D0L:10.13374/.issn1001-053x.2012.06.006 第34卷第6期 北京科技大学学报 Vol.34 No.6 2012年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2012 赤铁矿石隧道窑直接还原助还原剂的作用及机理 何洋王化军孙体昌胡文韬李宏静 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 通信作者，E-mail:heyang008@163.com 摘要对隧道窑直接还原焙烧一磁选法处理低品位难选赤铁矿石进行了探讨，重点研究助还原剂NCP的作用及机理.以煤 作还原剂，质量分数为20%，CC0和NCP为助还原剂，质量分数分别为15%和5%，在焙烧温度为1200℃，倍烧时间为8h的 条件下，可以得到铁品位92.61%、铁回收率92.38%的铁精矿.利用X射线衍射和扫描电镜对助还原剂NCP的作用机理进行 分析，结果表明NCP可以与原矿中石英发生反应，生成硅钠石和钠长石，破坏原矿结构，使还原性气体更易与赤铁矿接触发 生还原反应生成金属铁. 关键词赤铁矿：隧道窑：直接还原：焙烧 分类号TD951 Function and mechanism of assistant reducers in iron recovery by the direct re- duction in tunnel kilns of hematite HE Yang,WANG Hua-jun,SUN Ti-chang,HU Wen-tao,LI Hong-jing School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:heyang008@163.com ABSTRACT Iron enrichment from refractory low-grade hematite was studied by using the method of direct reduction roasting in a tun- nel kiln and magnetic separation.This study focused on the function and the mechanism of the assistant reducer NCP.Under the condi- tions of coal as the reducer with a mass fraction of 20%,CCO and NCP as the assistant reducers with mass fractions of 15%and 5% respectively,and roasting at 1200C for 8h,a concentrate of the Fe grade of 92.61%with the Fe recovery of 92.38%can be pro- duced.The mechanisms of NCP were also investigated by X-ray diffraction and scanning electron microscopy.It is shown that NCP can react with quartz in the raw ore and generate natrosilite and albite,which can destroy the structure of the raw ore and induce a reaction between reducing gas and hematite to create Fe. KEY WORDS hematite;tunnel kilns:direct reduction process;roasting 我国铁矿石资源丰富，已探明储量近600亿 石结构复杂以及选矿加工成本高，开发利用的水平 t四，仅次于巴西、澳大利亚、乌克兰和俄罗斯，列世 较低6-图 界第5位.但是，我国铁矿石的特点为贫矿多，富矿 还原焙烧温度、还原焙烧时间和煤用量被认为 少：共生、伴生组分多：矿石嵌布粒度细-.近年 是影响还原效果的主要因素0o.另外据文献1一 来，由于钢铁工业的快速发展导致我国对铁矿石的 13]报道，在实验室条件下，添加助还原剂对赤铁矿 需求量快速增长，2003一2010年，国内铁矿石产量石进行直接还原焙烧-磁选试验，可以得到全铁品 从2.6亿t增加到10.7亿t,年均增长超过20%. 位大于90%、铁回收率大于85%的铁精矿.但是， 从我国铁矿石资源的利用情况来看，易选的磁铁矿 赤铁矿石直接还原焙烧一磁选工艺在工业生产中并 石资源正面临日益短缺的局面固，而占铁矿石资源 没有得到应用.本文的目的是以工业隧道窑为焙烧 总量18%以上的赤铁矿石资源由于原矿品位低、矿 设备，进行赤铁矿石直接还原焙烧一磁选的工业试 收稿日期：201106-03 基金项目：国家自然科学基金资助项目(5107406)第 34 卷 第 6 期 2012 年 6 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 6 Jun． 2012 赤铁矿石隧道窑直接还原助还原剂的作用及机理 何 洋 王化军 孙体昌 胡文韬 李宏静 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: heyang008@ 163． com 摘 要 对隧道窑直接还原焙烧--磁选法处理低品位难选赤铁矿石进行了探讨，重点研究助还原剂 NCP 的作用及机理． 以煤 作还原剂，质量分数为 20% ，CCO 和 NCP 为助还原剂，质量分数分别为 15% 和 5% ，在焙烧温度为 1 200 ℃，焙烧时间为 8 h 的 条件下，可以得到铁品位 92. 61% 、铁回收率 92. 38% 的铁精矿． 利用 X 射线衍射和扫描电镜对助还原剂 NCP 的作用机理进行 分析． 结果表明 NCP 可以与原矿中石英发生反应，生成硅钠石和钠长石，破坏原矿结构，使还原性气体更易与赤铁矿接触发 生还原反应生成金属铁． 关键词 赤铁矿; 隧道窑; 直接还原; 焙烧 分类号 TD951 Function and mechanism of assistant reducers in iron recovery by the direct re￾duction in tunnel kilns of hematite HE Yang ，WANG Hua-jun，SUN Ti-chang，HU Wen-tao，LI Hong-jing School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: heyang008@ 163． com ABSTRACT Iron enrichment from refractory low-grade hematite was studied by using the method of direct reduction roasting in a tun￾nel kiln and magnetic separation． This study focused on the function and the mechanism of the assistant reducer NCP． Under the condi￾tions of coal as the reducer with a mass fraction of 20% ，CCO and NCP as the assistant reducers with mass fractions of 15% and 5% respectively，and roasting at 1 200 ℃ for 8 h，a concentrate of the Fe grade of 92. 61% with the Fe recovery of 92. 38% can be pro￾duced． The mechanisms of NCP were also investigated by X-ray diffraction and scanning electron microscopy． It is shown that NCP can react with quartz in the raw ore and generate natrosilite and albite，which can destroy the structure of the raw ore and induce a reaction between reducing gas and hematite to create Fe． KEY WORDS hematite; tunnel kilns; direct reduction process; roasting 收稿日期: 2011--06--03 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 5107406) 我国铁矿石资源丰富，已探明储量近 600 亿 t ［1］，仅次于巴西、澳大利亚、乌克兰和俄罗斯，列世 界第 5 位． 但是，我国铁矿石的特点为贫矿多，富矿 少; 共生、伴生组分多; 矿石嵌布粒度细［2--4］． 近年 来，由于钢铁工业的快速发展导致我国对铁矿石的 需求量快速增长，2003—2010 年，国内铁矿石产量 从 2. 6 亿 t 增加到 10. 7 亿 t，年均增长超过 20% ． 从我国铁矿石资源的利用情况来看，易选的磁铁矿 石资源正面临日益短缺的局面［5］，而占铁矿石资源 总量 18% 以上的赤铁矿石资源由于原矿品位低、矿 石结构复杂以及选矿加工成本高，开发利用的水平 较低［6--8］． 还原焙烧温度、还原焙烧时间和煤用量被认为 是影响还原效果的主要因素［9--10］． 另外据文献［11-- 13］报道，在实验室条件下，添加助还原剂对赤铁矿 石进行直接还原焙烧--磁选试验，可以得到全铁品 位大于 90% 、铁回收率大于 85% 的铁精矿． 但是， 赤铁矿石直接还原焙烧--磁选工艺在工业生产中并 没有得到应用． 本文的目的是以工业隧道窑为焙烧 设备，进行赤铁矿石直接还原焙烧--磁选的工业试 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.006