842 工程科学学报，第42卷，第7期 0.05 100 (a) CaO mass fraction,0 (b) CaO mass fraction,2.2% 0.04 CaO mass fraction,4.4% 0.03 0.01 -CaO mass fraction.0 -CaO mass fraction,2.2% CaO mass fraction,4.4% 0 0 10 203040 50 60 0 10 20 3040 5060 Time/min Time/min 图5添加不同质量分数的CaO对气化速率和CO分压值的影响.(a)总反应的气化速率：(b)C0分压值 Fig.5 Effects of different mass fractions of CaO on the gasification rate and CO pressure:(a)gasification rate of total reaction;(b)CO partial pressure values 100 6.71%.当Ca0的质量分数为4.4%时，铁颗粒粒度 明显增大，同时发现了新矿物一钙钛矿（点2）， 90 钙钛矿较为纯净，主要由Ca、Ti和O组成，几乎不 含铁杂质，这表明CaO参与了固固反应，促进钛磁 铁矿的还原，降低了含钛矿物的FO含量.由图9 10 可知，随着CaO质量分数的增加，铁颗粒的平均粒 度先增加后降低.这表明CaO的添加不仅可以强 60 化钛磁铁矿精矿的还原，还能促进钛、铁组分的迁 0 2.2 4.4 CaO mass fraction/% 移和富集，使更多的铁颗粒聚集长大 图6添加不同质量分数的CO对还原样品的金属化率影响 3.3Ca0对钛铁分离与回收效果的影响 Fig.6 Effect of different mass fractions of CaO on the metallization rate 为查明CaO对直接还原-磁选工艺的影响，进 of the reduced samples 行磨矿-磁选试验.从图10可以看出，还原温度为 FeB-FeTio C-Ca;Al.O 1300℃，还原60min,不添加Ca0时，还原铁中的 D-(Fe,Mg)Ti,O E-C F-CaTiO, Ti02品位高达2.40%，铁品位和铁回收率分别为 CaO mass fraction,4.4% FBR A A 87.50%和85.36%，含钛产品中Ti02品位和回收率 A 分别为40.14%、74.35%.当Ca0的质量分数为2.2% CaO mass fraction,2.2% 时，还原铁中的TiO2品位降至1.03%，铁品位和铁 EBEB A 回收率分别升至91.28%和90.40%.含钛产品中Ti02 CaO mass fraction,0 品位和回收率分别升至44.42%、77.12%.当Ca0的 R DAECBCAR 质量分数为4.4%时，还原铁中的T02品位上升至 10 2030 405060708090 28) 1.24%,铁品位和铁回收率分别为90.02%和93.34%， 图7添加不同质量分数的CaO时还原产物的XRD图谱 含钛产品中Ti02品位和回收率分别为45.71%、 Fig.7 XRD patterns of reduced sample with different mass fractions of 76.02%.以上结果表明，添加Ca0可以促进钛铁分 Cao 离，提高铁回收率，降低还原铁产品中的TO2品 数为2.2%时，开始出现钙钛矿(F)的衍射峰，金属 位.同时，从钛铁分离的效果来看，还原铁中的铁 铁的衍射峰增强.当Ca0的质量分数为4.4%时， 品位越高，杂质TO2的品位越低时，说明分离效果 钙钛矿的衍射峰进一步增强，这表明添加CaO能 越好.因此.在CO的质量分数为2.2%时，还原铁 促进(Fe,Mg)TiOs向CaTiO3转变 中的Fe品位较高，TiO2品位仅为1.03%，并且钛产 图8(a)为不添加CaO时还原产物的扫描电镜 品中TO2回收率也较高，取得了较好的产品指标 图.结合能谱分析发现，主要矿物是金属铁、黑钛 4结论 石（点1）.由8(c)可知，黑钛石中O、Mg、Ti、Fe四 种元素的质量分数分别为26.73%、6.71%、59.85%、 (1)对直接还原产生的C0和CO2气体组成等数为 2.2% 时，开始出现钙钛矿（F）的衍射峰，金属 铁的衍射峰增强. 当 CaO 的质量分数为 4.4% 时， 钙钛矿的衍射峰进一步增强，这表明添加 CaO 能 促进 (Fe, Mg)Ti2O5 向 CaTiO3 转变. 图 8（a）为不添加 CaO 时还原产物的扫描电镜 图. 结合能谱分析发现，主要矿物是金属铁、黑钛 石（点 1）. 