第9期 宁晓宇等：含碳球团直接还原熔分机理 ·1167· 的量等多种因素共同影响.Wang等[4)对利用含碳 70%,Si0226%,A12034% 球团直接还原工艺分离硼镁矿中硼和铁进行了研 Sio. 究，结果表明硼铁矿含碳球团在1400℃下还原15 min得到硼质量分数0.065%的珠铁和B,0,质量分 数20%的富硼渣.Ding等t)对利用珠铁工艺分离 白云鄂博复合铁矿中的稀土元素和铁进行了研究， 目标渣系 结果表明稀土矿含碳球团在1400℃下还原12min I500 时渣铁熔分良好，得到RE20,质量分数14.19%的 稀土渣.上述研究均以实际的矿石为原料，成分复 杂，影响因素较多.本研究采用分析纯物质为原料， 排除干扰，采用等温还原的方法研究了还原温度、时 间、配碳量及还原剂种类对冷固结球团还原速率和 熔分行为的影响，观察还原后的金属化球团的显微 00 结构并定性分析球团在不同还原阶段的矿物组成变 (A,0,/% 化，探讨了含碳球团还原熔分机理. 围1目标渣相组成 1实验 Fig.1 Target slag composition 1.1原材料 实验所用还原剂有三种：无烟煤、焦粉和高纯石 实验使用分析纯的Fe203、CaC0,、Si02和Al20,· 墨.无烟煤和焦粉的工业分析和灰分分析如表1所 示，无烟煤和焦粉中固定碳均较高，但焦粉中$含量 渣相组成根据Ca0-Si02-Al,0,三元系相图[61中一 也较高.石墨中固定碳为99.9%.将煤粉和焦粉在 典型成分点，如图1所示.该Ca0-Si02-Al,0,体系 马弗炉中进行灰化处理后测定灰的熔点，得到的结 的液相线温度为1310℃，配比（质量分数）为CaC03 果如表2所示 表1还原剂成分（质量分数） Table 1 Compositions of the reductant 工业分析 灰分分析 还原剂 固定碳 挥发分 灰分 硫 Si02 A1205 Fe203 Ca0 MgO 无烟煤 81.40 6.40 11.10 0.34 46.10 32.16 9.51 4.26 0.65 焦粉 86.20 1.64 12.16 0.64 47.94 35.57 5.78 3.36 0.64 表2灰熔融特性 Table 2 Ash fusion characteristics 还原剂 变形温度/℃ 软化温度/℃ 熔化温度/℃ 流动温度/℃ 无烟煤 1300 1320 1350 1380 焦粉 1460 >1500 1.2实验过程 石墨盘放人炉中进行预热，待达到目标温度后将球 首先将F,0,与还原剂按碳氧摩尔比分别为 团放人石墨盘中，然后将石墨盘推入炉膛内进行焙 1.0、1.2和1.4进行混合，然后按T℉e60%加入 烧，焙烧温度分别选择1350、1400和1450℃.达到 CaC0,、Si02和AL,0,混匀后外配7%的水分，再次 预定时间后将石墨盘取出，若球团还未渣铁分离，将 混匀.将混匀料在12MPa压力下压制成20mm× 金属化球团埋入石墨粉中进行冷却以防止二次氧 25mm的圆柱体球团，生球在150℃的烘箱中千燥 化；若球团实现熔分，则将渣和铁放在空气中冷却. 12h,确认重量不再变化后供还原熔分使用. 观察还原熔分后的球团形貌，将未熔分的球团 还原熔分实验所用设备为快速升温箱式电阻 用环氧树脂进行镶样，经过粗磨、细磨、抛光和表面 炉，额定温度为1700℃，由于炉膛密闭性好，球团还 喷炭后，在扫描电子显微镜下观察其微观结构.