D0L:10.13374f.issn1001-053x.2011.11.015 第33卷第11期 北京科技大学学报 Vol.33 No.11 2011年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Nov.2011 低品位赤铁矿球团成核剂强化还原机理研究 朱德庆 春铁军四 潘建 中南大学资源加工与生物工程学院，长沙，410083 ☒通信作者，E-mail:tjchun(@csu.edu.cn 摘要对某低品位赤铁矿球团直接还原过程中成核剂作用机理进行了研究.结果表明：在直接还原过程中，成核剂能够使 金属铁晶粒形核位垒降低50%以上，有效促进了金属铁晶粒快速形核.同时，添加成核剂后，球团的还原表观活化能由18.10 kJ·mol降低到10.15k·mol',降低了43.92%.表观活化能越低，还原反应越容易进行，即成核剂能够有效促进铁矿物还 原，从而提高还原球团的金属化率. 关键词赤铁矿：直接还原：成核剂：活化能：成核：金属晶粒 分类号T℉046.6 Mechanism of action of improving reduction on low grade hematite pellets by adding nucleating agent ZHU De-qing,CHUN Tie-jun,PAN Jian School of Mineral Processing and Bioengineering,Central South University,Changsha,410083,China Corresponding author,E-mail:tichun@csu.edu.cn ABSTRACT The mechanism of action of nucleating agent was studied during the direct reduction of low grade hematite pellets in Central South China.The results show that the nucleating barrier is reduced by over 50%by adding a nucleating agent in the hematite pellets,which can effectively improve the nucleating of metal iron grains during the direct reduction.Because of the nucleating agent, the apparent activation energy of the hematite pellets decreases from 18.10 kJmolto 10.15 kJmol,dropping by 43.92%.The lower the apparent activation energy,the easier the reduction reaction takes place.It is concluded that the nucleating agent can effi- ciently improve the direct reduction and upgrade the metallization degree of the reduced pellets. KEY WORDS hematite:direct reduction process:nucleating agent:activation energy:nucleation:metal grains 在国内外大量关于直接还原的研究与报道中， 泥煤基直接还原过程中金属铁晶粒成核及晶核长大 所用的含铁原料一般是高品位（铁品位>66%）的 特性进行了研究，结果表明成核剂在还原过程中产 铁矿石，而对于低品位铁矿石直接还原的研究与报 生了催化作用，使得还原温度和碳铁比下降，直接还 道则相对较少.我国铁矿资源丰富，但平均铁品位 原球团金属化率提高.因此，本文对湖南某地低 较低，只有32%左右；其中大部分为低品位铁矿或 品位赤铁矿球团直接还原过程中成核剂强化还原机 多金属共生矿，这些矿石中铁矿物嵌布粒度微细，与 理进行了研究 脉石矿物嵌布紧密，单体解离度低，由于难以选别而 未得到合理利用-.近年来，部分学者对低品位难 1原料性能及研究方法 选铁矿石采用“煤基直接还原一磁选”工艺，生产铁 1.1原料性能 品位高(>90%)、杂质少、成分稳定的金属化团块， 实验原料来自湖南某地低品位赤铁矿，其主要 使得低品位铁矿直接还原在技术工艺上取得一定的 化学组成（质量分数)为48.20%Fe203、39.38% 突破.然而，目前对于低品位铁矿直接还原机理 Si02、1.72%Ca0、3.34%Al203和1.62%Mg0.实 方面的研究相对较少.梅贤恭等对广西某地高铁赤 验矿样粒度组成为直径小于0.074mm颗粒质量分 收稿日期：2010-1006 基金项目：湖南省国土资源厅科技资助项目(2007K02):湖南省研究生科研创新项目(CX2011B123)第 33 卷 第 11 期 2011 年 11 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 11 Nov． 2011 低品位赤铁矿球团成核剂强化还原机理研究 朱德庆 春铁军 潘 建 中南大学资源加工与生物工程学院，长沙，410083 通信作者，E-mail: tjchun@ csu． edu． cn 摘 要 对某低品位赤铁矿球团直接还原过程中成核剂作用机理进行了研究． 结果表明: 在直接还原过程中，成核剂能够使 金属铁晶粒形核位垒降低 50% 以上，有效促进了金属铁晶粒快速形核． 同时，添加成核剂后，球团的还原表观活化能由 18. 10 kJ·mol － 1 降低到 10. 15 kJ·mol － 1 ，降低了 43. 92% ． 表观活化能越低，还原反应越容易进行，即成核剂能够有效促进铁矿物还 原，从而提高还原球团的金属化率． 关键词 赤铁矿; 直接还原; 成核剂; 活化能; 成核; 金属晶粒 分类号 TF046. 6 Mechanism of action of improving reduction on low grade hematite pellets by adding nucleating agent ZHU De-qing，CHUN Tie-jun ，PAN Jian School of Mineral Processing and Bioengineering，Central South University，Changsha，410083，China Corresponding author，E-mail: tjchun@ csu． edu． cn ABSTRACT The mechanism of action of nucleating agent was studied during the direct reduction of low grade hematite pellets in Central South China． The results show that the nucleating barrier is reduced by over 50% by adding a nucleating agent in the hematite pellets，which can effectively improve the nucleating of metal iron grains during the direct reduction． Because of the nucleating agent， the apparent activation energy of the hematite pellets decreases from 18. 10 kJ·mol － 1 to 10. 15 kJ·mol － 1 ，dropping by 43. 92% ． The lower the apparent activation energy，the easier the reduction reaction takes place． It is concluded that the nucleating agent can effi￾ciently improve the direct reduction and upgrade the metallization degree of the reduced pellets． KEY WORDS hematite; direct reduction process; nucleating agent; activation energy; nucleation; metal grains 收稿日期: 2010--10--06 基金项目: 湖南省国土资源厅科技资助项目( 2007K02) ; 湖南省研究生科研创新项目( CX2011B123) 在国内外大量关于直接还原的研究与报道中， 所用的含铁原料一般是高品位( 铁品位 ＞ 66% ) 的 铁矿石，而对于低品位铁矿石直接还原的研究与报 道则相对较少． 我国铁矿资源丰富，但平均铁品位 较低，只有 32% 左右; 其中大部分为低品位铁矿或 多金属共生矿，这些矿石中铁矿物嵌布粒度微细，与 脉石矿物嵌布紧密，单体解离度低，由于难以选别而 未得到合理利用［1--3］． 近年来，部分学者对低品位难 选铁矿石采用“煤基直接还原--磁选”工艺，生产铁 品位高( ＞ 90% ) 、杂质少、成分稳定的金属化团块， 使得低品位铁矿直接还原在技术工艺上取得一定的 突破［4--5］． 然而，目前对于低品位铁矿直接还原机理 方面的研究相对较少． 梅贤恭等对广西某地高铁赤 泥煤基直接还原过程中金属铁晶粒成核及晶核长大 特性进行了研究，结果表明成核剂在还原过程中产 生了催化作用，使得还原温度和碳铁比下降，直接还 原球团金属化率提高［6］． 因此，本文对湖南某地低 品位赤铁矿球团直接还原过程中成核剂强化还原机 理进行了研究． 1 原料性能及研究方法 1. 1 原料性能 实验原料来自湖南某地低品位赤铁矿，其主要 化学组成( 质量分数) 为 48. 20% Fe2 O3、39. 38% SiO2、1. 72% CaO、3. 34% Al2O3和 1. 62% MgO． 实 验矿样粒度组成为直径小于 0. 074 mm 颗粒质量分 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.015