1598 工程科学学报，第43卷，第12期 3.2复杂共生矿直接还原铁-超重力低温渣/铁熔分 会进人铁水B7-9,而超重力渣/铁分离，由于温度 提高复杂共生矿资源利用率是解决我国铁矿 低、时间短，大部分元素P仍然保持在渣相中，从 资源的重要途径.传统高炉炼铁工艺，由于共生组 而可获得低P还原铁.图10(a)所示高磷鲕状赤铁 分稀释于炼铁熔渣中，不利于共生组分的分离提 矿(50.2%TFe,0.81%P)900℃经H2还原后（金属化 取.冶金界遍认为低温直接还原-高温渣铁熔 率~80%)，在1200℃温度下的超重力渣/铁分离效 分是解决这一问题的合理工艺3)，然而，由于渣/铁 果，当重力系数达到1200时，分离产品铁的P的质 高温熔分过程的炉衬侵蚀及为渣/铁良好分离而 量分数可降低至0.083%，达到了炼钢原料的要 加入添加剂，炉渣中共生组分含量虽然比高炉炼 求0-切]图10(b)所示稀土共生铁矿(27.1%TFe, 铁渣大幅提高，但含量仍然偏低，达不到经济利用 6.35%R0)900℃经H2还原后（金属化率~93%）， 要求.例如，钒钛磁铁矿转底炉直接还原-电炉 在1100℃温度下的超重力分离效果，当重力系数 渣/铁熔分工艺，理论上渣中TO2的质量分数可达 达到1000时，分离产品稀土渣中Re0的质量分数 45%左右，但实际工业试验仅为35%左右而如果 达29.96%43-灯硼镁铁矿直接还原后在1300℃温 采用超重力低温渣/铁分离，即在渣的熔点之上和 度下超重力分离，含硼渣中B2O3质量分数可达到 铁的熔点之下，则可以解决这一问题.特别是对于 35.61%;但是，钒钛磁铁矿直接还原产品，由于渣 高磷矿，直接还原温度下元素P不会进入还原铁， 相熔点高，当温度达到1350℃时，超重力分离才 但在渣/铁熔融分离的温度条件下大部分P元素仍 有较好的渣/铁分离效果 =1 G=1200 (a) 100 100 90 80 70 17o In slag phase 一能 % 1.0 口0.96% 3 0.5 0.0 In iron phase 10 Jo 300 600900 1200 Gravity coefficient G=1 G=1000 (b) 100 9000 ◆-MFe at1373K --MFe at 1473 K 60 -■-Re,O3at1373K --Re,O;at 1473 K -▲Re,O3at1373K 40 -△-Re,O,at1473K o 2004006008001000 Gravity coefficient 图10超重力渣/铁低温分离.(a)高磷鲕状赤铁矿：(b)稀土共生铁矿 Fig.10 Separation of slag and iron at low-temperature by supergravity:(a)high-phosphorus oolitic hematite:(b)rare earth symbiotic iron ore 3.3冶炼渣中金属液滴分离 炼渣（铝灰）中金属铝颗粒质量分数高达30%以上 高温冶炼反应剧烈，会产生大量金属液滴存在 为了回收渣中的金属颗粒，铜渣和钢渣通常采用细 于渣中，从冶炼炉排出熔渣中夹带了不少细小的金 磨浮选或磁选s6,铝灰通常采用氧化发热重熔炒 属液滴。例如，铜冶炼渣中含有质量分数为2%左右 灰回收金属铝，这些技术，不仅回收率低、能耗高， 的金属铜颗粒、炼钢渣中含有5%左右的铁颗粒、 还有二次污染.熔渣中金属液滴弥散分布难以聚集 硅冶炼渣中含有12%~21%左右的金属硅，而铝冶 分离的主要原因，一是金属液滴粒径小、表面张力3.2    复杂共生矿直接还原铁−超重力低温渣/铁熔分 提高复杂共生矿资源利用率是解决我国铁矿 资源的重要途径. 传统高炉炼铁工艺，由于共生组 分稀释于炼铁熔渣中，不利于共生组分的分离提 取. 