·1262· 工程科学学报，第37卷，第10期 赤铁矿石与生物质装料 管式炉装置 1一氮气：2一流量计：3一石英管：4一控温器：5一尾气处理装置：6一生物质：7一透气隔层：8一赤铁矿 石：9一坩埚 图1生物质磁化培烧装置示意图 Fig.I Schematic diagram of the biomass magnetization roasting device R=v(FeO) (TFex100%. 灰分o (CH,0).(生物质)+热能= 式中，(Fe0)为还原焙烧矿中Fe0的质量分数， C.-.(木炭)+C,H2.0.(碳氢化合物)+ w(TF)为还原焙烧矿中全铁的质量分数.在理想焙 气体(C0、C02、H2、CH4、CnH等) (1) 烧情况下，如铁矿石中的赤铁矿(Fe,0)全部还原成 磁铁矿(Fe,0,)时，还原焙烧效果最好，磁性最强.此 时焙烧矿的还原度为42.8%，以此作为衡量焙烧矿质 DTG 量的标准.如果R>42.8%,说明焙烧矿已发生过还 -0.04 原，有一部分磁铁矿已反应生成Fe0;若R<42.8%, 说明焙烧矿还原不足，还有一部分赤铁矿未还原成磁 -0.08 铁矿. 磁选实验是在磁选管中进行的，设备由长沙顺泽 0.12 矿治机械制造有限公司生产，型号为XCGS一p50.磁 12 100200.300400500600 选实验将采用全铁品位和金属回收率等指标来衡量磁 温度C 选效果 图2生物质热解的失重和失重变化率曲线 Fig.2 TG-DTG curves of biomass pyrolysis 3实验结果及分析 根据表1化学分析结果表明，赤铁矿石的全铁品 3.1生物质热重与铁矿石矿相结构分析 位为47.87%，但有害元素磷的质量分数高达 生物质的失重和失重变化率曲线如图2所示.松 0.987%,而S含量则较低，只有0.02%.此外，赤铁矿 木锯末生物质只有被加热到200℃以上，其组分（纤维 石中Si02和AL,0,的质量分数分别为6.43%和 素、半纤维素和木质素)才开始发生较快的热分解，如 6.32%,经过计算，得到(Ca0+Mg0)/(Si02+AL0,) 式(1)所示，产生气体(C0、H2、C02、CH、C.H.等)，液 的质量比值为0.328，小于0.5，为酸性矿石.综上可 体焦油挥发出去，形成较大的失重，最后留下固体产物见，该赤铁矿石为典型的“宁乡式”高磷低硫酸性铁矿 木炭.失重明显的区域温度范围为250~400℃，峰值石.X射线衍射分析结果表明（如图3所示），矿样中 在350℃左右，这个区域主要为纤维素、半纤维素和部 Fe主要以Fe,0,形式存在，脉石成分主要包含石英、 分木质素的分解.400℃以后生物质的失重主要为剩 羟磷灰石和鲕绿泥石，其中P主要赋存于羟磷灰石中 余部分木质素的热分解。热解产物中，气体产率约 图4为鲕状赤铁矿石的扫描电镜照片，以此研究 35%,其中C0的体积分数接近30%，C02的体积分数 赤铁矿石中赤铁矿与脉石的嵌布特征.从图4(a)可 大约30%，H,的体积分数只有1%~2%左右，其余为 以看出，该矿石具有典型的鲕状结构，鲕粒大小大多在 少量CH和CH.:液体产率约40%，主要为烃类和有 0.05~1.0mm.该赤铁矿石中鲕粒多呈圆粒状和椭圆 机含氧化合物，其余为固体，主要为木炭和少量 状，少量具有长扁豆状及肾状.通过图4(b)和元素分工程科学学报，第 37 卷，第 10 期 1—氮气; 2—流量计; 3—石英管; 4—控温器; 5—尾气处理装置; 6—生物质; 7—透气隔层; 8—赤铁矿 石; 9—坩埚 图 1 生物质磁化焙烧装置示意图 Fig． 