李永麒等：印度尼西亚海砂氧化性球团氢气还原机理 ·159 100 本这 原产物T02会被部分还原为低价钛化合物. 80 120 100 60 --8 L..min ◆10Lmim 80 ★★★主实口 ◆ 0 +12L·mim4 ←14L·mim 60 。-8(00℃ →15L·mim -850 ★16L·mim4 A-900℃ 。-950T 510152025303540 ★1000 20 t/min 图3气体流量对还原的影响 1015202530 Fig.3 Effect of hydrogen flow on the hydrogen reduction t/min 图6不同温度下氢气还原情况 120 5mm Fig.6 Reduction of the oxidized pellets by hydrogen at different tem- 100 AA peratures 家 18 mm 60 12 mm 4氢气还原过程中的物相变化及热力学 分析 40 关于含钛磁铁矿球团气基还原已经有许多的报 道，在不同焙烧温度下制备的氧化球物相组成并 10 15202530 不相同，在1200℃以上制得的球团矿组成为Fe,0,和 t/min Fe2TiO,这与其他文献的报道是一致的.含有这两种 图4球团粒度对还原的影响 物相的氧化性球团的还原，其物相的变化基本有一个 Fig.4 Effect of pellet size on the hydrogen reduction 较为明确的结论，即整个还原过程是由下面的物相变 化所组成， 10 Fe,O:-Fe,O,-FeO-Fe, Fe,TiO,（假板钛矿)一fe,Ti0,（钛铁晶石)一 FeTiO,(钛铁矿)一钛的低价氧化物. 60 ★60-80日 以下是几种产物的方程式和平衡常数计算 40 80-100日 公式☒ .-100-150日 ◆-150-200目 Fe,T0,+H,一Fe,T0,+H,0,lgk=617.5+2.48: T 10152025 30 (1) t/min 图5矿粉粒度对还原的影响 Fe0+H,一fe+H,0,lgK=-524.6+0.295: T Fig.5 Effect of powder particle size on the hydrogen reduction (2) 团粒度的影响不是特别的明显，随着反应的进行，产物 Fe,TiO,+H,-Fe FeTiO,+H,O, 层不断加厚，粒度的影响程度逐渐加大，说明粒度的增 大增加了内扩散的影响，因此减小球团粒度有利于还 eK-9-03: (3) 原反应的进行.在实际生产中，考虑到球团的干燥温 FeTiO,+H2 =Fe +TiOz+H2O, 度、焙烧质量以及生产能力，一般粒度以(10±2)mm k=-29+0.929. (4) 为宜.对于造球用矿粉粒度对氢气还原的影响，实验 选择了60~80目、80~100日、100~150目以及150~ 式中，K为化学反应平衡常数，T为反应温度. 200目四个粒度的范围.从图5中能看出，在相同的球 反应式(1)中在实验温度下的K值较高，例如在 团直径条件下，不同粒径的矿粉对氢气还原影响很小， 800℃能达到1254，所以反应相对容易发生，可以看作 几条线几乎重合·图6是在不同温度下氢气还原海砂 是Fe,0,-fe0,的并列反应.对于反应式(2)、(3)和 矿的情况.由图6可知，温度越高球团还原速度越快 (4),例如1000℃时，它们的K值分别为0.72、0.325 在较高温度还原时，反应分数超过了100%，原因是还 和0.l08,Fe0的K值比Fe,Ti0,和FeTiO,要大很多，李永麒等: 印度尼西亚海砂氧化性球团氢气还原机理 图 3 气体流量对还原的影响 Fig． 3 Effect of hydrogen flow on the hydrogen reduction 图 4 球团粒度对还原的影响 Fig． 4 Effect of pellet size on the hydrogen reduction 图 5 矿粉粒度对还原的影响 Fig． 5 Effect of powder particle size on the hydrogen reduction 团粒度的影响不是特别的明显，随着反应的进行，产物 层不断加厚，粒度的影响程度逐渐加大，说明粒度的增 大增加了内扩散的影响，因此减小球团粒度有利于还 原反应的进行． 在实际生产中，考虑到球团的干燥温 度、焙烧质量以及生产能力，一般粒度以( 10 ± 2) mm 为宜． 对于造球用矿粉粒度对氢气还原的影响，实验 选择了 60 ～ 80 目、80 ～ 100 目、100 ～ 150 目以及 150 ～ 200 目四个粒度的范围． 从图 5 中能看出，在相同的球 团直径条件下，不同粒径的矿粉对氢气还原影响很小， 几条线几乎重合． 图 6 是在不同温度下氢气还原海砂 矿的情况． 由图 6 可知，温度越高球团还原速度越快． 在较高温度还原时，反应分数超过了 100% ，原因是还 原产物 TiO2 会被部分还原为低价钛化合物． 图 6 不同温度下氢气还原情况 Fig． 6 Ｒeduction of the oxidized pellets by hydrogen at different tem￾peratures 4 氢气还原过程中的物相变化及热力学 分析 关于含钛磁铁矿球团气基还原已经有许多的报 道［6--11］，在不同焙烧温度下制备的氧化球物相组成并 不相同，在 1200 ℃以上制得的球团矿组成为 Fe2O3 和 Fe2TiO5，这与其他文献的报道是一致的． 含有这两种 物相的氧化性球团的还原，其物相的变化基本有一个 较为明确的结论，即整个还原过程是由下面的物相变 化所组成， Fe2O3—Fe3O4—FeO—Fe， Fe2TiO5 ( 假 板 钛 矿) —Fe2TiO4 ( 钛 铁 晶 石) — FeTiO3 ( 钛铁矿) —钛的低价氧化物． 以下 是 几 种 产 物 的 方 程 式 和 平 衡 常 数 计 算 公式［12］， Fe2TiO5 + H2 幑幐 Fe2TiO4 + H2O，lgK = 617. 5 T + 2. 48; ( 1) FeO + H2 幑幐Fe + H2O，lgK = － 524. 6 T + 0. 295; ( 2) Fe2TiO4 + H2 幑幐Fe + FeTiO3 + H2O， lgK = － 546 T － 0. 033; ( 3) FeTiO3 + H2 幑幐Fe + TiO2 + H2O， lgK = － 2273 T + 0. 929． ( 4) 式中，K 为化学反应平衡常数，T 为反应温度． 反应式( 1) 中在实验温度下的 K 值较高，例如在 800 ℃能达到 1254，所以反应相对容易发生，可以看作 是 Fe2O3 --Fe3O4的并列反应． 对于反应式( 2) 、( 3) 和 ( 4) ，例如 1000 ℃ 时，它们的 K 值分别为 0. 72、0. 325 和 0. 108，FeO 的 K 值比 Fe2TiO4 和 FeTiO3 要大很多， · 951 ·