨爐冷卻時，由于β-Ca2SiO4晶型向γ-Ca2SiO4晶型轉(zhuǎn)變，體積增大，發(fā)生了粉化現(xiàn)象；快速冷卻時，由于在Ca3SiO5分解溫度1250℃和Ca2SiO4晶型轉(zhuǎn)變溫度525℃停留時間短，從而使Ca3SiO5和β-Ca2SiO4能夠保留到常溫下。