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铁矿石的还原性

2020-05-13 15:28:43 锰矿选矿技术|锰矿选矿工艺 阅读

铁矿石(烧结矿和球团矿)中与铁结合的氧被气体还原剂夺取的难易程度。它是铁矿石的一种重要冶金性能。通常采用一定粒度和质量的铁矿石试样,加热至一定温度,在一定化学成分和流量的还原气体下进行还原,根据铁矿石试样质量的减重或还原后试样中全铁和氧化亚铁的含量来计算氧的脱除率或脱除速率,作为铁矿石的还原性指数。世界上现有不少国家的钢铁厂已把铁矿石还原性检验作为常规的检验项目之一,以预测和指导高炉的冶炼操作,改进烧结矿和球团矿的生产。

对高炉冶炼的影响

铁矿石作为高炉炼铁的主要原料,其还原性的好坏直接影响炼铁的经济指标。高炉冶炼时,易还原的铁矿石中含氧量大部分在高炉中上部被高炉煤气所还原,称为间接还原,此时焦炭消耗较低;难还原的铁矿石中相当多的含氧量要到高炉下部依靠碳的直接还原来完成,此时焦炭消耗高。为了降低焦比,应尽可能以间接还原的方式夺取含铁原料中的氧,因此要求入炉铁矿石有良好的还原性。下图示出烧结矿的还原指数变化对高炉焦比的影响。

影响铁矿石还原性的因素 粒度、气孔率、矿物组成及结构、脉石成分等是影响铁矿石还原性的主要因素。

(1)粒度。在一定还原条件下,粒度细还原速度快。因为粒度小、比表面积大,而还原速度与矿石的比表面积成正比。冶炼实践证明,小块矿石还原比大块快,在高炉内间接还原比例较高,节约焦炭消耗。但矿石粒度过分小,会使料柱透气性变坏。

(2)气孔率。天然矿石由于成因的不同气孔率也不相同。磁铁矿结构比较致密,气孔率低,还原性较差。焙烧时Fe3O4被氧化成Fe2O3,引起矿块某种程度的疏松,气孔率提高,还原性改善。褐铁矿是由赤铁矿风化而成,组织疏松,气孔率高,还原性好。矿石中气孔有大小、开口或闭口、厚壁或薄壁之分,但只有当矿石中开口气孔多时,才能获得较高的还原性。

(3)矿物组成及结构。赤铁矿还原时,Fe2O3发生相变,由%26alpha;Fe2O3变为%26gamma;Fe2O3相,晶格发生变化,体积膨胀,试样开裂,增加了还原性,磁铁矿还原时就没有这种体积膨胀的现象。酸性烧结矿主要含有铁橄榄石矿物,还原性很差,而高碱度烧结矿主要含有铁酸钙矿物,还原性较好。鲕状结构的天然矿石没有明显的晶体,还原反应是逐层进行的,如果矿石是条带结构,还原反应在各层同时进行,还原速度较前者快。高品位球团矿由于在烧结过程中铁矿物晶粒长大,晶桥联结而形成一种固相扩散固结结构,开口微气孔多且分布均匀,有很高的还原性。酸性烧结矿是黏结相固结结构,难还原的低熔点黏结相紧密地包围铁矿物,大大阻碍了它的还原反应,影响了它的还原性。

(4)矿石中的脉石成分。它影响矿石的软化及熔化性能。矿石过早的软化及熔化,使其中的气孔堵塞或黏结,还原性变坏。矿石中含有碱金属脉石,如黑云母、纳闪石等,在中温(900)还原时有加速铁矿物还原的作用,但它的软化及熔点温度低,高温(1100)还原性差。普通烧结矿原料中的石英脉石在烧结过程中形成低熔点的硅酸盐液相,降低它的中温及高温还原性。酸性球团矿在高温还原时发生停滞现象也是由于生成低熔点2FeO%26bull;SiO2 的缘故。有一些脉石成分却使矿石的软化与熔化温度升高,例如在烧结料及球团料中配加白云石、蛇纹石、橄榄石等。提高了烧结矿及球团矿的高温还原性。

改进铁矿石还原性的方法有缩小铁矿石的粒度,提高铁矿石的气孔率,发展其易还原的矿物组成及结构,提高矿石的含铁品位,减少硅酸盐矿物以及增加有益的脉石成分。