强化褐铁矿磁化焙烧的新工艺及机理研究

论文摘要

2008年9月,全球性的次贷危机使我国的钢铁行业面临着巨大的压力,再加上近期三大矿山单方面要求铁矿涨价90%,严峻的国内外形势,使我们更加深刻地认识到加大对国内复杂难选铁矿资源的开发利用力度具有重要的现实意义。褐铁矿与菱铁矿均是公认的低品位难选矿种,储量巨大,长期未能得到有效利用,因此,合理地开发利用褐铁矿与菱铁矿资源迫在眉睫,可以有效地缓解我国钢铁行业所面临的压力。褐铁矿原矿铁品位为40.33%,其磁化焙烧的最佳工艺条件为：磁化焙烧温度850℃,还原时间15min,内配煤比例为2%。此条件下得到的焙烧矿铁品位为47.15%、磁化率为2.26；焙烧矿磨矿-磁选的最佳工艺条件为：磨矿细度为-0.074mm 87.35%,磁场强度为61.52kA/m。经磁选管一次选别,得到的精矿铁品位为60.17%,铁回收率为64.76%。褐铁矿配加菱铁矿最佳的试验工艺参数如下：磁化焙烧温度850℃,还原时间15min,内配煤比例为1.4%,配加菱铁矿的比例为15%。此条件下得到的焙烧矿铁品位为47.18%、磁化率为2.29；焙烧矿在磨矿细度为-0.074mm 86.50%,磁场强度为61.52kA/m的条件下经磁选管一次选别,得到的精矿铁品位为61.02%,铁回收率为70.20%。褐铁矿配加菱铁矿后比褐铁矿单独焙烧的各项指标均有所提高：在相同的磁化焙烧温度下还原相同的时间,加入菱铁矿后内配煤用量从2%降低到1.4%,减少了30%；同时磁选精矿的铁品位从60.17%升高到61.02%,而回收率也从64.76%提高到70.20%。褐铁矿以及褐铁矿配加菱铁矿后通过磁化焙烧-磁选工艺后,磁选精矿都可以达到较好的指标,能够为下一道工序提供良好的原料。菱铁矿在磁化焙烧过程中存在一个自身磁铁矿化的过程,其热分解产生的CO2可使FeO转化为Fe3O4,而反应生成的CO又可将试样中的Fe2O3还原成Fe3O4,因此加入菱铁矿后可以降低还原剂的用量。同时,配入菱铁矿后由于菱铁矿的分解是在还原气氛下完成的（混合矿内配煤外配焦粉）,分解式为：3FeCO3→Fe3O4+2CO2+CO；还原气氛不仅有助于磁铁矿的稳定,不被氧化且与分解时放出的CO气体一起参与赤铁矿的还原反应,即3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2。因此,此时磁选精矿的铁品位和回收率均比不配菱铁矿时好。由动力学试验结果可知：单一褐铁矿的磁化焙烧反应遵循未反应核模型,反应受内扩散控制,其表观活化能Ea=34.79KJ/mol,速率方程式为k=0.2227e-4186/T；未反应核模型并不适用于混合矿的磁化焙烧反应,通过分析计算得其表观活化能Ea=32.33KJ/mol,速率方程式为k=0.4928e-3888/T。由于配加菱铁矿后菱铁矿热分解产生的气体要向外扩散,导致混合矿的致密度有所降低,此时在团块中必然产生了一定比例的孔隙,原本致密的团块不再是无孔固体,气体扩散的阻力降低,还原反应更易进行,还原剂用量更低。焙烧矿球磨磁选后的尾矿中大部分为微细粒矿物,其中有价成分铁的含量依然较高,本试验考虑添加一定比例的较大粒度的天然磁铁矿充当载体,以充分回收微细粒矿物中的有价元素。通过计算可知：当要回收的有价元素的粒度小于38μm时,加入的磁载体的粒度等于或小于100μm时磁团聚力达到最大值,此时吸附效果最佳。磁团聚试验的最佳参数条件如下：天然磁铁矿的粒度范围为120～180μm,天然磁铁矿占混合矿的比例为10%,当焙烧矿的磨矿细度为-0.074mm86.50%时,此时扣除天然磁铁矿后的磁选精矿的铁品位为61.81%,铁回收率为74.85%,比不加天然磁铁矿时的铁品位提高了0.79%,铁回收率提高了4.65%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 磁化焙烧技术与应用现状
