吴世超等：高磷鲕状铁矿直接还原-磁选提铁降磷扩大试验研究 5 用量为16% 100 0.20 2.2.2还原温度的影响 量 为了给工业试验温度控制提供范围，在石灰 90 0.15 ◆ Iron grade 石用量28%，无烟煤用量16%，还原时间3h的条 --Iron recovery P mass fraction 件下，研究还原温度对直接还原-磁选提铁降磷的 80 0.10 影响，结果见图5 70 0.05 100 0.20 60 015 2.0 2.5 3.0 3.5 90 ■ Iron grade Reduction time/h 。-Iron recovery 图6还原时间对粉末还原铁指标的影响 P mass fraction 0.10 Fig.6 Effect of reduction time on the indices of powdered reduced iron 0.05 生长，导致了铁回收率和铁品位较低当还原时 间增加至3h后，铁品位以及铁回收率基本不变 70 考虑到还原时间越长，能耗越高，因此，推荐工业 1250 1275 1300 1325 Reduction temperature/C 试验还原时间为3h 图5还原温度对粉末还原铁指标的影响 综上所述，在石灰石用量28%，无烟煤用量16%， Fig.5 Effect of reduction temperature on the indices of powdered 还原温度1300℃，焙烧时间3h的条件下，可获得 reduced iron 铁品位、磷质量分数以及铁回收率分别为94.17%、 由图5可知，随还原温度升高，粉末还原铁的 0.08%以及77.47%的粉末还原铁. 铁品位逐渐升高，而铁回收率则先增加后降低，磷 2.3无烟煤对直接还原-磁选的作用机理 质量分数均在0.1%以下.随还原温度升高，铁品 2.3.1无烟煤用量对焙烧矿矿物组成的影响 位由91.56%上升至94.12%，铁回收率由72.08% 由于无烟煤用量对还原指标影响显著，为查 先提高到77.87%然后降低到72.74%，磷质量分数 明无烟煤的作用机理，在石灰石用量28%，还原 由0.09%下降至0.07%.这可能是高温下促进了布 温度1300℃，焙烧时间3h的条件下，对不同无 多尔反应的进行，提高了还原反应过程中CO的浓 烟煤用量下的焙烧矿进行XRD分析，结果如图7 度，增强了含铁矿物的还原；此外，高温破坏了矿 所示 石的鲕状结构，促进液相量的生成，从而增强了金 H-Pleonaste (MgFe,O) 属铁颗粒的聚集长大2)因此，高的铁金属化率以 F-Iron(Fe) G-Wustite (FeO) I-Gehlenite (Ca,AL,SiO,) 及足够大的铁颗粒粒度共同促进了铁的高效回 20% G 收.但过高的还原温度导致焙烧物料严重熔化，不 ('neyAlist J-Calcium oxide (CaO) 利于还原气体的扩散，从而导致了铁回收率降低， 18% IG G 此外，焙烧矿的严重熔化将导致回转窑结圈严重 综合考虑铁回收率以及工业试验能否正常出料， 16% I 1HGJ G F F 推荐工业试验的还原温度为1300℃ 14% 1lH99 2.2.3还原时间的影响 10 2030 405060708090 为了给工业试验转窑还原时间提供参数，在 2叭) 石灰石用量28%，无烟煤用量16%及还原温度为 图7不同无烟煤用量下培烧矿的XRD图谱 1300℃的条件下，考察还原时间对还原焙烧过程 Fig.7 X-ray diffraction patterns of roasted ores with different anthracite 提铁降磷的影响，结果如图6所示 dosages 由图6可知，随还原时间增加，粉末还原铁的 结合图1与图7可以看出，加入无烟煤还原焙 铁品位和铁回收率均先逐渐升高后基本不变，磷 烧后，试样的矿物组成主要发生以下几个变化： 质量分数均在0.1%以下.铁品位由91.85%上升 (1)原矿中的矿物完全消失了，含铁矿物被还原成 至94.23%，铁回收率由64.08%先提高到77.81%， 了金属铁、浮氏体或形成镁铁尖晶石；(2)随着无 这是因为较短的还原时间不利于铁颗粒的聚集和 烟煤用量的增加，镁铁尖晶石衍射峰消失，浮氏体用量为 16%. 2.2.2    还原温度的影响 为了给工业试验温度控制提供范围，在石灰 石用量 28%，无烟煤用量 16%，还原时间 3 h 的条 件下，研究还原温度对直接还原−磁选提铁降磷的 影响，结果见图 5. 