用铁矿石制备还原铁粉的研究

SeriesNo.389

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November??2008

金????属????矿????山????????????????????????

METALMINE总第389期

2008年第11期

用铁矿石制备还原铁粉的研究

龚国华??霍??焱??朱瀛波

(1.广西地矿建设工程有限公司;2??南宁市人民检察院;3.武汉理工大学)

摘??要??固态条件下氧化铁的还原是制备还原铁粉的必要步骤。本研究采用不同的还原剂对赤铁矿石和磁铁矿石进行了固态下碳还原研究。研究结果表明,还原温度和还原时间对还原铁粉的金属化率具有显著影响。在相同条件下,赤铁矿石较磁铁矿石易于被还原成还原铁粉。研究还表明采用合适的还原剂可以大大降低还原温度,缩短还原反应时间,从而降低生产能耗和生产成本以获得更好的经济效益。

关键词??还原铁粉??赤铁矿??磁铁矿??金属化率

InvestigationonthePreparationofReducedIronPowderfromIronOre

GongGuohua??HuoYan??ZhuYingbo

(1.CuangxiCedogy&MineralConstructionEngineeringCo.,Ltd.;2.ThePeoples'

ProcuratorateofNanning;3.WuhanUniversityofTechnology)

Abstract??Thereductionofsolidferricoxideisanecessarystepforproducingreducedironpowder.Carbonreductionatsolidstateofhematiteandmagnetitebyvariousreducersareinvestigated.Theresultsshowthatthereductiontemperatureandtimehaveremarkableeffectonthemetallizationrateofreducedironpowder.Underthesameconditions,hematiteiseasiertobereducedthanmagnetite.Theresearchresultsalsoindicatesthattheadoptionofaproperreducercangreatlyre??ducethereductiontemperatureandalsoshortenthetimeofreduction,thusdecreasingtheproductionenergyconsumptionandcostandgainingabettereconomicperformance.

Keywords??Reducedironpowder,Hematite,Magnetite,Metallizationrate

????还原铁粉是一种技术指标高、质量要求严的粉末冶金原料,其工艺技术、生产规模和品种牌号是衡量一个国家粉末冶金水平的重要指标之一。还原铁

粉的应用范围十分广泛,遍及机械、冶金、电子、兵器、石油、化工、医药、食品等工业和农业领域

[1]

矿,采用不同还原剂分别进行了还原试验研究。试验结果对还原铁粉生产原料和还原剂种类的选择以

及还原工艺的改进有一定的指导作用。1??试验研究1??1??试验原料

本次试验使用赤铁矿精矿和磁铁矿精矿进行试验,其中赤铁矿来自我国鞍山地区,磁铁矿来自我国冀东地区。赤铁矿和磁铁矿的多元素化学分析结果见表1。

表1??原矿多元素化学分析结果????????????%

元??素赤铁矿磁铁矿

TFe69.871.8

FeO0.15

45.99

SiO20.23

0.63

CaO0.05

0.05

MgO0.02

0.018

Al2O30.16

0.15

S0.0180.091

。

用还原铁粉制造机器零件具有省材、省时、易于自动化、容易大规模生产和改善劳动环境等优点。近年来,随着我国粉末冶金技术的发展,粉末冶金制品正向高密度、高强度、形状复杂等方向发展

[2]

。还原

铁粉作为粉末冶金制品的主要原料,它对粉末冶金制品的性能有着重要影响,所以对还原铁粉的研究开发是一项重要课题。

还原铁粉生产国外普遍采用HEGENAS法,即以铁矿石为原料,添加一定量的还原剂直接生产还原铁粉

[3]

。如瑞典的HOGANAS、美国的HOE??

????还原剂采用无烟煤和焦碳粉两种。其中无烟煤

产自华北地区,其化学成分分析结果见表2。焦碳

GANSE、日本的同和等均采用直接用铁矿石生产高质量的还原铁粉。

针对我国鞍山地区的赤铁矿和冀东地区的磁铁

龚国华(1978??),男,广西地矿建设工程有限公司,工程师,硕士,530023广西南宁市建政路1号。

总第389期????????????????????????金????属????矿????山??????????????????粉为冶金焦,含C81%,试验中将还原剂破碎到-3mm使用。试验所用碳酸钙为化学纯。

表2??无烟煤成分分析结果

品??名无烟煤

碳含量/%81.63~87.76

灰分/%4.56~10.34

挥发分含水率/%/%7.04~9.43

0.22~1.95

St.d

/%0.06~0.16

热值

/(MJ/kg)30.45~33.53

??2008年第11期

标。

(2)不同矿物在相同焙烧温度和不同焙烧时间下还原试验。结果见图3、图4、图更多内容请访问久久建筑网
5、图6

。

1??2??试验装置和试验方法

本试验使用马弗炉进行还原,试验中每个坩锅装铁矿粉250g,碳粉290g(碳粉中每110g掺有10g碳酸钙粉末)。物料共分3层,最外层为碳粉,中

间层为铁矿粉,最内层为碳粉,3层呈同心环状分布(试验模具为外径5cm,内径为2cm的同心环筒)。2??试验结果与讨论

2??1??使用焦碳粉作为还原剂

将矿样和焦碳粉装入试验模具中分别在1000!、1050!、1100!、1150!温度下进行焙烧2h、4h、6h、8h。试验结果如表3所示。

表3??不同还原条件下金属化率比较结果??

