。966 北京科技大学学报 第31卷 Ca3(P04)2、fe2Mg04、Fe0、Fe2O3、Fe0·Al03、Fe0· 不计.对于还原过程中的Fe,在600C以上，高磷铁 Si02、Mg0、Mg0°Ab03、Mn0Fe03、Mg0Si02、 矿己基本还原，金属化率达到90%以上，并存有少 Mg3(P04)2、P02、P205、Si02、Fe2P、FesP、P、Mn0和 量FO,没有FerP和FeC等生成.因此，在气基还 Fe. 原高磷铁矿时，P没有被还原，仍以磷酸盐的形式存 模拟结果如图3所示.由模拟计算结果可以看 在，还原后Fe以金属态析出.在利用CO还原时模 出，在高磷铁矿气基还原的过程前后，99.9%的P 拟显示，平衡体系会析出固体C,有可能导致熔分后 是以Ca3(PO4)2形态存在，在升温过程中有微量会 铁样中C含量较高. 转化为C2P207、AIP04等，其他含P产物可以忽略 100.00 0.10 100.00 (a) (b) 0.10 99.96 Ca(PO 0.08 99.96 Ca,(PO 0.08 99.92 0.06 99.92 0.06 Ca.P.O, 99.88 Ca,P.O, 0.04 99.88 0.04 0.02 99.84 0.02 99.84 AIPO. 0 99.80 0 99.8 500 600 700800 900 500 600 700800 900 温度/℃ 温度/℃ 100 (c) Fe 100 (d) Fe 80 804 是 60 40 40 出 Fe,O, 20 FeO 20 FeO FeO 300400500600700800900 00400500 600700800900 温度/℃ 温度/℃ 图3HSC对高磷铁矿还原模拟结果.()C0还原高磷铁矿中P的分布：(b)H2还原高磷铁矿中P的分布：(cC0还原高磷铁矿中Fe的分 布：(d山H,还原高磷铁矿中Fe的分布 Fig 3 HSC simulation results of reducing the high-level phosphomous ore (a)P dist ribution in the phases of the CO-reduced high-level-phospho- rous ore (b)P distribution in the phases of the Hyreduced high-leve phosphorous ore (c)Fe distribution in the phases of the CO-reduced high- leve+phosphorous ore (d)Fe dist ribution in the phases of the Hreduced high-level-phosphorous ore 3.2块体金属铁样品制备 3实验研究方法 通入N2排尽电阻炉管中的空气，程序控制升 3.1气基还原铁粉样品制备 温，至1600℃后恒温：将压块后的还原矿样装入刚 将高磷铁矿破碎成粉，其粒度小于1mm.将 玉坩埚.待恒温区稳定在1600℃后，将坩埚缓慢放 80g矿粉置于刚玉坩埚内，然后将反应器密封.还 入炉内，置于恒温区中，熔分进行时间为30min,然 原时首先通入N2排尽还原反应装置中的空气，并 后随炉冷却至室温，取出坩埚，分离出渣相和铁相， 检查系统气密性；程序控制升温，升温速率5℃· 并对其进行化学成分分析和SEM观察. min1,至800℃恒温：将N2切换为C0或H2,为防 4实验结果和讨论 止矿粉被吹散，故控制气体流量为300mL·min, 流量较小.还原时间为2h.待还原结束后，在还原 4.1高磷铁矿气基还原结果 气体气氛下降至室温，取样并分析化学成分和SEM 利用气体(C0、H2)还原后铁矿粉在自然状态下 观察，将还原矿样配加3%的C0,混合均匀后压制 呈灰黑色.图4展示了H2还原后的矿粉在体视显 成块，供熔分实验用 微镜下形貌.可观测到还原后矿样的微观结构与还Ca3( PO4) 2 、Fe2MgO4 、FeO 、Fe2O3 、FeO·Al2O3 、FeO· SiO2 、M gO 、MgO·Al2O3 、MnO ·Fe2O3 、MgO·SiO2 、 M g3( PO4) 2 、PO2 、P2O5 、SiO2 、Fe2P 、Fe3P 、P 、M nO 和 Fe. 模拟结果如图 3 所示 .由模拟计算结果可以看 出, 在高磷铁矿气基还原的过程前后, 99.9 % 的 P 是以 Ca3( PO4) 2 形态存在, 在升温过程中有微量会 转化为Ca2P2O7 、AlPO4 等, 其他含 P 产物可以忽略 不计.对于还原过程中的 Fe, 在 600 ℃以上, 高磷铁 矿已基本还原, 金属化率达到 90 %以上, 并存有少 量 FeO, 没有 Fe xP 和 Fe3C 等生成.因此, 在气基还 原高磷铁矿时, P 没有被还原, 仍以磷酸盐的形式存 在, 还原后 Fe 以金属态析出 .在利用 CO 还原时模 拟显示, 平衡体系会析出固体C, 有可能导致熔分后 铁样中 C 含量较高. 图 3 HSC 对高磷铁矿还原模拟结果.( a) CO 还原高磷铁矿中 P 的分布;( b)H2 还原高磷铁矿中 P 的分布;( c) CO 还原高磷铁矿中 Fe 的分 布;( d) H2 还原高磷铁矿中 Fe 的分布 Fig.3 HSC simulation results of reducing the high-level phosphorous ore:( a) P distribution in the phases of the CO-reduced high-level-phospho￾rous ore;( b) P distribution in the phases of the H2-reduced high-level-phosphorous ore;( c) Fe distribution in the phases of the CO-reduced high￾level-phosphorous ore;( d) Fe distributi on in the phases of the H2-reduced hi gh-level-phosphorous ore 3 实验研究方法 3.1 气基还原铁粉样品制备 将高磷铁矿破碎成粉, 其粒度小于 1 mm .将 80 g 矿粉置于刚玉坩埚内, 然后将反应器密封.还 原时首先通入 N2 排尽还原反应装置中的空气, 并 检查系统气密性;程序控制升温, 升温速率 5 ℃· min -1 , 至 800 ℃恒温;将 N2 切换为 CO 或 H2, 为防 止矿粉被吹散, 故控制气体流量为 300 mL·min -1 , 流量较小.还原时间为 2 h .待还原结束后, 在还原 气体气氛下降至室温, 取样并分析化学成分和 SEM 观察, 将还原矿样配加 3 %的 CaO, 混合均匀后压制 成块, 供熔分实验用 . 3.2 块体金属铁样品制备 通入 N2 排尽电阻炉管中的空气, 程序控制升 温, 至 1 600 ℃后恒温;将压块后的还原矿样装入刚 玉坩埚.待恒温区稳定在 1 600 ℃后, 将坩埚缓慢放 入炉内, 置于恒温区中, 熔分进行时间为 30 min, 然 后随炉冷却至室温, 取出坩埚, 分离出渣相和铁相, 并对其进行化学成分分析和 SEM 观察 . 4 实验结果和讨论 4.1 高磷铁矿气基还原结果 利用气体( CO 、H2) 还原后铁矿粉在自然状态下 呈灰黑色.图 4 展示了 H2 还原后的矿粉在体视显 微镜下形貌 .可观测到还原后矿样的微观结构与还 · 966 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