由 8（c）可知，黑钛石中 O、Mg、Ti、Fe 四 种元素的质量分数分别为 26.73%、6.71%、59.85%、 6.71%. 当 CaO 的质量分数为 4.4% 时，铁颗粒粒度 明显增大，同时发现了新矿物——钙钛矿（点 2）， 钙钛矿较为纯净，主要由 Ca、Ti 和 O 组成，几乎不 含铁杂质，这表明 CaO 参与了固固反应，促进钛磁 铁矿的还原，降低了含钛矿物的 FeO 含量. 由图 9 可知，随着 CaO 质量分数的增加，铁颗粒的平均粒 度先增加后降低. 这表明 CaO 的添加不仅可以强 化钛磁铁矿精矿的还原，还能促进钛、铁组分的迁 移和富集，使更多的铁颗粒聚集长大. 3.3    CaO 对钛铁分离与回收效果的影响 为查明 CaO 对直接还原−磁选工艺的影响，进 行磨矿–磁选试验. 从图 10 可以看出，还原温度为 1300 ℃，还原 60 min，不添加 CaO 时，还原铁中的 TiO2 品位高达 2.40%，铁品位和铁回收率分别为 87.50% 和 85.36%，含钛产品中 TiO2 品位和回收率 分别为 40.14%、74.35%. 当 CaO 的质量分数为 2.2% 时，还原铁中的 TiO2 品位降至 1.03%，铁品位和铁 回收率分别升至 91.28% 和 90.40%，含钛产品中 TiO2 品位和回收率分别升至 44.42%、77.12%. 当 CaO 的 质量分数为 4.4% 时，还原铁中的 TiO2 品位上升至 1.24%，铁品位和铁回收率分别为 90.02% 和 93.34%， 含钛产品 中 TiO2 品位和回收率分别 为 45.71%、 76.02%. 以上结果表明，添加 CaO 可以促进钛铁分 离，提高铁回收率，降低还原铁产品中的 TiO2 品 位. 同时，从钛铁分离的效果来看，还原铁中的铁 品位越高，杂质 TiO2 的品位越低时，说明分离效果 越好. 因此，在 CaO 的质量分数为 2.2% 时，还原铁 中的 Fe 品位较高，TiO2 品位仅为 1.03%，并且钛产 品中 TiO2 回收率也较高，取得了较好的产品指标. 4    结论 （1）对直接还原产生的 CO 和 CO2 气体组成等 0 10 20 30 40 50 60 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 (a) Gasification rate of total reaction/ (mol·min−1 ) Time/min CaO mass fraction, 0 CaO mass fraction, 2.2% CaO mass fraction, 4.4% 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 (b) CaO mass fraction, 0 CaO mass fraction, 2.2% Values of CO partial pressure/ CaO mass fraction, 4.4% % Time/min 图 5 添加不同质量分数的 CaO 对气化速率和 CO 分压值的影响. （a）总反应的气化速率；（b）CO 分压值 Fig.5 Effects of different mass fractions of CaO on the gasification rate and CO pressure: (a) gasification rate of total reaction; (b) CO partial pressure values 0 2.2 4.4 60 70 80 90 100 CaO mass fraction/% Metallization rate/ % 图 6 添加不同质量分数的 CaO 对还原样品的金属化率影响 Fig.6 Effect of different mass fractions of CaO on the metallization rate of the reduced samples 10 20 30 40 50 60 70 80 90 A—Fe E—C B—FeTiO3 C—Ca3Al2O6 D—(Fe, Mg)Ti2O5 F—CaTiO3 B F B Relative intensity 2θ/(°) D D E C BC B B E B F A A A CaO mass fraction, 4.4% CaO mass fraction, 2.2% CaO mass fraction, 0 A A E A A A A 图 7 添加不同质量分数的 CaO 时还原产物的 XRD 图谱 Fig.7 XRD patterns of reduced sample with different mass fractions of CaO · 842 · 工程科学学报，第 42 卷，第 7 期