第8期 倪文等：金川镍弃渣铁资源回收综合利用 ·977° 1300℃时，铁的品位从5613%提升到89.84%，回 100 100 收率从60.06%提升到93.21%.从图中可以看出， 95 随着温度的增加，铁精矿的品位呈上升趋势，在 90 90 1300℃以前，铁的回收率也呈上升趋势.而1350℃ 80 品位 80 时则明显下降. 一回收率 75 硅酸铁的主要还原反应”如下： 0 2 1 2F(+2C(5)2Fe(+200(8 时间h △.G=295808-300.44T(Jmot1) (1) 图3还原时间对产品指标的影响 2FO(+S0(习→FgS0(, F3 Effect of reduction tie on product ndexes △G=-36233+21.09T(3mo1)(2) 消耗，坩埚中的还原性气氛持续降低，而氧化性气氛 FSS0(+2C→2Fe习+S0(9+2C0X 逐渐增强，从而使已被还原的铁再氧化.本次研究 △.G=332041-321.53T(Jmot1)(3) 中，当还原时间从2延长到3时，铁精矿的品位 由反应(3)中的Gbbs咱由能关系式△G= 从89.84%提升到90.08%回收率从93.21%提升 332041一32L.53T计算得知，F9S0的还原开始温 到93.389%，各项指标的提升幅度不是很大，而能耗 度为1037K(764℃方而由反应(1)可知，FO的还 却增加很多，当还原时间从3h延长到4h时，各项 原开始温度为992K(719℃)，可见FS①比FO 指标开始下降.综合考虑，确定还原时间为2b 难还原，这主要是因为F9SO的分解压比FO的分 3.4碱度的影响 解压高 图4为二元碱度对产品指标的影响. 由于反应(1和反应(3都是强吸热反应，因此 96 96 提升还原焙烧温度有利于还原反应速率的加快.另 外，由于反应(1)可以由以下两个反应组合而成： FO)+C0X→Fe习+C0(周(4) C()+C)()→2C0(马 (5) 一品位 84 一回收率 当还原温度升高后，还原剂的反应活性得到提高，反 应器内C的浓度增大，还原气氛增强，有利于反应 0.4 0.6 0.8 1.0 二元碱度 (4向正方向进行：同时，反应(5)体系内C的浓 图4二元碱度对产品指标的影响 度很低，因而反应(4的△G负值很大，使反应(1) Fg 4 Effect of binary basicity on Product indexes 更易向右进行，因此在图2中，铁精矿的品位和铁回 收率都随温度的增加而呈现上升趋势.但是，过高 在用碳还原硅酸铁时，可以加入碱性熔剂（如 的反应温度会导致物料的软化和熔化，使矿物之间 生石灰以促进其分解提高主要金属氧化物的活 产生粘连，为后续的磨矿工艺增加难度，影响产品指 度，降低其还原开始温度： 标1.本研究中，1350℃时铁精矿的品位最高，达 FES0()+2C0X习→2FO(习+CgS0( 92.58%:但该温度下的镍弃渣产生了熔融还原反 △Gm=-82593-9.79T(}mot')(6) 应，培烧产物中出现大量肉眼可见的铁颗粒，增加了 2F()+2Cs)-2Fe(s+2CO(8 磁选难度，从而导致回收率大幅下降为70.1%). △G=295808-30044T(Jmot1)(7) 综合考虑能耗、产品性能、后续处理等因素，确定还 F9S0(习+2COX匀+2C(9→ 原温度为1300℃. 2Fe(s)+C9S0(习+2CO(, 3.3还原焙烧时间的影响 △.G=213215-31023T(jmoT1)(8) 当还原温度为1300℃二元碱度为0.8其他 CO与S0Q的结合力大于FO和SQ的结合 条件不变时，还原时间的影响如图3所示 力，在镍弃渣还原焙烧过程中，加入适量的生石灰可 由图3可见，随着还原时间的增加，铁的品位和 使CO和S0结合而游离出FO有利于FO的还 铁回收率呈现出先升后降的趋势.当还原时间为3h 原.在反应(6中，CO取代了F9S0中的F游 的时候，品位和回收率达到最高，但随着还原时间的 离出的FEO成为自由状态的F)而自由状态的 进一步延长，品位和回收率反而有所下降.分析其 F(O活性很高，使FSQ易于还原.反应(8)中的 原因可能是：随着还原时间的增加，还原剂不断地被 Gbb白由能关系式△.G=213215-31023T表第 8期 倪 文等:金川镍弃渣铁资源回收综合利用 1 300℃时, 铁的品位从 56.13%提升到 89.84%,回 收率从 60.06%提升到 93.21%.从图中可以看出 , 随着温度的增加 , 铁精矿的品位呈上升趋势 , 在 1 300℃以前 ,铁的回收率也呈上升趋势, 而 1 350 ℃ 时则明显下降. 