第12期 赵龙胜等：钒钛磁铁精矿直接还原过程中金属铁颗粒长大特性 ·1599· 由图4可以看出，在烟煤还原的产物中，绝大 烟煤的灰分含量较高，而且烟煤中的硅、铝、钠和钾 多数的金属铁颗粒明显长大，呈球形或类球形，且 元素含量比无烟煤和褐煤高很多，推测可能是其中 与黑钛石、硅酸盐相界限分明，嵌布粒度较粗，有 一种或者几种组分有助于促进金属铁颗粒长大.为 利于金属铁颗粒的单体解离，而在无烟煤和褐煤 了验证这一推测，在进行添加剂实验时，实际加入的 还原的产物中，金属铁颗粒呈棒状或蠕虫状，且与 添加剂量要远远高于配加烟煤还原时引入还原体系 黑钛石、硅酸盐相嵌布紧密，难以在磨矿过程中实 的量. 现单体解离 以石墨为还原剂，在还原温度为1200℃，还原 2.4添加剂的影响 时间为120min,碳/铁摩尔比值为1.3的实验条件 由以上的研究表明，在同样反应条件下烟煤的 下，研究了不同添加剂，包括烟煤煤灰、Na2CO3、 还原产物铁颗粒较大，更容易实现单体解离。对比 SiO2、A山2O3和Na2SiO3对金属铁颗粒长大的影响， 烟煤与无烟煤或褐煤的物性数据（表2）可以看出， 结果如图5所示. 图5不同添加剂时还原产物中金属铁颗粒的比较.(a)12%烟煤煤灰：(b)5.1%Na2C03:(c)8%AL,03:(d)10%Si02:(e)3% NazSi03 Fig.5 Comparison of metallic iron in reduced samples using different additives:(a)12%bitumite ash:(b)5.1%Na,CO (c)8%AlO3:(d) 10%Si02:(e)3%Na2Si03 由图5(a)可以看出，添加12%烟煤煤灰后，金 2.5金属铁颗粒长大机理探讨 属铁颗粒明显长大，平均粒径从无添加剂时的79增 由前述结果可知，钒钛磁铁精矿中脉石矿物均 至194μm.因此，烟煤煤灰对还原过程金属铁颗粒 匀填充在钛磁铁矿颗粒之间.脉石矿物的熔点一般 长大确实起到了促进作用 都高于1200℃.由于脉石矿物化学组成复杂，且目 由图5(b)~(e)可以看出：添加8%A山，0后， 前对于实际多组分氧化物体系的高温相图的研究尚 还原产物中金属铁颗粒的平均粒径几乎没有发生变 不完善，为简化起见，本文仅初步探讨添加剂与渣相 化，为82m;添加Na,C03、SiO2和Na,SiO3后，还原 中主要脉石矿物（橄榄石和尖晶石）的相互作用.钒 产物中金属铁颗粒明显长大，平均粒径分别增至 钛磁铁精矿中主要脉石矿物的熔点数据如表5所 217、172和138μm.因此，Al203不能促进还原过程 示.在钒钛磁铁矿精矿的还原过程中，且在无添加 金属铁颗粒的长大，而Na,CO,、SiO,和Na,SiO,均 剂的条件下，这些脉石矿物通常以固态存在于还原 能促进金属铁颗粒的长大 产物中，在一定程度上阻碍了新生金属铁相的扩散，第 12 期 赵龙胜等: 钒钛磁铁精矿直接还原过程中金属铁颗粒长大特性 由图 4 可以看出，在烟煤还原的产物中，绝大 多数的金属铁颗粒明显长大，呈球形或类球形，且 与黑钛石、硅酸盐相界限分明，嵌布粒度较粗，有 利于金属铁颗粒的单体解离，而在无烟煤和褐煤 还原的产物中，金属铁颗粒呈棒状或蠕虫状，且与 黑钛石、硅酸盐相嵌布紧密，难以在磨矿过程中实 现单体解离． 2. 4 添加剂的影响 由以上的研究表明，在同样反应条件下烟煤的 还原产物铁颗粒较大，更容易实现单体解离． 对比 烟煤与无烟煤或褐煤的物性数据( 表 2) 可以看出， 烟煤的灰分含量较高，而且烟煤中的硅、铝、钠和钾 元素含量比无烟煤和褐煤高很多，推测可能是其中 一种或者几种组分有助于促进金属铁颗粒长大． 为 了验证这一推测，在进行添加剂实验时，实际加入的 添加剂量要远远高于配加烟煤还原时引入还原体系 的量． 以石墨为还原剂，在还原温度为 1200 ℃，还原 时间为 120 min，碳/铁摩尔比值为 1. 3 的实验条件 下，研究了不同添加剂，包 括 烟 煤 煤 灰、Na2CO3、 SiO2、Al2O3 和 Na2 SiO3 对金属铁颗粒长大的影响， 结果如图 5 所示． 图 5 不同添加剂时还原产物中金属铁颗粒的比较． ( a) 12% 烟煤煤灰; ( b) 5. 1% Na2CO3 ; ( c) 8% Al2O3 ; ( d) 10% SiO2 ; ( e) 3% Na2 SiO3 Fig． 5 Comparison of metallic iron in reduced samples using different additives: ( a) 12% bitumite ash; ( b) 5. 1% Na2CO3 ; ( c) 8% Al2O3 ; ( d) 10% SiO2 ; ( e) 3% Na2 SiO3 由图 5( a) 可以看出，添加 12% 烟煤煤灰后，金 属铁颗粒明显长大，平均粒径从无添加剂时的 79 增 至 194 μm． 因此，烟煤煤灰对还原过程金属铁颗粒 长大确实起到了促进作用． 由图 5( b) ～ ( e) 可以看出: 添加 8% Al2O3 后， 还原产物中金属铁颗粒的平均粒径几乎没有发生变 化，为 82 μm; 添加 Na2CO3、SiO2 和 Na2 SiO3 后，还原 产物中金属铁颗粒明显长大，平均粒径分别增至 217、172 和 138 μm． 因此，Al2O3 不能促进还原过程 金属铁颗粒的长大，而 Na2CO3、SiO2 和 Na2 SiO3 均 能促进金属铁颗粒的长大． 2. 5 金属铁颗粒长大机理探讨 由前述结果可知，钒钛磁铁精矿中脉石矿物均 匀填充在钛磁铁矿颗粒之间． 脉石矿物的熔点一般 都高于 1200 ℃ ． 由于脉石矿物化学组成复杂，且目 前对于实际多组分氧化物体系的高温相图的研究尚 不完善，为简化起见，本文仅初步探讨添加剂与渣相 中主要脉石矿物( 橄榄石和尖晶石) 的相互作用． 钒 钛磁铁精矿中主要脉石矿物的熔点数据如表 5 所 示． 在钒钛磁铁矿精矿的还原过程中，且在无添加 剂的条件下，这些脉石矿物通常以固态存在于还原 产物中，在一定程度上阻碍了新生金属铁相的扩散， · 9951 ·