D0L:10.13374.issn1001-053x.2012.07.008 第34卷第7期 北京科技大学学报 Vol.34 No.7 2012年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jul.2012 菱铁矿在煤基直接还原条件下的转化过程 闫树芳 孙体昌四 许言 北京科技大学士木与环境工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:sunte@ces.usth.edu.cn 摘要为研究菱铁矿在强还原气氛下加热过程中铁矿物的转化过程和规律，采用热重分析、X射线衍射和扫描电镜等手段 研究了嘉峪关某菱铁矿石在煤基直接还原过程中菱铁矿的热行为和不同条件下培烧产物中铁矿物的存在形式等.结果表明， 菱铁矿在煤基直接还原条件下转化为金属铁的历程为FeCO,→FeO,→FeO→Fe.转化过程分为菱铁矿分解和铁氧化物还原 两个阶段：热分解阶段在556.6℃时基本结束，最终产物为Fe304:铁氧化物的还原阶段在556.6℃以后、1200℃时完全结束， 最终产物为金属铁 关键词菱铁矿：煤：直接还原：铁：焙烧 分类号TD925.7 Transformation process of siderite under the conditions of coal-based direct re- duction YAN Shu-fang,SUN Ti--chang☒，XU Yan School of Civil and Environmental Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China Corresponding author,E-mail:suntc@ces.ustb.edu.cn ABSTRACT In order to research the transformation process and transformation path of siderite during heating process in strong reduction atmosphere,the thermal behaviors of siderite from Jiayuguan Mine in Gansu Province of China under coal-based direct reduc- tion conditions were studied by thermogravimetry,X-ray diffraction (XRD),scanning electron microscopy (SEM),etc.The existence form of iron minerals in roasting products in different roasting conditions was observed.It is shown that the path of transforming siderite into iron is FeCOFe,0Fe0-Fe.The transformation process includes two stages:siderite decomposition and iron oxide reduc- tion.The thermal decomposition stage of siderite finishes at 556.6C,and the product is Fe,O.;the reduction of iron oxides comes out after 556.6C and finishes completely at 1 200 C,and the final product is metallic iron. KEY WORDS siderite:coal:direct reduction;iron:roasting 菱铁矿是我国一种重要的铁矿石资源，但由于 再经磁选富集而得到铁品位满足治金要求的精矿产 大部分菱铁矿采矿、选矿和治炼均比较困难，目前工 品，但其加工成本相对较高，且工业实践中一般需要 业化利用率较低.随着国际市场铁矿石价格的大幅 将块状矿石和粉状矿石分别处理.磁化焙烧精矿产 攀升和中国磁铁矿资源的日趋减少，菱铁矿的工业 品品位一般为60%左右，须经过进一步冶炼才能用 化利用技术的研究逐渐引起了人们的广泛关 作炼钢原料，存在产品加工与应用过程中因多次焙 注-习.较为经济的菱铁矿选矿方法是重选和强磁 烧导致的能源浪费问题.为此，北京科技大学对嘉 选，但这两种方法难以有效地降低铁精矿中的杂质 峪关某菱铁矿进行了煤基直接还原研究，目的是将 含量回.目前应用最多的是磁化焙烧-弱磁选联合 矿石中的铁矿物经高温直接还原为金属铁，然后用 工艺囚，其特点是利用菱铁矿较好的高温分解特 弱磁选回收.原矿品位33.57%，经过详细的工艺研 性，在一定条件下将其分解生成强磁性的铁氧化物， 究，得到了品位为94.70%，回收率为90.28%的实 收稿日期：201108-21第 34 卷 第 7 期 2012 年 7 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 7 Jul． 2012 菱铁矿在煤基直接还原条件下的转化过程 闫树芳 孙体昌 许 言 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: suntc@ ces． ustb． edu． cn 摘 要 为研究菱铁矿在强还原气氛下加热过程中铁矿物的转化过程和规律，采用热重分析、X 射线衍射和扫描电镜等手段 研究了嘉峪关某菱铁矿石在煤基直接还原过程中菱铁矿的热行为和不同条件下焙烧产物中铁矿物的存在形式等． 结果表明， 菱铁矿在煤基直接还原条件下转化为金属铁的历程为 FeCO3→Fe3O4→FeO→Fe． 转化过程分为菱铁矿分解和铁氧化物还原 两个阶段; 热分解阶段在 556. 6 ℃时基本结束，最终产物为 Fe3O4 ; 铁氧化物的还原阶段在 556. 6 ℃ 以后、1 200 ℃ 时完全结束， 最终产物为金属铁． 关键词 菱铁矿; 煤; 直接还原; 铁; 焙烧 分类号 TD925. 7 Transformation process of siderite under the conditions of coal-based direct re￾duction YAN Shu-fang，SUN Ti-chang ，XU Yan School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: suntc@ ces． ustb． edu． cn ABSTRACT In order to research the transformation process and transformation path of siderite during heating process in strong reduction atmosphere，the thermal behaviors of siderite from Jiayuguan Mine in Gansu Province of China under coal-based direct reduc￾tion conditions were studied by thermogravimetry，X-ray diffraction ( XRD) ，scanning electron microscopy ( SEM) ，etc． The existence form of iron minerals in roasting products in different roasting conditions was observed． It is shown that the path of transforming siderite into iron is FeCO3→Fe3O4→FeO→Fe． The transformation process includes two stages: siderite decomposition and iron oxide reduc￾tion． The thermal decomposition stage of siderite finishes at 556. 6 ℃，and the product is Fe3O4 ; the reduction of iron oxides comes out after 556. 6 ℃ and finishes completely at 1 200 ℃，and the final product is metallic iron． KEY WORDS siderite; coal; direct reduction; iron; roasting 收稿日期: 2011--08--21 菱铁矿是我国一种重要的铁矿石资源，但由于 大部分菱铁矿采矿、选矿和冶炼均比较困难，目前工 业化利用率较低． 随着国际市场铁矿石价格的大幅 攀升和中国磁铁矿资源的日趋减少，菱铁矿的工业 化利用技术的研究逐渐引起了人们的广泛关 注［1--2］． 较为经济的菱铁矿选矿方法是重选和强磁 选，但这两种方法难以有效地降低铁精矿中的杂质 含量［3］． 目前应用最多的是磁化焙烧 － 弱磁选联合 工艺［4］，其特点是利用菱铁矿较好的高温分解特 性，在一定条件下将其分解生成强磁性的铁氧化物， 再经磁选富集而得到铁品位满足冶金要求的精矿产 品，但其加工成本相对较高，且工业实践中一般需要 将块状矿石和粉状矿石分别处理． 磁化焙烧精矿产 品品位一般为 60% 左右，须经过进一步冶炼才能用 作炼钢原料，存在产品加工与应用过程中因多次焙 烧导致的能源浪费问题． 为此，北京科技大学对嘉 峪关某菱铁矿进行了煤基直接还原研究，目的是将 矿石中的铁矿物经高温直接还原为金属铁，然后用 弱磁选回收． 原矿品位 33. 57% ，经过详细的工艺研 究，得到了品位为 94. 70% ，回收率为 90. 28% 的实 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.07.008