高磷矿氢气还原过程的原位研究

通过原位观察的方法,研究了H₂气氛、不同温度下高磷矿还原过程的矿相结构演变规律和温度对金属铁析出形态的影响.高磷矿的鲕状结构在还原过程中未被破坏掉;随着温度的提高,矿相结构的演变加快,温度较高时Fe发生明显偏聚,金属铁从赤铁矿相中加快析出.还原温度对高磷矿中金属铁的析出形态影响显著:在700℃时金属铁析出在矿石颗粒表面形成致密铁层;800℃时析出的金属铁形貌复杂化,铁层致密度下降,出现孔洞,同时有少量的短小铁晶须;900℃时铁晶须数量明显增多,同时伴随着大量多孔海绵铁的析出.因此,可以通过调节还原温度和时间,使得气基还原过程避免黏结失流,同时高效还原高磷矿.      

CO气氛下MgO对Fe2O3还原时金属铁析出微观行为的影响

利用高温光学体视显微镜和高温热台研究MgO对CO还原Fe2O3中铁晶须成核、生长的影响,并结合SEM、EDS、TG、红外光谱等,从微观角度揭示MgO对还原过程气固界面上金属铁的析出形态的影响机理。结果表明,掺入MgO能有效改变氧化铁还原后析出铁的形态,抑制了铁晶须成核和生长;当掺入质量分数超过2%时,还原后金属铁全部以层状晶析出,无铁晶须形成。     

钾长石对CO还原铁氧化物过程还原膨胀性的影响

摘要：包钢巴润矿具有粒度细、品位高、价格低廉、适合球团生产等特点,但该矿是一种典型的高碱负荷磁铁矿,其中碱金属含量较高。以揭示含钾脉石对铁氧化物还原膨胀性的影响为出发点,采用分阶段还原法,通过在线检测的方法研究了不同天然钾长石添加量对CO的Fe2O3→Fe3O4,Fe3O4→FeO以及FeO→Fe分阶段还原过程试样的线膨胀率进行了检测,并对各阶段还原产物的物相组成和显微结构采用XRD和SEM进行了分析。结果表明,试样在氧化焙烧过程中,天然钾长石中的钾长石熔化后形成玻璃相,SiO2以石英的形式析出。试样中天然钾长石质量分数从0增加到12%,在Fe2O3→Fe3O4还原阶段,其线性膨胀率从2.19%下降到2.11%,试样在焙烧过程中钾长石形成的渣相对Fe2O3还原膨胀性起到抑制作用;在Fe3O4→FeO还原阶段,其线性膨胀率从-0.51%增加到0.46%,钾长石引起Fe3O4晶格畸变,造成Fe3O4还原膨胀加剧;在FeO→Fe还原阶段,其线性膨胀率从-6.26%增加到-1.68%,天然钾长石中的SiO2与FeO结合形成铁橄榄石对FeO还原过程的铁相收缩起到抑制作用。因此,钾长石主要对CO还原Fe2O3的第Ⅰ和第Ⅱ阶段作用明显,SiO2主要对还原第Ⅲ阶段产生影响。     

用CO还原BRC3热轧带钢表面氧化铁皮的研究

采用SEM和XRD等方法对BRC3热轧带钢表面氧化铁皮进行了研究,结果表明:BRC3热轧带钢表面氧化铁皮由Fe2O3外层、Fe3O4中间层及FeO内层组成,在邻近基体的FeO层内有少量的Fe3O4析出.在CO高温还原过程中,BRC3热轧带钢表面氧化铁皮中的氧化物首先全部转变为FeO,然后再被还原,最终形成大部分亮白色的多孔状金属铁及小部分未被还原的灰黑色铁的氧化物.实验表明:在750℃,CO流量为3L/min,反应时间为180s的条件下,CO还原氧化铁皮的效果最好;而在相同的温度及反应时间的条件下,CO的流量越大,还原氧化铁皮的效果越好.     

鲕状赤铁矿深度还原物相及结构的演化规律

为了研究深度还原过程中鲕状赤铁矿石物相及结构的演化规律，采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）考察了不同还原阶段还原样品的物相转化和微观结构变化，并建立了相应的深度还原机理和微观结构演化模型。结果表明，鲕状赤铁矿石深度还原过程中铁矿物按照Fe2O3→Fe3O4→FeO（Fe2SiO4，FeAl2O4）→Fe的顺序还原为金属铁，杂质组分则主要依据Fe- Al- Si- O→Fe- Ca- Al- Si- O→Ca- Al- Si- O的历程形成渣相；矿石鲕状结构按照由鲕粒边缘至鲕粒内部的空间顺序逐渐发生破坏，矿石微观结构演变过程阶段；金属相及渣相的形成与聚集生长是矿石微观结构破坏的直接动力。     

低温非平衡条件下氧化铁还原顺序研究

研究了低温条件下(＜570℃)CO和H2还原氧化铁的动力学机理.结果表明:实际还原过程属于非平衡态过程,它的还原机理与还原气体的成分相关.当还原气体中CO(或H2)的含量不能满足Fe3O4 CO(H2)→3FeO CO2(H2O)反应进行的要求时,氧化铁的还原顺序为Fe2O3→Fe3O4→Fe;如果还原气体成分满足此要求,Fe2O3→Fe3O4→Fe和Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe两种还原顺序将同时存在.     

