于春晓等：以煤泥为还原剂海滨钛磁铁矿直接还原焙烧反应历程 ·179* 件下进行磨矿一磁选，很难得到合格的直接还原铁 中分离出来，得到合格的直接还原铁产品，而经过弱磁 产品. 选，钛铁矿则主要集中在尾矿中 从图1的X射线衍射分析结果可知，在焙烧温度 5结论 达到1150℃后焙烧产物中Fe0消失，在1200℃时钛 磁铁矿大部分转变为钛尖晶石和还原出来的金属铁， (1)煤泥作还原剂时，印尼某海滨钛磁铁矿直接 而达到1250℃后钛尖晶石大部分转变为钛铁矿，少部 还原焙烧过程中铁的直接还原反应历程主要为钛磁铁 分变为铁板钛矿.结合图3中的扫描电镜照片，从 矿(Fe2 s Tio2s0,)→浮士体(FeO)→金属铁(Fe),而钛 1150℃开始，焙烧产物的矿物颗粒内部逐渐熔融，不 的反应过程为钛磁铁矿(Fe25Tias0,）一→钛尖晶石 断有亮白色的金属铁颗粒生成，含钛矿物逐渐以钛铁 (Fe2Ti0,)→钛铁矿(FeTi0,）,有少部分钛尖晶石 矿为主 (Fe,Ti(0,)转变为铁板钛矿(Fe,TiO,). 从图3中1150℃的扫描电镜照片可以看出，矿物 (2)焙烧温度影响印尼某海滨钛磁铁矿的直接还 颗粒仍独立存在，并没有熔融到一起，但矿物颗粒内部 原焙烧反应.在1100℃之前，随着温度的升高，焙烧产 明显反应.从1150℃中A区域局部放大的扫描电镜 物中矿物颗粒边缘趋于模糊，颗粒内部趋于松散，但并 照片中可看出，矿物颗粒内部生成1um左右的金属铁 未发生熔融：在1100℃左右时，开始有金属铁生成：之 颗粒，金属铁颗粒与反应不完全的钛磁铁矿夹杂在一 后随着焙烧温度的升高，金属铁颗粒逐渐长大，直到 起.。在此温度下，生成的金属铁颗粒较小，并且还有相 1250℃左右，焙烧产物中矿物颗粒熔融明显，金属铁 当部分的钛磁铁矿反应不完全 与钛铁矿物有明显分离迹象. 从图3中1200℃的扫描电镜照片可以看出，此时 (3)延长焙烧时间可以使金属铁颗粒不断长大并 焙烧产物中矿物颗粒逐渐熔融连接到一起，亮白色的 从钛铁矿物中不断分离出来.在1250℃的温度下保温 金属铁颗粒逐渐增多.从1200℃中B区域局部放大 60min,期间，金属铁颗粒不断长大，钛铁矿不再完全 的扫描电镜照片中可看出，生成的金属铁颗粒明显长 包裹在金属铁颗粒的周围，而是分布在脉石中，在保温 大，达到5μm左右，部分金属铁颗粒熔融连接到一起， 的过程中金属铁从钛铁矿中分离，有助于后续的磨矿一 在铁颗粒的间隙存在的主要是钛磁铁矿在还原过程中 磁选 生成的钛尖晶石，以及少部分脉石.在1200℃左右，钛 磁铁矿(Fe2sTi。s0,）基本上完全还原成钛尖晶石 参考文献 (Fe,Ti0,),钛磁铁矿(Fe2.sTia250,)中Fe大部分被还 1]Zhang Y S,Long Y B,Zhou M G.Experimental Study to Explore 原成金属铁.从扫描电镜照片中可以看出，此时的金 the Use of a Beach Placer in Indonesia.Chengdu:Institute of 属铁颗粒虽有一定程度的长大，但金属铁颗粒仍与钛 Comprehensive Utilization of Mineral Resources,2008 尖晶石以及脉石相间分布，共生关系密切，金属铁颗粒 (张裕书，龙运波，周满赓.印尼某海滨砂矿利用探索试验研 究.成都：矿产综合利用研究所，2008) 比较分散，在这种条件下进行磨矿一磁选，很难达到使 2] Sun L J,Lii X J,Chen P,et al.Experimental study on the min- 金属铁颗粒从钛尖晶石等矿物中解离出来的磨矿 eralogical characteristics and processing technique of a beach plac- 细度 er.Min Res Dev,2010,30(2):62 从图3中1250℃的扫描电镜照片可以看出，焙烧 (孙丽君，吕宪俊，陈平，等.某海滨砂矿的矿物学特征与选 产物中矿物颗粒已经完全熔融在一起.从1250℃中C 矿试验研究.矿产研究与开发，2010,30(2)：62) 区域局部放大的扫描电镜照片中可以看出，亮白色的 B] AMnonbekaa M Yu M Z.Recovery of zircon and titanite from a 金属铁颗粒长大，大致在10m左右，且数量增多，相 titanium magnetite in beach placer.Met Ore Dressing Abroad, 1976(7):14 对集中在一起，生成的钛铁矿大部分分布在金属铁颗 (mnonbekaa..M.A,余明瞻.