赤铁粉矿在H2气氛中的闪速还原行为

通过高温下的动力学实验对铁粉矿在H_2气氛中的闪速还原行为进行了研究.采用XRD、SEM和金相显微镜对反应后铁粉矿的物相组成和单个粉矿颗粒表面及内部微观形貌的演变规律进行了分析,采用化学分析法获得了反应后赤铁粉矿的还原度.结果表明:铁粉矿高温下发生的闪速还原仍然遵循Fe_2O_3→Fe_3O_4→FeO→Fe的逐级还原规律.粉矿颗粒的剖面由未反应核和产物层构成,符合未反应核模型的描述.采用模型函数配合法得出铁粉矿与H_2在高温下发生闪速还原反应的限制性环节是界面化学反应,进一步基于动力学模型计算得到,闪速还原的表观活化能为311 kJ/mol.     

低硅含镁球团矿还原行为研究

本文研究了低硅含镁球团矿在900℃,CO气氛下的还原过程,并通过X射线衍射仪(XRD)和矿相显微镜测定了球团矿在不同还原度时的物相组成和显微形貌。研究结果表明:Fe_2O_3的还原顺序为Fe_2O_3→Fe_3O_4→FeO→Fe,当还原度由0%增加到10%时,Fe_2O_3被还原成Fe_3O_4,且球团矿由外向内均匀还原;当还原度由10%增加到50%时,Fe_3O_4被还原成FeO,并出现还原聚集现象,其原因是球团矿内部孔隙分布不均匀;此后大多数FeO还原为金属Fe。MgFe_2O_4的还原顺序为:MgFe_2O_4→Mg_(0.239)Fe_(0.761)O→Mg_(0.64)Fe_(2.36)O_4→Fe,其还原反应从球团矿还原度为30%时开始,主要原因是MgFe_2O_4较Fe_2O_3难还原。采用未反应核模型对球团矿还原过程进行动力学分析,得到球团矿在还原前期受界面化学反应控速,还原后期既不受混合控速也不受扩散控速。     

利用气体还原炉渣中Nb的研究

为制造高质量的铌铁合金而研究了含铌熔渣的气体还原反应。试验在高纯MgO或纯铁制造成的坩埚中进行。用H_2气、CO气体或二者混合气体对含氧化铌熔渣做还原试验研究。其结果如下:(1)在1450℃时,渣中氧化铁和P_2O_5很容易被H_2气还原,而且CO气体还原则是很微小的。(2)在1350～1450℃的温度范围内,除FeO、Fe_2O_3和P_2O_5以外,熔渣中其他几乎不被H_2或CO气体所还原。(3)渣中MgO含量的增加可以促进FeO和H_2气的还原反应。(4)还原渣中的(FeO％)和(P_2O_5％)二者之间的关系可用下式表示:(P_2O_5％)=0.037(FeO％)+0.04还原气体、熔融炉渣、氧化铌、铌铁是本研究的重点。     

深海多金属结核回转窑预还原的研究

为实现深海多金属结核高效冶炼,拟采用回转窑预还原—全氧熔池熔分新工艺。针对回转窑预还原阶段,研究了温度对深海多金属结核预还原的影响,结果表明,MnO_2逐渐还原为Mn_2O_3、MnO,最终生成Mn;Fe_2O_3还原为Fe_3O_4、FeO,最终生成Fe;CuO、CoO、NiO等直接还原为Cu、Co、Ni。预还原温度越高样品预还原程度越完全。在1 300℃时样品综合还原效果最显著,出现金属熔化重新凝聚现象,反应后样品中出现球状金属颗粒;在相同温度下,还原时间由1h增加到2h时,还原效果显著增强。     