电炉熔炼钛精矿的热力学讨论

对攀枝花钢铁研究院电炉熔炼钛精矿的有关反应进行热力学分析,认为在电炉熔炼过程中钛精矿中游离的FeO和Fe2O3首先被还原,然后钛精矿中的主要成分FeTiO3按下列顺序逐步被还原FeO·TiO2→Fe+TiO2→Fe+Ti3O5→Fe+Ti2O3→Fe+TiO;MgO、CaO和Al2O3等杂质在电炉还原熔炼钛精矿的温度(2000K左右)下不可能被还原,从而进入钛渣中;电炉熔炼得到钛渣主要物相为黑钛石,玻璃体硅酸盐相.     

FeO和V_2O_5反应机理的研究

在理论分析的基础上,通过DSC实验对FeO与V2O5发生的反应进行测定,得到各相变温度,结合高温淬火实验,运用X射线衍射分析淬火物质的物相组成,研究FeO和V2O5的反应机理。结果表明,FeO与V2O5反应的实质是V2O5分解出的V2O3与FeO发生反应生成FeV2O4;V2O5与FeO的氧化产物Fe2O3发生反应生成FeVO4;V2O3与FeO和Fe2O3发生反应生成Fe2VO4。当830℃T970℃且FeO的含量低于50%时,FeO与V2O5发生氧化还原反应,反应产物为Fe2O3和V3O5;当970℃T1 270℃且FeO的含量高于50%低于70%时,FeO与V2O5的反应产物以FeVO4的形式存在;T1 270℃且FeO的含量高于35%时,FeO与V2O5的反应产物以Fe2VO4的形式存在。     

MgO对含钾钠氟球团还原膨胀性能的影响

包头铁精矿球团中含有钾、钠、氟等有害元素,造成球团还原异常膨胀.而MgO可有效地降低球团还原膨胀率.采用压团、焙烧、分段还原法(Fe2O3→Fe3O4、Fe3O4→FexO、FexO →Fe),测量铁氧化物各还原阶段的还原膨胀率,采用光学显微镜及SEM观察焙烧试样和还原产物的形貌.研究结果表明,MgO促进了铁酸镁的形成,抑制了氟质量分数低的试样在Fe2O3→Fe3O4阶段的还原膨胀;但MgO抑制了铁酸钙的形成,反而促进了氟质量分数高的试样在Fe2O3→Fe3O4阶段的还原膨胀;MgO对第二阶段还原膨胀率的影响因试样中钾、钠、氟质量分数不同而有所差异;MgO抑制了铁晶须生长,降低了第三阶段的还原膨胀率.     

镍沉降渣深度还原过程中的相变特征

通过化学成分、光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜能谱分析等测试手段,分析了镍沉降渣矿物成分和嵌布特点和沉降渣深度还原过程中物相的转变特征,结果表明,渣的物相由铁镁橄榄石和玻璃质组成.渣中主要有用成分铜镍铁硫化物嵌布粒度微细,分布无规律,回收困难.经深度还原,沉降渣逐渐转变为镁黄长石、含镍金属铁、辉石、钙霞石、钠闪石、石英等新的矿物成分,加热至1300℃,还原产物物相组成稳定,镁黄长石和含镍金属铁相对含量最高.还原时间也是影响还原效果重要因素,含镍金属铁相对含量随还原时间的增加而增长,120 min时相对含量最高.热力学分析表明,镍沉降渣深度还原过程中主要发生的反应为铁镁橄榄石与氧化钙作用生成镁黄长石和FeO,FeO被C和CO还原为金属铁.金属硫化物与CaO和C通过氧化还原作用,生成的金属铜和镍溶于金属铁中,产生的CaS与硅酸盐一起析出.      

Effects of CaO on Precipitation Morphology of Metallic Iron in Reduction of Iron Oxides Under CO Atmosphere

 Growth process of iron whiskers and mechanism of CaO influence on precipitation morphology of metallic iron at the gas-solid interfaces was studied. Analytical reagents of Fe(NO3)3 and Ca(NO3)2 aqueous solution were used to prepare sheet film sample of Fe2O3-CaO by thermal decomposition at high temperature. In-situ observation was conducted using a stereo optical microscope and a hot-stage. And reduction kinetics of samples was studied by thermo gravimetric (TG) method. Some samples after reduction were analyzed by using the scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS) and fourier transform infrared (FT-IR) spectrometer. Results indicate that during the reduction of iron oxides with CO, metallic iron is mostly precipitated as whisker and the precipitation behavior mainly depends on reduction rate. Doping CaO can significantly increase the reduction rate and effectively change the precipitation morphology of metallic iron after the reduction. When CaO doping concentration is less than 4% (mass percent), CaO can promote whisker formation of reduced iron; as it reaches 6% (mass percent), CaO inhibits iron whiskers growth; as it is more than 8% (mass percent), no whiskers could be observed. Therefore, controlling the quantity of Ca2+ is effective to control the formation and growth of iron whiskers during gaseous reduction and thus eliminating ore grain sticking caused by intertexture of iron whiskers.     