100 0.20 0.15 0.10 0.05 0 95 90 85 80 75 70 1250 1275 Reduction temperature/℃ 1300 1325 Iron grade and iron recovery/ % P mass fraction/ Iron grade % Iron recovery P mass fraction 图 5    还原温度对粉末还原铁指标的影响 Fig.5     Effect  of  reduction  temperature  on  the  indices  of  powdered reduced iron 由图 5 可知，随还原温度升高，粉末还原铁的 铁品位逐渐升高，而铁回收率则先增加后降低，磷 质量分数均在 0.1% 以下. 随还原温度升高，铁品 位由 91.56% 上升至 94.12%，铁回收率由 72.08% 先提高到 77.87% 然后降低到 72.74%，磷质量分数 由 0.09% 下降至 0.07%. 这可能是高温下促进了布 多尔反应的进行，提高了还原反应过程中 CO 的浓 度，增强了含铁矿物的还原；此外，高温破坏了矿 石的鲕状结构，促进液相量的生成，从而增强了金 属铁颗粒的聚集长大[28] . 因此，高的铁金属化率以 及足够大的铁颗粒粒度共同促进了铁的高效回 收. 但过高的还原温度导致焙烧物料严重熔化，不 利于还原气体的扩散，从而导致了铁回收率降低， 此外，焙烧矿的严重熔化将导致回转窑结圈严重. 综合考虑铁回收率以及工业试验能否正常出料， 推荐工业试验的还原温度为 1300 ℃. 2.2.3    还原时间的影响 为了给工业试验转窑还原时间提供参数，在 石灰石用量 28%，无烟煤用量 16% 及还原温度为 1300 ℃ 的条件下，考察还原时间对还原焙烧过程 提铁降磷的影响，结果如图 6 所示. 由图 6 可知，随还原时间增加，粉末还原铁的 铁品位和铁回收率均先逐渐升高后基本不变，磷 质量分数均在 0.1% 以下. 铁品位由 91.85% 上升 至 94.23%，铁回收率由 64.08% 先提高到 77.81%， 这是因为较短的还原时间不利于铁颗粒的聚集和 生长，导致了铁回收率和铁品位较低[29] . 当还原时 间增加至 3 h 后，铁品位以及铁回收率基本不变. 考虑到还原时间越长，能耗越高，因此，推荐工业 试验还原时间为 3 h. 综上所述，在石灰石用量 28%，无烟煤用量 16%， 还原温度 1300 ℃，焙烧时间 3 h 的条件下，可获得 铁品位、磷质量分数以及铁回收率分别为 94.17%、 0.08% 以及 77.47% 的粉末还原铁. 2.3    无烟煤对直接还原−磁选的作用机理 2.3.1    无烟煤用量对焙烧矿矿物组成的影响 由于无烟煤用量对还原指标影响显著，为查 明无烟煤的作用机理，在石灰石用量 28%，还原 温度 1300 ℃，焙烧时间 3 h 的条件下，对不同无 烟煤用量下的焙烧矿进行 XRD 分析，结果如图 7 所示. F−Iron (Fe) H−Pleonaste (MgFe2O4 ) I−Gehlenite (Ca2Al2SiO7 ) J−Calcium oxide (CaO) G−Wustite (FeO) 20% I I I I 10 20 30 40 2θ/(°) Intensity/(a.u.) 50 60 70 80 90 I I I IH H G G G G J J G G G F F F F F F F F F F F F 18% 16% 14% 图 7    不同无烟煤用量下焙烧矿的 XRD 图谱 Fig.7    X-ray diffraction patterns of roasted ores with different anthracite dosages 结合图 1 与图 7 可以看出，加入无烟煤还原焙 烧后，试样的矿物组成主要发生以下几个变化： (1) 原矿中的矿物完全消失了，含铁矿物被还原成 了金属铁、浮氏体或形成镁铁尖晶石；(2) 随着无 烟煤用量的增加，镁铁尖晶石衍射峰消失，浮氏体 100 0.20 0.15 0.10 0.05 0 90 80 70 60 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Reduction time/h Iron grade and iron recovery/ % P mass fraction/ Iron grade % Iron recovery P mass fraction 图 6    还原时间对粉末还原铁指标的影响 Fig.6    Effect of reduction time on the indices of powdered reduced iron 吴世超等： 高磷鲕状铁矿直接还原−磁选提铁降磷扩大试验研究 · 5 ·