冶金界遍认为低温直接还原−高温渣/铁熔 分是解决这一问题的合理工艺[35] ，然而，由于渣/铁 高温熔分过程的炉衬侵蚀及为渣/铁良好分离而 加入添加剂，炉渣中共生组分含量虽然比高炉炼 铁渣大幅提高，但含量仍然偏低，达不到经济利用 要求. 例如，钒钛磁铁矿转底炉直接还原−电炉 渣/铁熔分工艺，理论上渣中 TiO2 的质量分数可达 45% 左右，但实际工业试验仅为 35% 左右[36] . 如果 采用超重力低温渣/铁分离，即在渣的熔点之上和 铁的熔点之下，则可以解决这一问题. 特别是对于 高磷矿，直接还原温度下元素 P 不会进入还原铁， 但在渣/铁熔融分离的温度条件下大部分 P 元素仍 会进入铁水[37−39] ，而超重力渣/铁分离，由于温度 低、时间短，大部分元素 P 仍然保持在渣相中，从 而可获得低 P 还原铁. 图 10（a）所示高磷鲕状赤铁 矿（50.2%TFe，0.81%P）900 ℃ 经 H2 还原后（金属化 率～80%），在 1200 ℃ 温度下的超重力渣/铁分离效 果，当重力系数达到 1200 时，分离产品铁的 P 的质 量分数可降低至 0.083%，达到了炼钢原料的要 求[40−42] . 图 10（ b）所示稀土共生铁矿（ 27.1%TFe， 6.35%ReO）900 ℃ 经 H2 还原后（金属化率～93%）， 在 1100℃ 温度下的超重力分离效果，当重力系数 达到 1000 时，分离产品稀土渣中 ReO 的质量分数 达 29.96% [43−44] . 硼镁铁矿直接还原后在 1300 ℃ 温 度下超重力分离，含硼渣中 B2O3 质量分数可达到 35.61%；但是，钒钛磁铁矿直接还原产品，由于渣 相熔点高，当温度达到 1350 ℃ 时，超重力分离才 有较好的渣/铁分离效果. (a) G=1 G=1200 G=1 G=1000 (b) 100 90 80 70 60 1.5 1.0 0.5 0.0 Mass fraction of P/ % Mass fraction of MFe, RE O2 3 /% In slag phase 0.96% In iron phase 1 300 600 900 1200 1 200 400 600 800 1000 Gravity coefficient Gravity coefficient 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Recovery ratios of P/ % MFe at 1373 K MFe at 1473 K Re2O3 at 1373 K Re2O3 at 1473 K Re2O3 at 1373 K Re2O3 at 1473 K 图 10    超重力渣/铁低温分离. （a）高磷鲕状赤铁矿；（b）稀土共生铁矿 Fig.10    Separation of slag and iron at low-temperature by supergravity: (a) high-phosphorus oolitic hematite; (b) rare earth symbiotic iron ore 3.3    冶炼渣中金属液滴分离 高温冶炼反应剧烈，会产生大量金属液滴存在 于渣中，从冶炼炉排出熔渣中夹带了不少细小的金 属液滴. 例如，铜冶炼渣中含有质量分数为 2% 左右 的金属铜颗粒、炼钢渣中含有 5% 左右的铁颗粒、 硅冶炼渣中含有 12%～21% 左右的金属硅，而铝冶 炼渣（铝灰）中金属铝颗粒质量分数高达 30% 以上. 为了回收渣中的金属颗粒，铜渣和钢渣通常采用细 磨浮选或磁选[45−46] ，铝灰通常采用氧化发热重熔炒 灰回收金属铝，这些技术，不仅回收率低、能耗高， 还有二次污染. 熔渣中金属液滴弥散分布难以聚集 分离的主要原因，一是金属液滴粒径小、表面张力 · 1598 · 工程科学学报，第 43 卷，第 12 期