·758· 北京科技大学学报 第34卷 已有部分Fe30,被还原为Fe0.在800℃条件下，焙 烧产物中磁铁矿、浮氏体的衍射峰强度都不同程度 地减弱，同时出现了铁的衍射峰，对照图1(b)中 LX兄又人天艾贝30min又 830.1℃左右的吸热峰，表明在800℃时己有部分 y【其只，又”220mimQ 之公欧克儿妮 FeO被还原为Fe,且FeO,还原为FeO的过程仍在 13 min 进行.在900℃条件下，焙烧产物中磁铁矿的衍射 ◆ 8 min 峰消失，浮氏体的衍射峰强度明显减弱，铁的衍射峰 YiRtm 强度明显增强，表明在此条件下磁铁矿中的铁己基 t 5 min 本被还原为低价铁，且FeO还原为Fe的过程仍在 3 min 进行.在1000℃和1100℃条件下，随焙烧温度的 升高，焙烧产物中浮氏体的衍射峰强度依次减弱，铁 原 的衍射峰强度依次增强；对照图1(b)的热重曲线， 进一步表明此转化过程为FeO还原为Fe的失氧过 20 40 60 80 100 201 程；此过程从热力学角度分析，浮氏体煤基直接还原 ”一石英，◆菱铁矿，V一赤铁矿，⑧一斜绿泥石 过程的最终反应式为 $一白云母，0一钙石榴子石，一石从石， 口一磁铁，△一C,MnSi,O2,·-MgnszCa*C03H0 Fe0+C=Fe CO-152 kJ. 表明此过程是一很强的吸热反应，所以随还原焙烧 图2不同培烧时间下产品的X射线衍射谱图 温度的升高，Fe0更多地转化为金属Fe,即还原产 Fig.2 XRD patterns of roasted products at different roast time 品的金属化率越高.在1200℃条件下，焙烧产物中 焙烧产物进行X射线衍射分析，结果见图3 浮氏体的衍射峰消失，表明试样中铁矿物的还原过 程己完全结束 综上所述，菱铁矿在煤基强还原条件下，铁矿物 年1200℃● 的转化历程为FeCO3→Fe,O,→Fe0→Fe,菱铁矿分 1100℃g 解为磁铁矿的过程在556.6℃时已完全结束，在 品÷ 91000℃9 700℃条件下已有部分磁铁矿被还原为浮氏体，在 800℃条件下己有部分浮氏体被还原为金属铁，在 平年 9.900℃· 1200℃条件下铁矿物的还原过程完全结束，最终产 800℃ 物以金属铁的形式稳定存在. 700℃ 2.4焙烧产物中铁的分布状态 o 见￥g￥口 0600T 分别对原矿和600、800和1200℃条件下的培 烧产物进行扫描电镜观察和能谱分析，结果见图4. 义R黄反4款之支一·原矿 图4中箭头所示，A颗粒是菱铁矿，B颗粒是磁铁 20 40 60 80 100 矿，C颗粒是浮氏体，D颗粒是金属铁.可以看出： 209 原矿中菱铁矿颗粒比较规则：600℃条件下还原生 一石英，◆一菱铁矿，7一赤铁矿.⊙一斜绿石，+一白云母， 0 CasSixH,0,÷一浮氏体，-磁铁刊矿，·一金属铁，-磷石英 成的磁铁矿基本保持菱铁矿在原矿中的存在形态， 但矿石颗粒结构较疏松，可能是因试样在焙烧过程 图3不同倍烧温度产品的X射线衍射谱图 Fig.3 XRD patters of roasted products at different roast tempera- 中菱铁矿分解所致；800℃条件下，含铁矿物颗粒形 tures 态变得不规则，这是由于试样在还原过程中内部发 生一系列反应，使得矿石颗粒的边缘趋向于平滑，同 从图3看，不同焙烧温度下的焙烧产物变化特 时浮氏体和金属铁颗粒向矿石颗粒边缘积聚； 征很明显.在600℃条件下，焙烧产物中铁矿物以 1200℃条件下，焙烧产物中含铁基本都为金属铁， 磁铁矿形式存在，这与2.2节的结论一致，此处的磁 且铁颗粒粘连并向矿石颗粒边缘积聚明显，这与金 铁矿为菱铁矿在煤基强还原第一阶段的产物.在 属铁颗粒在还原过程中的晶粒长大有关. 