样品

温??度

/!1000

赤铁矿

1050110011501000

磁铁矿

105011001150

29.3224.53562.49986.39611.35626.23446.56566.497

反应时间/h4626.46554.54290.76293.04328.51450.18872.86990.788

31.25475.01691.80993.63734.89958.83591.23190.486

??%831.93781.91193.85993.46144.47960.23890.691.717

图2??焦碳粉还原磁铁矿试验结果

-1000!;

-1050!;

-1100!;

-1150

图3??赤铁矿、磁铁矿在1000!下试验结果

-赤铁矿;

磁铁矿

????由表3可进行如下分析:

(1)同种矿物在不同焙烧温度和焙烧时间下还原试验结果见图1、图2

所示。

图4??赤铁矿、磁铁矿在1050!下试验结果

-赤铁矿;

磁铁矿

图1??焦碳粉还原赤铁矿试验结果

-1000!;

-1050!;?-1100!;

-1150!

从图1和图2可看出,在较低的焙烧温度下(约低于1100!),两种矿物很难获得满意的金属化率指标。只有在温度超过1100!的前提下,并保证不少于6h的焙烧时间才能获得满意的金属化率指

图5??赤铁矿、磁铁矿在1100!下试验结果

-赤铁矿;

-磁铁矿

从图3可看出,还原温度低于1000!,赤铁矿

??????龚国华等:用铁矿石制备还原铁粉的研究????????????????????????????????????2008年第11期的金属化率始终低于磁铁矿。而在图4中则可发现在1050!的还原温度下,赤铁矿的金属化率已经全面超过了磁铁矿。显而易见,赤铁矿金属化率随

温度增加而增加的趋势比磁铁矿显著。

图7??无烟煤、焦碳粉还原赤铁矿试验结果

-无烟煤;

-焦碳粉

还原过程影响较大。在还原过程中,碳的气化反应

图6??赤铁矿、磁铁矿在1150!下试验结果

是还原反应的关键因素。所以,本试验选用优质无

烟煤作还原剂。虽然无烟煤和焦碳粉的主要成分都是碳元素,但由于结构不同,无烟煤具有很强的挥发性,因而比焦碳粉的反应活性强。

3??结??论

(1)还原焙烧温度对还原过程具有很大影响作用,随着还原焙烧温度的升高,试验指标逐渐改善。温度升高对铁氧化物的还原和碳的气化均有促进作用,但温度的升高受到灰渣软熔和生成2FeO SiO2等低熔点矿物的限制,所以反应器内的温度应有控制地达到最佳温度以缩短还原焙烧时间。

(2)采用优质无烟煤做还原剂可以提高还原反应的速度。

(3)赤铁矿较磁铁矿易于被还原,采用赤铁矿作为还原铁粉的生产原料优质无烟煤作还原剂可以降低还原温度,缩短还原时间,从而降低生产能耗和生产成本,获得更好的经济效益。

参??考??文??献

[1]??王善春.我国钢铁粉末的发展和展望[J].粉末冶金工业,

2000,10(2):25??31??

[2]??王克银,等.用左权超纯铁精矿粉制取还原铁粉的性能[J].粉

末冶金工业,2001,11(6):23??25??

[3]??俞燮廷.用赫格纳斯法生产海绵铁和还原铁粉[J].粉末冶金工

业,1997,7(3):31??39??

-赤铁矿;#-磁铁矿

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5、图6则反映了焙烧时间对金属化率的影响。结果表明,即使在足够高的反应温度下,如果焙

烧时间低于4h,两种矿石都不能获得满意的金属化率指标。6h到8h的焙烧时间是比较合适的,继续延长焙烧时间对金属化率的影响不显著。从图更多内容请访问久久建筑网
5、图6可见,1100!的反应温度足以使两种矿石的金属化率提高到极限水平,但是所消耗的时间相对较长。1150!的反应温度则可以在较短的时间内使金属化率提高到93%以上的水平,且所得到的金属化率略高于1100!。另外从曲线图上看,当反应温度达到1100!以后,赤铁矿的金属化率已经超过磁铁矿。而从图6也可看出,赤铁矿的金属化率较磁铁矿高。综合认为对于以赤铁矿为原料,焦碳粉为还原剂生产还原铁粉在1150!焙烧6h是比较合适的工艺参数。

2??2??使用无烟煤作还原剂

用无烟煤和焦碳粉为还原剂,在1050!的焙烧温度下,对赤铁矿进行还原焙烧试验,结果见图7。从图7可知,当采用无烟煤作为还原剂时,在相对低的温度下焙烧4h,赤铁矿的金属化率就能达到97.48%,从而说明无烟煤具有更好的反应活性,

对(上接第48页)

(3)在铜部分优先流程不加石灰的条件下,采用Z-200+丁黄药为捕收剂,既有利于浮选过程的选择性保证精矿品位,又有利于获得较高的铜回收率,使部分可浮性好的单体铜矿物得到及时回收,提高了铜精矿品位。

(4)小型闭路试验结果获得铜精矿含铜

(收稿日期??2008??09??19)

21.15%、回收率分别达到83.62%和硫精矿含硫38.86%、回收率63.31%,选别效果较好。

(5)工业试验结果证明其浮选新工艺是成功的,通过连续工业试验获得的选矿技术指标与当前生产累计的指标对比,新的浮选工艺制度可以提高铜品位1.07%和回收率18.33%。