黄冬波等：鲕状赤铁矿生物质低温磁化焙烧 ·1263· 布图4（©）可以看出，鲕粒多为同心环状结构，赤铁矿 2000 1一赤铁矿Fe,O, 1800 和脉石围绕同心环依次向外扩展形成鲕粒，鲕核有富 2一石英石S0. 1600 3一氟磷灰石 铁和富脉石之分，灰白色区域为赤铁矿，灰黑色区域为 400 CasPOCOH)F 4一氧绿泥石 石英、胶磷矿、鲕绿泥石等脉石.通过元素扫描可以看 多 1200 1(Mg.Fe.AD),(Si.Al),O (OH) 出，磷、硅和钙元素部分集中分布在灰黑色脉石中，同 时有一部分均匀分布于环状结构的脉石中，与赤铁矿 800 紧密相嵌.这种情况一方面难以有效富集铁元素，另 600 一方面难以有效除去铁精矿中的磷元素，使得鲕状赤 400 铁矿的选别工作难度大大增加 200 3.2磁化焙烧实验 30 40 50 3.2.1磁化温度和赤铁矿石与生物质的质量比对还 2/ 图3赤铁矿石X射线衍射谱 原度的影响 Fig.3 X-ray diffraction patterns of the oolitic hematite ore 选定反应时间为30min,赤铁矿石粒度为0.074 200μm FeK团 -KA 图4赤铁矿石扫描电镜照片，(a)赤铁矿石形貌：(b)赤铁矿石截面图像：(c)元素分布图，从左到右依次为Fe、Si、Ca和P Fig.4 SEM image of the oolitic hematite ore:(a)morphology of the ore:(b)cross section image of the ore:(c)element distribution maps,from left to right in turn for Fe,Si,Ca and P mm(98%),生物质粒度为0.15mm,研究反应温度和 物质完全磁化铁矿石的最低温度分别为650、600和 生物质用量对还原度的影响，结果如图5所示.从图 600℃，还原度分别为45.52%、45.62%和44.17%，都 中可以看出温度和生物质用量对还原度的影响都很 超过最佳还原度42.8%，说明此时已经有微量的 大，而温度的影响尤为显著。同一温度下，随着生物质 Fe,0,被还原为FeO.当温度继续增加时，还原度会随 用量的增加，还原度逐渐增加，但增加幅度有限，质量 之上升，F0含量也会增加，导致焙烧矿的质量下降. 比为10：2.5相比于10：2的生物质用量在低于600℃ 因此，当赤铁矿石与生物质质量比为10：1.5和10：2 的情况下，还原度几乎一样，最高只有30%左右，说明 时，对应的最佳反应温度分别为650℃和600℃.可以 在较低温度(<600℃)下增加生物质的量对增加还原 看出，增加生物质用量一定程度上可以降低反应温度. 度没有明显的效果.质量比为10：1和10：1.5的生物 原因主要是增加生物质用量产生更多的还原性气体， 质磁化铁矿石时其还原度更低，可见生物质的用量并 加快反应速度，使得磁化反应得以完成.对于这两个 不是磁化实验的主要因素.当温度不断增加时，还原 参数的选择，如果升温成本大于生物质原料成本，则选 度迅速增加，尤其是在温度大于550℃时，除质量比为 择低温高生物质用量进行磁化焙烧实验，反之则选择 10:1的生物质用量在将温度升高到700℃时仍然不能 高温低生物质用量. 全部磁化铁矿石外，其余的都可以完全磁化，还原度都 图6为质量比为10：2的生物质用量在400~700 能达到42.8%.质量比为10：1.5、10：2和10：2.5的生 ℃间磁化铁矿石的X射线衍射图谱.从图中可以看出黄冬波等: 鲕状赤铁矿生物质低温磁化焙烧 图 3 赤铁矿石 X 射线衍射谱 Fig． 3 X-ray diffraction patterns of the oolitic hematite ore 布图 4( c) 可以看出，鲕粒多为同心环状结构，赤铁矿 和脉石围绕同心环依次向外扩展形成鲕粒，鲕核有富 铁和富脉石之分，灰白色区域为赤铁矿，灰黑色区域为 石英、胶磷矿、鲕绿泥石等脉石． 通过元素扫描可以看 出，磷、硅和钙元素部分集中分布在灰黑色脉石中，同 时有一部分均匀分布于环状结构的脉石中，与赤铁矿 紧密相嵌． 这种情况一方面难以有效富集铁元素，另 一方面难以有效除去铁精矿中的磷元素，使得鲕状赤 铁矿的选别工作难度大大增加． 3. 2 磁化焙烧实验 3. 2. 1 磁化温度和赤铁矿石与生物质的质量比对还 原度的影响 选定反应时间为 30 min，赤铁矿石粒度为 0. 074 图 4 赤铁矿石扫描电镜照片 . ( a) 赤铁矿石形貌; ( b) 赤铁矿石截面图像; ( c) 元素分布图，从左到右依次为 Fe、Si、Ca 和 P Fig． 4 SEM image of the oolitic hematite ore: ( a) morphology of the ore; ( b) cross section image of the ore; ( c) element distribution maps，from left to right in turn for Fe，Si，Ca and P mm ( 98% ) ，生物质粒度为 0. 15 mm，研究反应温度和 生物质用量对还原度的影响，结果如图 5 所示． 从图 中可以看出温度和生物质用量对还原度的影响都很 大，而温度的影响尤为显著． 同一温度下，随着生物质 用量的增加，还原度逐渐增加，但增加幅度有限，质量 比为 10∶ 2. 5 相比于 10∶ 2的生物质用量在低于 600 ℃ 的情况下，还原度几乎一样，最高只有 30% 左右，说明 在较低温度( ＜ 600 ℃ ) 下增加生物质的量对增加还原 度没有明显的效果． 质量比为 10∶ 1和 10∶ 1. 5 的生物 质磁化铁矿石时其还原度更低，可见生物质的用量并 不是磁化实验的主要因素． 当温度不断增加时，还原 度迅速增加，尤其是在温度大于 550 ℃ 时，除质量比为 10∶ 1的生物质用量在将温度升高到 700 ℃ 时仍然不能 全部磁化铁矿石外，其余的都可以完全磁化，还原度都 能达到 42. 8% ． 质量比为 10∶ 1. 5、10∶ 2和 10∶ 2. 5 的生 物质完全磁化铁矿石的最低温度分别为 650、600 和 600 ℃，还原度分别为 45. 52% 、45. 62% 和 44. 17% ，都 超过 最 佳 还 原 度 42. 8% ，说明此时已经有微 量 的 Fe3O4 被还原为 FeO． 当温度继续增加时，还原度会随 之上升，FeO 含量也会增加，导致焙烧矿的质量下降． 因此，当赤铁矿石与生物质质量比为 10∶ 1. 5 和 10∶ 2 时，对应的最佳反应温度分别为 650 ℃和 600 ℃ ． 可以 看出，增加生物质用量一定程度上可以降低反应温度． 原因主要是增加生物质用量产生更多的还原性气体， 加快反应速度，使得磁化反应得以完成． 对于这两个 参数的选择，如果升温成本大于生物质原料成本，则选 择低温高生物质用量进行磁化焙烧实验，反之则选择 高温低生物质用量． 图 6 为质量比为 10∶ 2的生物质用量在 400 ～ 700 ℃间磁化铁矿石的 X 射线衍射图谱． 从图中可以看出 ·1263·