微波預處理強化高磷鐵礦粉的氣態還原

【引言】

目前，如何利用大儲量的高磷礦石越來越受到國內眾多鋼鐵企業的重視。大學和研究所的研究人員也在尋找有效的方法。在這些研究中，提出了一種新的方法，即氣體還原加熔體分離，這是目前可行的方法之一。終金屬試樣的磷含量約為0.27%，達到了熱生鐵煉鋼對磷含量的要求。然而，在實驗室規模的測試中出現了一個問題。結果表明，1073 K ~ 1273 K溫度下，在H₂或CO氣氛下還原2 ~ 5 h，還原礦粉的大金屬化率僅能達到70%。這種金屬化率水平對于后續熔煉過程中的金屬回收是不可接受的，因此有必要對礦粉還原動力學進行闡明，尋找提高其金屬化速率的解決方案。

【成果介紹】

TANG Hui-qing等人研究了高磷鐵礦粉的氣相還原動力學及微波預處理對其氣相還原行為的影響。使用LINSEIS的同步熱分析儀STA PT 1600，采用熱重法對氣體還原動力學進行了研究。采用高溫微波反應器對四功率級鐵礦粉進行微波預處理。用熱重法測定其效果，用掃描電鏡和能譜儀分析其作用機理。使用管式爐進行了氣體還原試驗。動力學研究結果表明，當還原分數小于0.8時，氣體內部擴散和界面化學反應混合控制細礦粉的氣態還原，當還原分數大于0.8時，由固態擴散控制。微波預處理細礦粉可以改變鮞粒體單元的孔隙結構，產生裂紋、裂隙和疏松帶，促進早期還原，延緩燒結的發生。氣體還原實驗表明，在450 W的微波功率下預處理4 min后在1273 K溫度下還原，可以明顯增強礦石粉的氣體還原效果。采用CO或H₂作為還原劑，將礦粉還原1.5 ~ 2小時，可使礦粉金屬化率提高10% ~ 13%。

【圖文導讀】

圖1 不同溫度下還原分數與時間的關系圖

圖2 不同還原分數下氣態還原表觀活化能的值

圖3不同微波功率下還原分數與時間的關系圖

圖4兩個不同樣品的SEM圖像

圖5 圖4（b）中A點附近區域的（a）SEM圖像和（b）EDS分析

圖6 圖4（b）中B點附近區域的（a）SEM圖像和（b）、（c）、（d）EDS分析

【結論】

高磷礦粉的氣相還原在還原分數小于0.7時受氣體內部擴散和界面反應控制，在還原分數大于0.8時受固態擴散控制，在還原分數接近0.8時受界面反應控制。反應控制的還原分數范圍較窄，控制步驟由反應控制快速過渡到固態擴散控制。微波預處理的機理是在鮞粒體單元內產生裂紋、裂隙和疏松帶，提高了礦石的孔隙率和比表面積。燒結初期還原強度增大，燒結延遲。但后期新相破壞了孔結構的改善，微波處理的效果可以忽略不計。在本實驗室規模研究中，450 W的微波功率下預處理4 min，對高磷鐵礦粉氣相還原效果尤為顯著。在1273 K溫度下，以CO或H₂為還原劑，在1.5 ~ 2 h內，可使處理后的礦粉金屬化率達到85% ~ 92%。微波預處理可使金屬化率提高10% ~ 13%。