PVC与氧化铁氧化硅混合氧化物共热解过程解析

研究了二氧化硅及氧化铁的混合物(SiO_2含量20%)与PVC体系共热解的反应过程。利用TG-DSC监测不同质量比((Fe_2O_3+SiO_2)∶PVC=1∶9～3∶1)的混合物在加热过程中的失重情况,升温速率为10～50K/min。利用XRD和SEM-EDS表征各反应阶段的固相产物。结果表明,在升温至1 273K过程中,混合物失重过程分为3个阶段:第一阶段(室温～673K),Fe_2O_3被氯化还原生成FeCl2;第二阶段(673～793K),Fe_2O_3被还原成Fe_3O_4后,部分Fe_3O_4及FeCl_2被还原成Fe;而SiO_2以石英相存在,不参与任何反应,这两个阶段与纯PVC的裂解温度区间相对应;第三阶段(793～1 273K),Fe_3O_4被PVC裂解产物碳逐级还原成FeO与Fe,直至Fe_3C,在这一反应阶段SiO_2与FeO反应生成铁橄榄石,说明当FeO不存在时,SiO_2几乎不影响Fe_2O_3与PVC之间的反应。可以用廉价的赤铁矿替代氧化铁处理含氯废塑料。     

不锈钢酸洗污泥碳还原过程中的物相变化及元素迁移行为

不锈钢酸洗污泥是危险废弃物,但其中含有大量有价值重金属,因而如何对其资源化利用具有重要意义。研究不锈钢污泥在碳热还原反应过程中铁、铬、镍等元素在物相间的相互作用及转化,探究铁、铬、镍元素在污泥中分布的影响因素。利用XRD分析污泥在还原过程中的矿相变化,金相显微镜、SEM-EDS分析污泥还原过程中金属颗粒的形貌及其迁移行为。结果表明,在污泥升温碳还原的过程中,NiO与Fe_2O_3形成NiFe_2O_4尖晶相并被还原形成Ni-Fe金属相;FeO与Cr_2O_3形成FeCr_2O_4并与碳还原形成Fe-Cr-C金属固溶体;含碳的Ni-Fe-Cr-C等合金颗粒在高温下熔化并汇聚长大。当温度为1 300℃时,渣相内部结构软化形成微熔池,使得金属液滴具备更好的迁移长大条件,非金属元素形成了以[Si-O]为主要网络结构的熔渣球团,这些网络结构由Ca_2Al(AlSiO_7)组成。     

机械化学法制备铜包铁复合粉的研究

本文提出了一种新的铜包铁粉的制备方法,利用机械力化学效应将超细CuO粉包覆在Fe粉上,通过H_2还原与烧结制备出粉末冶金用的铜包铁粉。在机械力作用下,Fe与CuO在常温下可发生氧化-还原反应生成Cu、Cu_2O、Fe_3O_4,反应类型与热力学计算结果相符。细化后的CuO粉具有更高的表面缺陷密度与表面能,这为Fe与CuO的化学反应提供了更好的动力学条件。在H_2还原过程中,还原产物Cu在Fe表面形核长大获得了良好的界面结合,同时烧结作用可使Cu颗粒互相黏结,使得Cu包覆层致密、均匀。     

Fe-Zn-C-O体系中Fe和Zn的还原试验研究

通过TG-DSC,XRD等实验手段,并借助Factsage热力学软件研究C还原ZnO、Fe_2O_3的过程,分析了ZnO对Fe_2O_3还原的影响。结果表明:在904.5℃时,C还原ZnO可实现ZnO(s)→Zn(g)的热力学转变;在1 250℃时,C/ZnO(摩尔比)为1∶1.5的条件下,ZnO还原度达到97.3%;C还原Fe_2O_3分3个阶段进行,遵循Fe_2O_3→Fe_3O_4→FeO→Fe的还原规律;C还原ZnO+Fe_2O_3时,ZnO质量分数每增加10%,反应开始温度和最大反应速率对应的温度滞后20℃,ZnO对Fe_2O_3的还原有抑制作用。     

沉降电炉渣体系的熔化温度研究

本文采用Factsage软件的Phase Diagram模块对艾萨炼铜工艺电炉渣体系的初始熔化温度和完全熔化温度进行计算,同时分析了炉渣各组分对于熔化温度的影响规律。研究结果表明:电炉渣的完全熔化温度随着Al_2O_3、Fe_3O_4含量的升高迅速上升,CaO、SiO_2的含量对于熔化温度的影响不大;FeO含量的升高会使熔化温度大幅降低,通过采取一定的措施促进电炉渣中Fe_3O_4转变成FeO,可以显著降低熔化温度。实际生产中需要控制Al_2O_3的含量低于4.5%、Fe_3O_4的含量低于8%、MgO的含量低于4%,从而可确保电炉渣在操作温度下完全熔化。     