多层含碳球团转底炉内直接还原行为

 为明确转底炉内多层布料下球团的还原规律,采用含碳球团直接还原钒钛铁精矿,研究了还原温度和还原时间对不同层球团金属化率的影响以及铁精矿中各铁矿物的还原顺序。结果表明:多层球团的还原不同步,在上层球团还原完成并发生再氧化时,下层球团的还原仍在继续。球团的平均金属化率会随着还原温度的增加而提高,随着还原时间的延长出现先增高后降低的现象。在还原过程中存在一个获得最大金属化率的最佳还原时间（本试验为25min）。钒钛铁精矿中各铁矿物还原的难易程度按下列顺序依次增加：Fe2TiO5→Fe3O4→FeO→Fe2TiO4→FeTiO3。     

菱铁矿在煤基直接还原条件下的转化过程

为研究菱铁矿在强还原气氛下加热过程中铁矿物的转化过程和规律,采用热重分析、X射线衍射和扫描电镜等手段研究了嘉峪关某菱铁矿石在煤基直接还原过程中菱铁矿的热行为和不同条件下焙烧产物中铁矿物的存在形式等.结果表明,菱铁矿在煤基直接还原条件下转化为金属铁的历程为FeCO₃→Fe₃O₄→FeO→Fe.转化过程分为菱铁矿分解和铁氧化物还原两个阶段;热分解阶段在556.6℃时基本结束,最终产物为Fe₃O₄;铁氧化物的还原阶段在556.6℃以后、1200℃时完全结束,最终产物为金属铁.      

铁粉矿在HIsarna工艺中预还原行为的研究

通过高温实验与理论分析研究了铁粉矿颗粒在高温下的热分解和熔化行为,以及熔化后气体与熔融粉矿液滴之间的还原动力学.当温度高于FeO熔点且产物层中有FeO生成时,铁粉矿颗粒会出现熔化现象.还原反应前210 ms伴随着剧烈的热分解反应,主要是Fe_2O_3分解成Fe_3O_4.熔化后的铁粉矿颗粒产物层是液态的FeO,颗粒中心是未反应的固态Fe_3O_4,还原反应发生在颗粒表面.Fe~(3+)在产物层中的扩散是还原反应的限制性环节,通过计算得到气体与熔融铁粉矿颗粒还原反应的表观活化能约为141 kJ/mol.     

热轧汽车大梁钢氧化铁皮结构的控制

介绍了汽车大梁钢（510L）在热连轧过程中表面氧化铁皮的结构、组成和演变规律。通过热力学分析和FeO层中氧的贫化与富集分析了FeO的先共析和共析反应行为,指出FeO等温转变分为两个阶段,即第一阶段为析出先共析Fe304,后续阶段发生共析反应（FeO→Fe＋Fe304）。通过控制卷取温度,可以控制FeO的共析反应,从而达...     

Effects of embedding direct reduction followed by magnetic separation on recovering titanium and iron of beach titanomagnetite concentrate

Embedding direct reduction followed by magnetic separation was conducted to fully recover iron and titanium separately from beach titanomagnetite(TTM).The influences of reduction conditions,such as molar ratio of C to Fe,reduction time,and reduction temperature,were studied.The results showed that the TTM concentrate was reduced to iron and iron-titanium oxides,depending on the reduction time,and the reduction sequence at 1 200°C was suggested as follows:Fe_(2.75)Ti_(0.25)O_4→Fe_2TiO_4→FeTiO_3→FeTi_2O_5.The reduction temperature played a considerable role in the reduction of TTM concentrates.Increasing temperature from 1 100 to 1 200°C was beneficial to recovering titanium and iron,whereas the results deteriorated as temperature increased further.The results of X-ray diffraction and scanning electron microscopy analyses showed that low temperature(≤1 100°C)was unfavorable for the gasification of reductant,resulting in insufficient reducing atmosphere in the reduction process.The molten phase was formed at high temperatures of 1 250-1 300°C,which accelerated the migration rate of metallic particles and suppressed the diffusion of reduction gas,resulting in poor reduction.The optimum conditions for reducing TTM concentrate are as follows:molar ratio of C to Fe of 1.68,reduction time of 150 min,and reduction temperature of 1 200°C.Under these conditions,direct reduction iron powder,assaying 90.28 mass%TFe and 1.73 mass% TiO_2 with iron recovery of 90.85%,and titanium concentrate,assaying 46.24mass% TiO_2 with TiO_2 recovery of 91.15%,were obtained.