1 Schematic diagram of the biomass magnetization roasting device Ｒ = w( FeO) w( TFe) × 100% ． 式中，w ( FeO) 为还原焙烧矿中 FeO 的 质 量 分 数， w( TFe) 为还原焙烧矿中全铁的质量分数． 在理想焙 烧情况下，如铁矿石中的赤铁矿( Fe2O3 ) 全部还原成 磁铁矿( Fe3O4 ) 时，还原焙烧效果最好，磁性最强． 此 时焙烧矿的还原度为 42. 8% ，以此作为衡量焙烧矿质 量的标准． 如果 Ｒ ＞ 42. 8% ，说明焙烧矿已发生过还 原，有一部分磁铁矿已反应生成 FeO; 若 Ｒ ＜ 42. 8% ， 说明焙烧矿还原不足，还有一部分赤铁矿未还原成磁 铁矿． 磁选实验是在磁选管中进行的，设备由长沙顺泽 矿冶机械制造有限公司生产，型号为 XCGS--φ50． 磁 选实验将采用全铁品位和金属回收率等指标来衡量磁 选效果． 3 实验结果及分析 3. 1 生物质热重与铁矿石矿相结构分析 生物质的失重和失重变化率曲线如图 2 所示． 松 木锯末生物质只有被加热到 200 ℃以上，其组分( 纤维 素、半纤维素和木质素) 才开始发生较快的热分解，如 式( 1) 所示，产生气体( CO、H2、CO2、CH4、CnHm等) ，液 体焦油挥发出去，形成较大的失重，最后留下固体产物 木炭． 失重明显的区域温度范围为 250 ～ 400 ℃，峰值 在 350 ℃左右，这个区域主要为纤维素、半纤维素和部 分木质素的分解． 400 ℃ 以后生物质的失重主要为剩 余部分木质素的热分解． 热解产物中，气体产 率 约 35% ，其中 CO 的体积分数接近 30% ，CO2 的体积分数 大约 30% ，H2 的体积分数只有 1% ～ 2% 左右，其余为 少量 CH4 和 CnHm ; 液体产率约 40% ，主要为烃类和有 机含 氧 化 合 物，其 余 为 固 体，主 要 为 木 炭 和 少 量 灰分［10］． ( CH2O) n ( 生物质) + 热能 Cn － x ( 木炭) + CxH2 nOn ( 碳氢化合物) + 气体( CO、CO2、H2、CH4、CnHm等) ( 1) 图 2 生物质热解的失重和失重变化率曲线 Fig． 2 TG--DTG curves of biomass pyrolysis 根据表 1 化学分析结果表明，赤铁矿石的全铁品 位 为 47. 87% ，但 有 害 元 素 磷 的 质 量 分 数 高 达 0. 987% ，而 S 含量则较低，只有 0. 02% ． 此外，赤铁矿 石中 SiO2 和 Al2O3 的质量分数分别为 6. 43% 和 6. 32% ，经过计算，得到( CaO + MgO) /( SiO2 + Al2O3 ) 的质量比值为 0. 328，小于 0. 5，为酸性矿石． 综上可 见，该赤铁矿石为典型的“宁乡式”高磷低硫酸性铁矿 石． X 射线衍射分析结果表明( 如图 3 所示) ，矿样中 Fe 主要以 Fe2O3 形式存在，脉石成分主要包含石英、 羟磷灰石和鲕绿泥石，其中 P 主要赋存于羟磷灰石中． 图 4 为鲕状赤铁矿石的扫描电镜照片，以此研究 赤铁矿石中赤铁矿与脉石的嵌布特征． 从图 4( a) 可 以看出，该矿石具有典型的鲕状结构，鲕粒大小大多在 0. 05 ～ 1. 0 mm． 该赤铁矿石中鲕粒多呈圆粒状和椭圆 状，少量具有长扁豆状及肾状． 通过图 4( b) 和元素分 ·1262·