铁矾渣热分解行为及焙烧脱硫机理研究

采用TG-DSC和高温原位XRD分析方法对铁矾渣热分解过程进行研究,并通过电阻炉对铁矾渣进行焙烧脱硫预处理。结果表明,铁矾渣热分解过程主要存在两个分解反应,分别是NaFe_3(SO_4)_2(OH)_6和Fe_2(SO_4)_3的分解,800℃后的焙烧产物主要是ZnO·Fe_2O_3和Fe_2O_3;采用Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法计算出铁矾渣在350~450℃和630~800℃范围内两个分解反应的表观活化能分别为150、170kJ/mol,两个反应均受界面化学反应控制,反应的机理函数G(α)分别为1-(1-α)~(1/3)和1-(1-α)~(1/2)。焙烧脱硫结果表明,在中性气氛、温度1 300℃、焙烧时间20min、气体流量0.4m~3/h的条件下,铁矾渣脱硫率为98.57%,焙烧脱硫后,铁矾渣中的黄钠铁矾转化为ZnO·Fe_2O_3和Fe_2O_3,重金属离子得到固化,有害元素得到有效脱除。     

Influence of Iron Ore Characteristics on FeO Formation During Sintering

  The influence of iron ore characteristics on FeO formation during sintering was examined mainly in terms of chemical composition and the melting characteristics of iron ores. Statistical regression and X ray diffraction were used to further explain the specific effect of iron ore characteristics on FeO formation. The results indicate that LOI (loss on ignition) in iron ores have a positive influence on FeO formation by promoting the sintering process of Fe2O3 decomposing and reducing. Silica contents in iron ores play a determining role in final content of FeO in sinter. The melting characteristics of iron ores significantly affect FeO formation during sintering.     

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。     

不锈钢酸洗污泥碳还原过程中的物相变化及元素迁移行为

摘要：不锈钢酸洗污泥是危险废弃物,但其中含有大量有价值重金属,因而如何对其资源化利用具有重要意义。研究不锈钢污泥在碳热还原反应过程中铁、铬、镍等元素在物相间的相互作用及转化,探究铁、铬、镍元素在污泥中分布的影响因素。利用XRD分析污泥在还原过程中的矿相变化,金相显微镜、SEM EDS分析污泥还原过程中金属颗粒的形貌及其迁移行为。结果表明,在污泥升温碳还原的过程中,NiO与Fe2O3形成NiFe2O4尖晶相并被还原形成Ni-Fe金属相;FeO与Cr2O3形成FeCr2O4并与碳还原形成Fe-Cr--C金属固溶体;含碳的Ni-Fe-Cr-C等合金颗粒在高温下熔化并汇聚长大。当温度为1300℃时,渣相内部结构软化形成微熔池,使得金属液滴具备更好的迁移长大条件,非金属元素形成了以［Si-O］为主要网络结构的熔渣球团,这些网络结构由Ca2Al(AlSiO7)组成。     

铁锰合金颗粒在底吹钢包内的运动分析

建立了底吹钢包内加入合金后的运动过程数学模型，计算了铁锰合金颗粒在吹氩钢包内的熔化过程和运动轨这。结果表明，铁锰合金颗粒的熔化时间长于其在钢液中的浸没时间，影响颗粒运动行为的两个显著因素是合金的密度直径。合金密度与钢液越接近、颗粒直径越大，越有助于增加颗粒在钢液中的浸没时间，但颗粒直径的增大受熔化时间的限制。     

氧煤燃烧熔分炉炉料沉降与传热行为数值模拟

 回转窑预还原-氧煤燃烧熔分炼铁工艺直接使用宽粒级的粉矿入炉,炉料颗粒经回转窑内煤气逆流换热和预还原后,通过沉降管到达氧煤燃烧熔分炉。为避免沉降区域内炉料颗粒冲刷炉壁、壁面堆积及气固传热不均现象,实现颗粒沉降与传热过程的耦合控制,最大限度降低炉料与熔池温度差,保证熔池熔炼稳定,达到良好的冶炼效果,利用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)研究氧煤燃烧熔分炉熔池上部区域煤气流速和炉料粒径对炉料颗粒在逆流煤气作用下的沉降轨迹与传热行为的影响。数值模拟结果表明,随着煤气流速增大,炉料颗粒的沉降速度减小,煤气对小粒径炉料颗粒的作用尤为明显。煤气流速为1 m/s时,每种粒径的炉料颗粒沉降效果良好;煤气流速为2 m/s时,粒径为1.0、1.5、2.0 mm的炉料颗粒沉降效果相对较好;煤气流速为3 m/s时,粒径为1.5、2.0 mm的炉料颗粒能够顺利沉降。针对炉料颗粒传热行为,煤气流速越大,炉料粒径越小,则炉料颗粒的传热效果越好。综合炉料传热与沉降行为,粒径为1.0 mm左右的炉料颗粒在煤气流速为1和2 m/s作用下,炉料颗粒的沉降速度和传热情况均良好。     

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.      