700℃条件下，培烧产物中磁铁矿的衍射峰强度明 显减弱，同时出现了浮氏体(FO)的衍射峰，对照 3结论 图1(b)中757.1℃左右的吸热峰，表明在700℃时 (1)菱铁矿在煤基强还原条件下转化为金属铁北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 图 2 不同焙烧时间下产品的 X 射线衍射谱图 Fig． 2 XRD patterns of roasted products at different roast time 焙烧产物进行 X 射线衍射分析，结果见图 3． 图 3 不同焙烧温度产品的 X 射线衍射谱图 Fig． 3 XRD patterns of roasted products at different roast tempera￾tures 从图 3 看，不同焙烧温度下的焙烧产物变化特 征很明显． 在 600 ℃ 条件下，焙烧产物中铁矿物以 磁铁矿形式存在，这与 2. 2 节的结论一致，此处的磁 铁矿为菱铁矿在煤基强还原第一阶段的产物． 在 700 ℃条件下，焙烧产物中磁铁矿的衍射峰强度明 显减弱，同时出现了浮氏体( FeO) 的衍射峰，对照 图 1( b) 中 757. 1 ℃ 左右的吸热峰，表明在 700 ℃ 时 已有部分 Fe3O4被还原为 FeO． 在 800 ℃ 条件下，焙 烧产物中磁铁矿、浮氏体的衍射峰强度都不同程度 地减弱，同时出现了铁的衍射峰，对照图 1 ( b) 中 830. 1 ℃ 左右的吸热峰，表明在 800 ℃ 时已有部分 FeO 被还原为 Fe，且 Fe3O4还原为 FeO 的过程仍在 进行． 在 900 ℃ 条件下，焙烧产物中磁铁矿的衍射 峰消失，浮氏体的衍射峰强度明显减弱，铁的衍射峰 强度明显增强，表明在此条件下磁铁矿中的铁已基 本被还原为低价铁，且 FeO 还原为 Fe 的过程仍在 进行． 在 1 000 ℃ 和 1 100 ℃ 条件下，随焙烧温度的 升高，焙烧产物中浮氏体的衍射峰强度依次减弱，铁 的衍射峰强度依次增强; 对照图 1( b) 的热重曲线， 进一步表明此转化过程为 FeO 还原为 Fe 的失氧过 程; 此过程从热力学角度分析，浮氏体煤基直接还原 过程的最终反应式为 FeO + C Fe + CO － 152 kJ． 表明此过程是一很强的吸热反应，所以随还原焙烧 温度的升高，FeO 更多地转化为金属 Fe，即还原产 品的金属化率越高． 在 1 200 ℃条件下，焙烧产物中 浮氏体的衍射峰消失，表明试样中铁矿物的还原过 程已完全结束． 综上所述，菱铁矿在煤基强还原条件下，铁矿物 的转化历程为 FeCO3→Fe3O4→FeO→Fe，菱铁矿分 解为磁铁矿的过程在 556. 6 ℃ 时已完全结束，在 700 ℃ 条件下已有部分磁铁矿被还原为浮氏体，在 800 ℃ 条件下已有部分浮氏体被还原为金属铁，在 1 200 ℃条件下铁矿物的还原过程完全结束，最终产 物以金属铁的形式稳定存在． 2. 4 焙烧产物中铁的分布状态 分别对原矿和 600、800 和 1 200 ℃ 条件下的焙 烧产物进行扫描电镜观察和能谱分析，结果见图 4． 图 4 中箭头所示，A 颗粒是菱铁矿，B 颗粒是磁铁 矿，C 颗粒是浮氏体，D 颗粒是金属铁． 可以看出: 原矿中菱铁矿颗粒比较规则; 600 ℃ 条件下还原生 成的磁铁矿基本保持菱铁矿在原矿中的存在形态， 但矿石颗粒结构较疏松，可能是因试样在焙烧过程 中菱铁矿分解所致; 800 ℃ 条件下，含铁矿物颗粒形 态变得不规则，这是由于试样在还原过程中内部发 生一系列反应，使得矿石颗粒的边缘趋向于平滑，同 时浮氏体和金属铁颗粒向矿石颗粒边缘积聚; 1 200 ℃条件下，焙烧产物中含铁基本都为金属铁， 且铁颗粒粘连并向矿石颗粒边缘积聚明显，这与金 属铁颗粒在还原过程中的晶粒长大有关． 3 结论 ( 1) 菱铁矿在煤基强还原条件下转化为金属铁 ·758·