·1264. 工程科学学报，第37卷，第10期 石与生物质质量比为10：2 50 Fe,04+C0==3Fe0+C02,△G9=32970-58.85T. 45 (2) 3.2.2磁化温度和磁化时间对还原度的影响 35 固定反应温度为600℃，赤铁矿石与生物质质量 比为10：2，赤铁矿石粒度为0.074mm(98%),生物质 3 量一10：1.0 20 ◆10：1.5 粒度为0.15mm,研究不同反应时间对还原度的影响. ▲-10：2.0 从图7可以看出，焙烧矿的还原度随时间增加而增加， -10:2.5 10 反应25~30min后，还原度接近43%，与最佳还原度 400 450 500550 600 650 700 接近.当反应时间继续增加到35min时，还原度增加 温度C 不明显，达到45%左右，此时赤铁矿石已有部分发生 过还原.因此，本文选取的最佳反应时间为25min. 图5磁化温度和赤铁矿石与生物质质量比对还原度的影响 Fig.5 Effect of magnetization temperature and biomass dosage on the 50 reduction 45 H一赤铁矿Fe,O,;M一磁铁矿Fe,O,:Q一石英SiO2 40 0 MO M M QMM M 700℃ 35 M M M Q MM M 30 650C MQ M M Q MM M 600C 25 MO H MH M H HM H/M 550C HM HQ HMHM 500C 20 10 152025 30 35 Q的H电H用 450C 时间/min 1AD ®咫 原和 图7反应时间对还原度的影响 Fig.7 Effect of reaction time on the reduction 10 20 30 405060708090 20/r) 3.2.3赤铁矿石粒度对还原度的影响 图6400~700℃培烧矿的X射线衍射图谱 选定反应温度为600℃，赤铁矿石与生物质质量 Fig.6 X-ay diffraction patter of the roasted ore in 400-700 C 比为10：2，研究不同粒度的赤铁矿石经不同磁化焙烧 Fe,0,在500℃以后逐渐增加，而Fe,0,则越来越少 时间后还原度的变化规律，如图8所示.从图中可以 在600℃时已经很难找到氧化铁的衍射峰，与化学分 看出，赤铁矿石粒度越小，相同焙烧时间内的还原度越 析结果相同.但随着温度增加到700℃时，图中并没 高，全部磁化时所需时间越短.粒度为0.074mm 有发现FeO的衍射峰，原因是生成的FeO量极少而没 (98%)的赤铁矿石只要25min就可以全部磁化：粒度 有在图中显示出来. 为0.074mm(72.5%)的赤铁矿石磁化30min的还原 磁化温度和生物质用量对还原度的影响可以从两 度为41.96%，完全磁化则需要45min:粒度为0.074 方面解释：一是由热重分析可知，锯末热解产生的还原 mm(31.5%)的赤铁矿石的还原度为41.6%，接近最 性气体产物随着温度增加而增加，并且温度越高，气化 佳还原度：粒度0.15~0.28mm的赤铁矿石则需经过 速率越快.也就是说温度越高产生的还原性产物 60min焙烧后，才能全部磁化：当赤铁矿石粒度超过 总量越多，反应越完全.同时，这也是650℃时只需 0.28mm后，30min焙烧后还原度为30.7%，60min后 10:1.5的生物质量就可以完全磁化铁矿石的原因之 还原度为34.8%，焙烧时间增加30min后还原度只增 一 二是升高温度改善了还原反应的动力学条件，使 加了4%，可见时间对还原度的增加效果越来越不明 得化学反应速率大大增加，因此在相同时间内，温度越 显.从实验结果可知，当反应温度为600℃时，粒度为 高，反应越完成.另外由式(2)可知，当温度超过560 0.074mm（>72.5%)的赤铁矿石的最佳还原时间以 ℃时，Fe,O,有还原为Fe0的趋势，可以看出磁化焙烧 30min为宜，粒度为0.074mm(31.5%)和0.15-0.28 温度是一个重要的影响因素，但温度低反应慢且不完 mm的赤铁矿石则分别为45min和60min,而0.28mm 全，温度高则降低焙烧矿质量的同时增加能耗。因此， 以上粒径的矿石建议进一步破碎后再使用.