从钛一磁铁矿海滨砂矿中回 粒的周围，部分呈条状分散在脉石中，金属铁部分仍包 收锆英石和榍石.国外金属矿选矿，1976(7)：14) 裹在钛铁矿中，这种条件下进行磨矿一磁选，很难达到 4] Wei M,Li Y T,Wu D Y,et al.Study on the beach placer's ben- 很好的钛铁分离效果.从1250℃下保温60min的扫描 eficiability of Sangihe Islands in Indonesia.Conserr Util Miner 电镜照片中可知，在延长焙烧时间的过程中，金属铁颗 Res0r,2009,4(2):33 粒不断熔融长大，分布更为集中.从1250℃保温 (卫敏，李英堂，吴东印，等.印尼桑义赫岛海滨砂矿可选性 60min中D区域局部放大的扫描电镜照片中可知，此 试验研究.矿产保护与利用，2009,4(2)：33) 5] Liu G D.Review on the development of oceanic mineral re- 时金属铁颗粒粒度可达20μm左右，而只有少部分钛 sources.Nonferrous Met Min Sect,1991 (1):6 铁矿分布在金属铁颗粒的周围，大部分分布在脉石中， (刘国栋.海洋矿产资源开发综述.有色金属（矿山部分）， 由于金属铁颗粒的长大，此时进行磨矿，能够较容易地 1991(1):6) 使金属铁颗粒达到单体解离，从而有助于将金属铁从 [6]Hu Z,Zhang H,Li H W,et al.Study on reasonable mineral pro-于春晓等: 以煤泥为还原剂海滨钛磁铁矿直接还原焙烧反应历程 件下进行磨矿--磁 选，很 难 得 到 合 格 的 直 接 还 原 铁 产品． 从图 1 的 X 射线衍射分析结果可知，在焙烧温度 达到 1150 ℃ 后焙烧产物中 FeO 消失，在 1200 ℃ 时钛 磁铁矿大部分转变为钛尖晶石和还原出来的金属铁， 而达到 1250 ℃后钛尖晶石大部分转变为钛铁矿，少部 分变为铁板钛矿． 结合图 3 中的扫描 电 镜 照 片，从 1150 ℃开始，焙烧产物的矿物颗粒内部逐渐熔融，不 断有亮白色的金属铁颗粒生成，含钛矿物逐渐以钛铁 矿为主． 从图 3 中 1150 ℃ 的扫描电镜照片可以看出，矿物 颗粒仍独立存在，并没有熔融到一起，但矿物颗粒内部 明显反应． 从 1150 ℃ 中 A 区域局部放大的扫描电镜 照片中可看出，矿物颗粒内部生成 1 μm 左右的金属铁 颗粒，金属铁颗粒与反应不完全的钛磁铁矿夹杂在一 起． 在此温度下，生成的金属铁颗粒较小，并且还有相 当部分的钛磁铁矿反应不完全． 从图 3 中 1200 ℃ 的扫描电镜照片可以看出，此时 焙烧产物中矿物颗粒逐渐熔融连接到一起，亮白色的 金属铁颗粒逐渐增多． 从 1200 ℃ 中 B 区域局部放大 的扫描电镜照片中可看出，生成的金属铁颗粒明显长 大，达到 5 μm 左右，部分金属铁颗粒熔融连接到一起， 在铁颗粒的间隙存在的主要是钛磁铁矿在还原过程中 生成的钛尖晶石，以及少部分脉石． 在1200 ℃左右，钛 磁铁矿( Fe2. 75 Ti0. 25 O4 ) 基本 上 完 全 还 原 成 钛 尖 晶 石 ( Fe2TiO4 ) ，钛磁铁矿( Fe2. 75 Ti0. 25O4 ) 中 Fe 大部分被还 原成金属铁． 从扫描电镜照片中可以看出，此时的金 属铁颗粒虽有一定程度的长大，但金属铁颗粒仍与钛 尖晶石以及脉石相间分布，共生关系密切，金属铁颗粒 比较分散，在这种条件下进行磨矿--磁选，很难达到使 金属铁颗粒从钛尖晶石等矿物中解离出来的磨矿 细度． 从图 3 中 1250 ℃ 的扫描电镜照片可以看出，焙烧 产物中矿物颗粒已经完全熔融在一起． 从 1250 ℃中 C 区域局部放大的扫描电镜照片中可以看出，亮白色的 金属铁颗粒长大，大致在 10 μm 左右，且数量增多，相 对集中在一起，生成的钛铁矿大部分分布在金属铁颗 粒的周围，部分呈条状分散在脉石中，金属铁部分仍包 裹在钛铁矿中，这种条件下进行磨矿--磁选，很难达到 很好的钛铁分离效果． 