赵永强等：CO对海滨钛磁铁矿精矿直接还原-磁选工艺中还原气氛的影响 841… 25 25 (a)CaO mass fraction,0 CO (b)CaO mass fraction,2.2% -C 20 10 10 20 30 40 50 60 10 20 30 40 50 60 Time/min Time/min 25 (c)CaO mass fraction,4.4% C0 20 -C0 10 10 20 30 40 5060 Time/min 图4添加不同质量分数的Ca0对C02和C0气体组成的影响.(a)无添加剂：(b)Ca0质量分数为2.2%：(c)Ca0质量分数为4.4% Fig.4 Effects of different mass fractions of CaO on the gas composition of COz and CO:(a)no addictive;(b)CaO mass fraction,2.2%;(c)CaO mass fraction,4.4% 为查明CaO对还原气氛的影响，分别计算出了 速率，产生了更多的CO和CO2气体；但在反应后 Ca0的质量分数分别为0、2.2%和4.4%时，总反应 期，CaO对还原剂的气化促进作用减弱，这可能是 的气化速率和C0分压值随时间的变化规律2s2, 由于随着还原反应的进行，还原剂逐渐消耗完全 在室温25℃时，1mol气体的体积为24.5L.因此 由图5(b)可知，在反应10~35min的时间内，Ca0 具体公式如下： 的质量分数分别为2.2%和4.4%时，C0分压值明 vo=C0xw×7245 显低于不添加CaO的C0分压值，这可能是因为 (2) PN2 Ca0提高了还原剂的气化速率，即反应(6)，增加 c0,-02xw×24 了C0气体产生量，进而有利于反应(7)，导致 (3) ON2 CO2气体产生量增多和CO分压值降低(TTM表 示试样).同时对还原样品进行化验，计算金属化 VC=VCo+VCO2= 3 co +coz 24.5 (4) ON2 率，结果如图6所示，可以看出添加Ca0可以提高 Yco 还原产物的金属化率，这也进一步证实了添加CaO Pco/(Pco+Pco2)= (5) co+co2 可以促进钛磁铁矿的还原，生成了更多的CO2 式中，pco、pco,和pN,分别表示某一时刻烟气分析仪 气体 检测出的C0、CO2和N2的体积分数，%；w,表示通 C+C02→2C0 (6) 入的氮气流速，即3Lmin;vco、vco,和vc分别表 TTM+CO-reducedTTM+CO2 (7) 示某一时刻的C0气体产生速率、CO2气体产生速 32Ca0对矿物组成及微观结构的影响 率和总反应的气化速率，molL;Pco/(Pco+Pco2) 为进一步验证CaO对还原气氛和钛磁铁矿还 表示某一时刻的C0分压值，%. 原的影响，分别对还原产物的矿物组成及微观结 从图5(a)可以看出，在反应前期(0~10min), 构进行研究.从图7可以看出，不添加CaO时，还 随着CaO质量分数的增加，总反应的气化速率逐 原产物主要由金属铁(A)、黑钛石(D)、石墨(E)、 渐升高，这表明添加CaO可以提高还原剂的气化 铝酸三钙(C)和钛铁矿(B)组成.当CaO的质量分为查明 CaO 对还原气氛的影响，分别计算出了 CaO 的质量分数分别为 0、2.2% 和 4.4% 时，总反应 的气化速率和 CO 分压值随时间的变化规律[25–26] ， 在室温 25 ℃ 时，1 mol 气体的体积为 24.5 L，因此 具体公式如下： vCO = φCO2 φN2 ×vN2 × 1 24.5 （2） vCO2 = φCO2 φN2 ×vN2 × 1 24.5 （3） vC = vCO +vCO2 = 3 24.5 ( φCO +φCO2 φN2 ) （4） PCO/ ( PCO + PCO2 ) = φCO φCO +φCO2 （5） φCO2 φN2 vN2 vCO2 PCO/ ( PCO + PCO2 ) 式中，φCO、 和 分别表示某一时刻烟气分析仪 检测出的 CO、CO2 和 N2 的体积分数，%； 表示通 入的氮气流速，即 3 L·min−1 ；vCO、 和 vC 分别表 示某一时刻的 CO 气体产生速率、CO2 气体产生速 率和总反应的气化速率，mol·L−1 ； 表示某一时刻的 CO 分压值，%. 从图 5（a）可以看出，在反应前期（0～10 min）， 随着 CaO 质量分数的增加，总反应的气化速率逐 渐升高，这表明添加 CaO 可以提高还原剂的气化 速率，产生了更多的 CO 和 CO2 气体；但在反应后 期，CaO 对还原剂的气化促进作用减弱，这可能是 由于随着还原反应的进行，还原剂逐渐消耗完全. 由图 5（b）可知，在反应 10～35 min 的时间内，CaO 的质量分数分别为 2.2% 和 4.4% 时，CO 分压值明 显低于不添加 CaO 的 CO 分压值，这可能是因为 CaO 提高了还原剂的气化速率，即反应（6），增加 了 CO 气体产生量 ，进而有利于反应 （ 7） ，导 致 CO2 气体产生量增多和 CO 分压值降低（TTM 表 示试样）. 同时对还原样品进行化验，计算金属化 率，结果如图 6 所示，可以看出添加 CaO 可以提高 还原产物的金属化率，这也进一步证实了添加 CaO 可以促进钛磁铁矿的还原 ，生成了更多的 CO2 气体. C+CO2 → 2CO （6） TTM+CO → reducedTTM+CO2 （7） 3.2    CaO 对矿物组成及微观结构的影响 为进一步验证 CaO 对还原气氛和钛磁铁矿还 原的影响，分别对还原产物的矿物组成及微观结 构进行研究. 从图 7 可以看出，不添加 CaO 时，还 原产物主要由金属铁（A）、黑钛石（D）、石墨（E）、 铝酸三钙（C）和钛铁矿（B）组成. 当 CaO 的质量分 10 20 30 40 50 60 0 0 5 10 15 20 25 CO2 CO Volume fraction/ % Time/min (a) CaO mass fraction, 0 0 10 20 30 40 50 60 0 5 10 15 20 25 CO2 CO Volume fraction/ % Time/min (b) CaO mass fraction, 2.2% 0 10 20 30 40 50 60 0 5 10 15 20 25 CO2 CO Volume fraction/ % Time/min (c) CaO mass fraction, 4.4% 图 4 添加不同质量分数的 CaO 对 CO2 和 CO 气体组成的影响. （a）无添加剂；（b）CaO 质量分数为 2.2%；（c）CaO 质量分数为 4.4% Fig.4 Effects of different mass fractions of CaO on the gas composition of CO2 and CO: (a)no addictive; (b) CaO mass fraction, 2.2%; (c) CaO mass fraction, 4.4% 赵永强等： CaO 对海滨钛磁铁矿精矿直接还原−磁选工艺中还原气氛的影响 · 841 ·