白云鄂博鐵礦粉富氫流態(tài)化還原機理研究.pdf

1、白云鄂博礦含多種礦物且稀土元素儲量豐富，為世界所矚目。目前傳統(tǒng)高爐煉鐵污染大，投資高但利用率低，因此一直以來冶金工作者都致力于開發(fā)直接還原工藝，如熔融還原的預還原技術(shù)和氣基直接還原技術(shù)。其中流態(tài)化還原技術(shù)具有低能耗、低污染、高效率、產(chǎn)物應用廣泛等優(yōu)點，在冶金領域得到了成功的應用。但目前流化還原多采用一氧化碳作為還原劑，在反應過程中，CO促進還原產(chǎn)物顆粒表面大量生成勾狀鐵晶須，致使流化過程中容易產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，而流化床的粘結(jié)失流不僅大大降低

2、了流化還原效率還會導致還原產(chǎn)物不能被均勻的還原，同時在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的二氧化碳，對環(huán)境造成污染。而氫氣作為一種清潔能源，不僅能在較低的溫度下將鐵氧化物還原為金屬鐵，并且在還原反應過程中的反應產(chǎn)物為水，不存在對環(huán)境的污染問題。因此本研究采用氫氣作為還原氣體，氮氣作為保護氣體，通過可視流化床研究富氫流化還原技術(shù)的可行性以及粘結(jié)機理和還原反應動力學。
　　本研究應用熱重分析對不同溫度，不同添加劑條件下氫氣還原白云鄂博鐵精礦動力學進行

3、了研究，由 TG曲線計算獲得了還原反應的反應速率，探究添加劑作用于鐵氧化物被氫還原的不同階段反應活化能。研究結(jié)果表明：（1）整個還原反應分成三個階段，界面化學反應活化能分別為17.74、12.68、18.47kJ/mol,內(nèi)擴散活化能分別為37.65、27.50、32.92 kJ/mol,內(nèi)擴散活化能均大于界面化學反應，由此可知其反應的限制行環(huán)節(jié)為內(nèi)擴散，化學反應表觀活化能的降低有利于反應的加速進行。（2）添加K、Na碳酸鹽、硝酸鹽后均

4、使得反應活化能增加，但硝酸鹽比碳酸鹽抑制了粘結(jié)的發(fā)生，從而使富氫流化還原效率提高。
　　本研究通過可視流化床研究了溫度，氫氣流速對還原度的影響，堿金屬碳酸鹽，硝酸鹽，堿土金屬氧化物添加對流化還原的影響，利用 XRD分析了還原產(chǎn)物的物相組成，通過掃描電鏡和能譜分析觀察了流化產(chǎn)物的顯微結(jié)構(gòu)，得出了添加劑對粘結(jié)現(xiàn)象產(chǎn)生的影響，探究了流化還原粘結(jié)機理和還原產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)與粘結(jié)之間的關(guān)系，得出結(jié)論：（1）富氫流化還原度隨溫度升高而增加，當還原

5、時間為30min、650℃時，還原度僅有28%左右，在850℃時，還原度提高到80%。溫度在800℃以上，會出現(xiàn)鐵礦粉粘結(jié)現(xiàn)象，從而在一定程度上減緩了流化還原效率。（2）在同溫度下，氫氣流速的增加有利于提高流化還原反應的還原效率，但此作用在低于700℃溫度下更為明顯。（3）添加Na2CO3比添加 K2CO3提高了直接還原反應效率。但在反應后期有粘結(jié)物的生成，使得還原反應速度降低。因此，適宜的K2CO3添加量為2%。（4）添加堿土金屬Mg