硅酸铁的主要还原反应 [ 7]如下: 2FeO(s)+2C(s) 2Fe(s)+2CO(g), ΔrGm =295 808 -300.44T(J·mol -1 ) (1) 2FeO(s)+SiO2(s) Fe2 SiO4 (s), ΔrGm =-36 233 +21.09T(J·mol -1 ) (2) Fe2SiO4(s)+2C(s) 2Fe(s)+SiO2 (s)+2CO(g), ΔrGm =332 041 -321.53T(J·mol -1 ) (3) 由反应 (3)中的 Gibbs自由能关系式 ΔrGm = 332 041 -321.53T计算得知, Fe2 SiO4的还原开始温 度为 1 037 K(764 ℃);而由反应(1)可知 , FeO的还 原开始温度为 992 K(719 ℃).可见 Fe2 SiO4比 FeO 难还原 ,这主要是因为 Fe2SiO4的分解压比 FeO的分 解压高 . 由于反应(1)和反应(3)都是强吸热反应, 因此 提升还原焙烧温度有利于还原反应速率的加快.另 外 ,由于反应 (1)可以由以下两个反应组合而成 : FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g) (4) C(s)+CO2 (s) 2CO(g) (5) 当还原温度升高后,还原剂的反应活性得到提高,反 应器内 CO的浓度增大 ,还原气氛增强 ,有利于反应 (4)向正方向进行 ;同时, 反应 (5)体系内 CO2的浓 度很低 ,因而反应 (4)的 ΔrGm负值很大, 使反应 (1) 更易向右进行,因此在图 2中,铁精矿的品位和铁回 收率都随温度的增加而呈现上升趋势 .但是 ,过高 的反应温度会导致物料的软化和熔化, 使矿物之间 产生粘连,为后续的磨矿工艺增加难度,影响产品指 标 [ 7--9] .本研究中, 1350 ℃时铁精矿的品位最高 ,达 92.58%;但该温度下的镍弃渣产生了熔融还原反 应 ,焙烧产物中出现大量肉眼可见的铁颗粒,增加了 磁选难度,从而导致回收率大幅下降 (为 70.11%). 综合考虑能耗、产品性能 、后续处理等因素, 确定还 原温度为 1 300 ℃. 3.3 还原焙烧时间的影响 当还原温度为 1 300 ℃、二元碱度为 0.8, 其他 条件不变时 ,还原时间的影响如图 3所示 . 由图 3可见, 随着还原时间的增加,铁的品位和 铁回收率呈现出先升后降的趋势.当还原时间为 3 h 的时候 ,品位和回收率达到最高 ,但随着还原时间的 进一步延长 ,品位和回收率反而有所下降.分析其 原因可能是 :随着还原时间的增加,还原剂不断地被 图 3 还原时间对产品指标的影响 Fig.3 Effectofreductiontimeonproductindexes 消耗 ,坩埚中的还原性气氛持续降低,而氧化性气氛 逐渐增强 ,从而使已被还原的铁再氧化 .本次研究 中, 当还原时间从 2 h延长到 3 h时, 铁精矿的品位 从 89.84%提升到 90.08%, 回收率从 93.21%提升 到 93.38%,各项指标的提升幅度不是很大 ,而能耗 却增加很多,当还原时间从 3 h延长到 4 h时, 各项 指标开始下降 .综合考虑, 确定还原时间为 2h. 3.4 碱度的影响 图 4为二元碱度对产品指标的影响 . 图 4 二元碱度对产品指标的影响 Fig.4 Effectofbinarybasicityonproductindexes 在用碳还原硅酸铁时, 可以加入碱性熔剂 (如 生石灰)以促进其分解, 提高主要金属氧化物的活 度, 降低其还原开始温度 : Fe2SiO4(s)+2CaO(s) 2FeO(s)+Ca2SiO4(s), ΔrGm =-82 593 -9.79T(J·mol -1 ) (6) 2FeO(s)+2C(s) 2Fe(s)+2CO(g), ΔrGm =295808 -300.44T(J·mol -1) (7) Fe2 SiO4 (s)+2CaO(s)+2C(s) 2Fe(s)+Ca2SiO4(s)+2CO(g), ΔrGm =213215 -310.23T(J·mol -1) (8) CaO与 SiO2的结合力大于 FeO和 SiO2的结合 力, 在镍弃渣还原焙烧过程中 ,加入适量的生石灰可 使 CaO和 SiO2结合而游离出 FeO,有利于 FeO的还 原.在反应(6)中 , CaO取代了 Fe2 SiO4中的 FeO, 游 离出的 FeO成为自由状态的 FeO, 而自由状态的 FeO活性很高 ,使 Fe2 SiO4易于还原 .反应 (8)中的 Gibbs自由能关系式 ΔrGm =213 215 -310.23T表 · 977·