从1250 ℃下保温60 min 的扫描 电镜照片中可知，在延长焙烧时间的过程中，金属铁颗 粒不 断 熔 融 长 大，分 布 更 为 集 中． 从 1250 ℃ 保 温 60 min中 D 区域局部放大的扫描电镜照片中可知，此 时金属铁颗粒粒度可达 20 μm 左右，而只有少部分钛 铁矿分布在金属铁颗粒的周围，大部分分布在脉石中， 由于金属铁颗粒的长大，此时进行磨矿，能够较容易地 使金属铁颗粒达到单体解离，从而有助于将金属铁从 中分离出来，得到合格的直接还原铁产品，而经过弱磁 选，钛铁矿则主要集中在尾矿中． 5 结论 ( 1) 煤泥作还原剂时，印尼某海滨钛磁铁矿直接 还原焙烧过程中铁的直接还原反应历程主要为钛磁铁 矿( Fe2. 75Ti0. 25O4 ) →浮士体( FeO) →金属铁( Fe) ，而钛 的反应过 程 为 钛 磁 铁 矿( Fe2. 75 Ti0. 25 O4 ) →钛尖 晶 石 ( Fe2 TiO4 ) → 钛铁 矿 ( FeTiO3 ) ，有少 部 分 钛 尖 晶 石 ( Fe2TiO4 ) 转变为铁板钛矿( Fe2TiO5 ) ． ( 2) 焙烧温度影响印尼某海滨钛磁铁矿的直接还 原焙烧反应． 在1100 ℃之前，随着温度的升高，焙烧产 物中矿物颗粒边缘趋于模糊，颗粒内部趋于松散，但并 未发生熔融; 在 1100 ℃左右时，开始有金属铁生成; 之 后随着焙烧温度的升高，金属铁颗粒逐渐长大，直到 1250 ℃左右，焙烧产物中矿物颗粒熔融明显，金属铁 与钛铁矿物有明显分离迹象． ( 3) 延长焙烧时间可以使金属铁颗粒不断长大并 从钛铁矿物中不断分离出来． 在1250 ℃的温度下保温 60 min，期间，金属铁颗粒不断长大，钛铁矿不再完全 包裹在金属铁颗粒的周围，而是分布在脉石中，在保温 的过程中金属铁从钛铁矿中分离，有助于后续的磨矿-- 磁选． 参 考 文 献 ［1］ Zhang Y S，Long Y B，Zhou M G． Experimental Study to Explore the Use of a Beach Placer in Indonesia． Chengdu: Institute of Comprehensive Utilization of Mineral Ｒesources，2008 ( 张裕书，龙运波，周满赓． 印尼某海滨砂矿利用探索试验研 究． 成都: 矿产综合利用研究所，2008) ［2］ Sun L J，Lü X J，Chen P，et al． Experimental study on the min￾eralogical characteristics and processing technique of a beach plac￾er． Min Ｒes Dev，2010，30( 2) : 62 ( 孙丽君，吕宪俊，陈平，等． 某海滨砂矿的矿物学特征与选 矿试验研究． 矿产研究与开发，2010，30( 2) : 62) ［3］ Ямnолbекая М Я，Yu M Z． Ｒecovery of zircon and titanite from a titanium magnetite in beach placer． Met Ore Dressing Abroad， 1976( 7) : 14 ( Ямnолbекая． М． Я，余明瞻． 从钛一磁铁矿海滨砂矿中回 收锆英石和榍石． 国外金属矿选矿，1976( 7) : 14) ［4］ Wei M，Li Y T，Wu D Y，et al． Study on the beach placer's ben￾eficiability of Sangihe Islands in Indonesia． Conserv Util Miner Ｒesour，2009，4( 2) : 33 ( 卫敏，李英堂，吴东印，等． 印尼桑义赫岛海滨砂矿可选性 试验研究． 矿产保护与利用，2009，4( 2) : 33) ［5］ Liu G D． Ｒeview on the development of oceanic mineral re￾sources． Nonferrous Met Min Sect，1991( 1) : 6 ( 刘国栋． 海洋矿产资源开发综述． 有色金属( 矿山部分) ， 1991( 1) : 6) ［6］ Hu Z，Zhang H，Li H W，et al． Study on reasonable mineral pro- · 971 ·