根据以往 综合考虑，本文选取的最佳反应温度为600℃，赤铁矿 工业研究发现☒，赤铁矿石粒度会对还原产生影响，工程科学学报，第 37 卷，第 10 期 图 5 磁化温度和赤铁矿石与生物质质量比对还原度的影响 Fig． 5 Effect of magnetization temperature and biomass dosage on the reduction 图 6 400 ～ 700 ℃焙烧矿的 X 射线衍射图谱 Fig． 6 X-ray diffraction pattern of the roasted ore in 400--700 ℃ Fe3O4 在 500 ℃ 以后逐渐增加，而 Fe2O3 则越来越少， 在 600 ℃时已经很难找到氧化铁的衍射峰，与化学分 析结果相同． 但随着温度增加到 700 ℃ 时，图中并没 有发现 FeO 的衍射峰，原因是生成的 FeO 量极少而没 有在图中显示出来． 磁化温度和生物质用量对还原度的影响可以从两 方面解释: 一是由热重分析可知，锯末热解产生的还原 性气体产物随着温度增加而增加，并且温度越高，气化 速率越快［11］． 也就是说温度越高产生的还原性产物 总量越多，反应越完全． 同时，这也是 650 ℃ 时只需 10∶ 1. 5 的生物质量就可以完全磁化铁矿石的原因之 一． 二是升高温度改善了还原反应的动力学条件，使 得化学反应速率大大增加，因此在相同时间内，温度越 高，反应越完成． 另外由式( 2) 可知，当温度超过 560 ℃时，Fe3O4 有还原为 FeO 的趋势，可以看出磁化焙烧 温度是一个重要的影响因素，但温度低反应慢且不完 全，温度高则降低焙烧矿质量的同时增加能耗． 因此， 综合考虑，本文选取的最佳反应温度为 600 ℃，赤铁矿 石与生物质质量比为 10∶ 2． Fe3O4 + CO = = 3FeO + CO2，ΔG = 32970 － 58. 85T． ( 2) 3. 2. 2 磁化温度和磁化时间对还原度的影响 固定反应温度为 600 ℃，赤铁矿石与生物质质量 比为 10∶ 2，赤铁矿石粒度为 0. 074 mm ( 98% ) ，生物质 粒度为 0. 15 mm，研究不同反应时间对还原度的影响． 从图 7 可以看出，焙烧矿的还原度随时间增加而增加， 反应 25 ～ 30 min 后，还原度接近 43% ，与最佳还原度 接近． 当反应时间继续增加到 35 min 时，还原度增加 不明显，达到 45% 左右，此时赤铁矿石已有部分发生 过还原． 因此，本文选取的最佳反应时间为 25 min． 图 7 反应时间对还原度的影响 Fig． 7 Effect of reaction time on the reduction 3. 2. 3 赤铁矿石粒度对还原度的影响 选定反应温度为 600 ℃，赤铁矿石与生物质质量 比为 10∶ 2，研究不同粒度的赤铁矿石经不同磁化焙烧 时间后还原度的变化规律，如图 8 所示． 从图中可以 看出，赤铁矿石粒度越小，相同焙烧时间内的还原度越 高，全 部 磁 化 时 所 需 时 间 越 短． 粒 度 为 0. 074 mm ( 98% ) 的赤铁矿石只要 25 min 就可以全部磁化; 粒度 为 0. 074 mm ( 72. 5% ) 的赤铁矿石磁化 30 min 的还原 度为 41. 96% ，完全磁化则需要 45 min; 粒度为 0. 074 mm ( 31. 5% ) 的赤铁矿石的还原度为 41. 6% ，接近最 佳还原度; 粒度 0. 15 ～ 0. 28 mm 的赤铁矿石则需经过 60 min 焙烧后，才能全部磁化; 当赤铁矿石粒度超过 0. 28 mm 后，30 min 焙烧后还原度为 30. 7% ，60 min 后 还原度为 34. 8% ，焙烧时间增加 30 min 后还原度只增 加了 4% ，可见时间对还原度的增加效果越来越不明 显． 从实验结果可知，当反应温度为 600 ℃ 时，粒度为 0. 074 mm ( ＞ 72. 5% ) 的赤铁矿石的最佳还原时间以 30 min 为宜，粒度为 0. 074 mm ( 31. 5% ) 和 0. 15 ～ 0. 28 mm 的赤铁矿石则分别为 45 min 和 60 min，而 0. 28 mm 以上粒径的矿石建议进一步破碎后再使用． 根据以往 工业研究发现［12］，赤铁矿石粒度会对还原产生影响， ·1264·