Study on Foaming Behaviour of Molten Slag during Smelting Reduction with Iron Bath

ＳｔｕｄｙｏｎＦｏａｍｉｎｇＢｅｈａｖｉｏｕｒｏｆＭｏｌｔｅｎＳｌａｇｄｕｒｉｎｇＳｍｅｌｔｉｎｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎｗｉｔｈＩｒｏｎＢａｔｈＬｉｕＱｉｎｇｃａｉＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｏｌｔｅｎｓｌａｇｉｎｓｍｅｌｔｉｎｇｒｅｄｕｃｔｉｏｎｗｉｔｈ...     

CO还原Fe2O3过程中金属铁析出的微观行为

 通过原位观察和同步热分析的方式,研究气固两相界面还原反应时金属铁析出形态、矿相结构演变过程,明确金属铁的析出形态与显微结构、黏结特性之间的关系。结果表明,CO气氛下Fe2O3还原时金属铁主要以纤维状生成的铁晶须为主,还原速率是决定这种形态差异的主要原因;在Fe2O3→Fe3O4→FeO中只会因晶格转变产生体积大小变化,且伴有裂纹和孔洞的发生,没有铁晶须生成;在FeO→Fe中出现铁晶须形核和生长,且铁晶须是100%的纯金属铁。要避免铁晶须生成,就要在FeO→Fe转变时抑制铁原子的定向迁移。     

Investigation of Reduction and Smelting Mechanism in the Hi‐QIP Process

A new coal‐based reduction and smelting process for production of high quality iron pebbles in a rotary hearth furnace (Hi‐QIP Process) was developed. The reduction, carburization, smelting, and separating mechanism of the Hi‐QIP process were investigated. The experiments were carried out in a graphite heater furnace under rapidly heating up to 1773 K. A mixture of coal and ore produced molten metal and slag, which were held on the coal and did not come into contact with the refractory located under the coal layer. It is confirmed that the reduction of wettability between the iron and slag promotes the separation of them, when the content of FeO slag decreases. High productivity of the process is expected when using iron ore with small particle diameter and low gangue content. Favourable operating results were obtained in a pilot test using a rotary hearth furnace with a diameter of 7 m and a width of 1.5 m. This test demonstrated the possibility of continuous production of iron pebbles with high productivity (15t‐iron/d).     

Microstructure Characteristic and Phase Evolution of Refractory Siderite Ore during Sodium-carbonate-added Catalyzing Carbothermic Reduction

Thermodynamic analysis of refractory siderite ore during carbothermic reduction was conducted.Microstructure characteristics and phase transformation of siderite ore during sodium-carbonate-added catalyzing carbothermic reduction were investigated.X-ray diffraction(XRD),scanning electron microscopy and energy-dispersive analysis of X-rays were used to characterize the reduced samples.Results indicate that the solid reaction between FeO and SiO_2 is inevitable during carbothermic reduction and the formation of fayalite is the main hindrance to the rapid reduction of siderite.The phase transformation of present siderite ore can be described as:siderite-magnetite-metallic iron,complying with the formation of abundant fayalite.Improving the reduction temperature(≤1 050 ℃)and duration is helpful for the formation and aggregation of metallic iron.The iron particle size in the reduced ore was below 20μm,and fayalite was abundant in the absence of sodium carbonate.With 5% Na_2CO_3 addition,the iron particle size in the reduced ore was generally above 50 μm,and the diffraction intensity associated with metallic iron in the XRD pattern increased.The Na_2O formed from the dissociation of Na_2CO_3 can catalyze the carbothermic reduction of the siderite.This catalytic activity may be mainly caused by an increase in the reducing reaction activity of FeO.