将 原是在弱还原性气氛下进行的.实验进行时首先将 未熔分的金属化球团破碎制样，然后用化学分析法第 期 宁 晓宇 等 ： 含 碳球团 直 接还 原 熔分机理 ‘ 的 量等 多种 因 素 共 同 影 响 等 对利 用含 碳 , , 球团 直 接 还 原 工艺分 离硼镁 矿 中 硼 和铁进 行 了 研 究 结果表 明 硼铁矿含 碳球 团 在 下 还 原 得到硼质量 分数 的 珠 铁和 质量 分 数 的 富 硼 渣 等 对利 用 珠铁工 艺分 离 白 云鄂博复合铁 矿 中 的 稀 土元素 和铁进行 了 研究 , 目 结果表 明稀土 矿 含 碳球团 在 ； 下 还 原 ！ 寸渣铁溶分 良 好 , 得到 质量 分数 的 稀土 渣 賴究 卿实 關矿 石力 原料 成艘 杂 影 响 因 素较 多 本研究采用 分析纯物 质 为原料 , 排 除干扰 , 采用 等温还 原 的 方法研究了 还原 温度 、 时 间 、 配碳量及还 原剂 种 类对冷 固 结球 团 还 原 赫和 熔 分行为 的影 响 观察 还 原后 的 金属 化球 团 的 显微 ‘ ‘ 结构并定性分析球 团 在不 同 还原 阶段的 矿物 组成变 化 , 探讨了 含碳 球 团 还原溶分机理 目 紐相 组成 实验所用 还原剂有 三种 ： 无烟煤 、 焦粉和 高纯石 使用 分析纯 的 、 、 墨’ 无烟煤和焦粉的 工业分析和 灰分分析如 表 一 一 示 无 烟煤和焦粉中 固定 碳均较 高 , 但焦粉 中 含量 翻—且 成 根据 ： 二兀系 相 图 巾 也较高 石 墨 中 固 定碳为 将 煤粉 和焦 粉在 典 型 成分点 , 如 图 所示 该 体 系 马 弗炉 中 进行灰化 处 理 后测 定 灰 的 熔点 , 得 到 的 结 的 液 相线 温度为 配 比 ( 质量分数 ) 为 果 如表 所示 表 还原 剂 成 分 ( 质量 分 数 ) 工业分析 灰 分分析 还 原剂 固 定 碳 挥发分 灰分 硫 无烟 煤 焦 粉 表 灰熔 融特性 “ 还 原 剂 变 形 温度 软 化温 度 熔 化温度 弋 流动 温度 无烟 煤 — — 实验过程 石 墨盘放人炉 中 进 行预热 , 待 达 到 目 标温度 后将球 首 先将 与 还 原剂 按 碳氧 摩 尔 比 分 别 为 团放 人石墨 盘 中 然 后 将石 墨 盘推 人炉 膛 内 进行焙 和 进 行 混 合 , 然 后 按 加 入 烧 , 焙烧温度分别选择 、 和 达到 〔 ： 、 和 , 混 匀 后外 配 的水 分 再次 预定 时 间 后将石 墨盘取出 若球 团 还未 渣铁分离 将 混勻 将混 匀 料在 压力 下 压制 成 金属 化球 团 埋 入石 墨 粉 中 进 行冷 却 以 防 止 二 次氧 的 圆 柱体 球团 , 生 球 在 的 烘箱 中 干燥 化 若球 团 实现熔分 , 则将渣 和 铁放在空气 中 冷却 , 确 认重量 不再变化后 供还原熔分使 用 观察还原 熔分后 的 球 团 形 貌 , 将 未熔分 的 球团 还 原熔 分 实 验所 用设备 为 快 速升 温箱 式 电 阻 用环氧树脂 进行镶 样 , 经过粗磨 、 细 磨 、 抛光和 表面 炉 额定温 度 为 , 由 于 炉膛密 闭 性好 球 团还 喷炭后 , 在 扫 描 电 子显 微镜下 观察其微 观结构 将 原是 在弱 还原 性气氛下进 行 的 实 验 进行 时首 先将 未 熔 分的 金 属 化球 团 破 碎制 样 然 后 用化学分析法