• 1.1.1 磁化焙烧基本原理
• 1.1.2 磁化焙烧的分类
• 1.1.3 影响磁化焙烧过程的主要因素
• 1.1.4 磁化焙烧技术的应用现状
• 1.2 褐铁矿-菱铁矿混合型矿石的磁化焙烧研究现状
• 1.2.1 大冶混合型铁矿
• 1.2.2 菱、褐、赤混合型铁矿石的保磁还原焙烧制
• 1.2.3 菱褐铁矿共生矿的选矿方法
• 1.2.4 褐铁矿-菱铁矿混合型铁矿石
• 1.3 磁团聚选矿研究现状
• 1.3.1 磁团聚选矿的定义
• 1.3.2 磁团聚选矿工艺分类
• 1.3.3 磁团聚选矿实例
• 1.3.4 微细粒矿物的磁团聚分选研究
• 1.4 本课题的研究意义和研究内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 原料性能和研究方法
• 2.1 原料性能
• 2.1.1 铁矿石的物化性能
• 2.1.2 煤和焦粉的物化性能
• 2.1.3 褐铁矿和菱铁矿的化学物相分析
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 试验流程
• 2.2.2 试验方法
• 2.3 评价指标
• 2.3.1 磁化焙烧-磁选试验评价指标
• 2.3.2 磁团聚试验评价指标
• 第三章 褐铁矿以及配加菱铁矿强化褐铁矿磁化焙烧-磁选的试验研究
• 3.1 研究背景
• 3.2 理论基础
• 3.3 褐铁矿磁化焙烧试验
• 3.3.1 内配煤比例对磁化率的影响
• 3.3.2 磁化焙烧温度对磁化率的影响
• 3.3.3 还原时间对磁化率的影响
• 3.4 褐铁矿磁选试验
• 3.4.1 磨矿细度对磁选精矿的影响
• 3.4.2 磁场强度对磁选精矿的影响
• 3.5 褐铁矿配加菱铁矿的试验
• 3.5.1 配加菱铁矿的比例对磁选精矿的影响
• 3.5.2 配加菱铁矿后内配煤比例对磁选精矿的影响
• 3.6 配加菱铁矿前后两种工艺的对比
• 3.7 本章小结
• 第四章 菱铁矿强化褐铁矿磁化焙烧的热力学与动力学研究
• 4.1 磁化焙烧的热力学研究
• 4.1.1 褐铁矿磁化焙烧的热力学基础
• 4.1.2 菱铁矿热分解反应的热力学基础
• 4.2 磁化焙烧的动力学基础
• 4.2.1 褐铁矿磁化焙烧的动力学基础
• 4.2.2 菱铁矿热分解的动力学基础
• 4.3 磁化焙烧的等温动力学研究
• 4.3.1 单一褐铁矿的磁化焙烧等温动力学研究
• 4.3.2 配加15%菱铁矿的磁化焙烧等温动力学研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 磁团聚强化褐铁矿磁化焙烧-磁选的试验研究
• 5.1 研究背景
• 5.2 理论基础
• 5.2.1 磁团聚力公式的推导
• 5.2.2 磁团聚力公式的讨论
• 5.3 磁团聚试验研究
• 5.3.1 天然磁铁矿单矿磁选
• 5.3.2 天然磁铁矿的粒度对磁选精矿的影响
• 5.3.3 天然磁铁矿占混合矿的比例对磁选精矿的影响
• 5.3.4 焙烧矿的磨矿细度对磁选精矿的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的主要研究成果