低品位難選鐵礦直接還原試驗(yàn)研究

低品位難選鐵礦直接還原試驗(yàn)研究

1低身份鐵的直接還原工藝在中國(guó)的礦產(chǎn)資源中，有許多紅鐵礦和棕鐵礦。這些礦石的特點(diǎn)是鐵的含量很低，鐵氧化物的顆粒也很薄，與脈石的結(jié)合很緊密。一些棕鐵礦是皮質(zhì)的，單獨(dú)的解離度很低。因此，許多低產(chǎn)量的礦山無(wú)法合理利用。國(guó)外有關(guān)直接還原的研究和生產(chǎn)報(bào)道中,所用的含鐵原料一般是高品位(≥66%—68%)的鐵礦石或球團(tuán)礦,而且還原劑多為氣基。目前,我國(guó)的天津、遼寧、吉林、山東等地正在建設(shè)和已投產(chǎn)的直接還原廠均采用高品位(≥66%)的鐵礦石或球團(tuán)礦,且?guī)缀醵际遣捎妹夯苯舆€原工藝。而用低品位鐵礦石來(lái)制取直接還原鐵的報(bào)道極少。試驗(yàn)研究表明,采用“還原一磁選”分離的工藝處理低品位難選鐵礦,生產(chǎn)鐵品位高、雜質(zhì)少、成分穩(wěn)定的金屬化團(tuán)塊,在技術(shù)上是可行的,在煤炭和鐵礦資源豐富且價(jià)格便宜的地區(qū),用該工藝處理低品位難選鐵礦具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。為合理地開發(fā)利用低品位難選鐵礦資源,減少資源浪費(fèi),我們對(duì)多種低品位難選鐵礦石進(jìn)行了直接還原新工藝研究。2原料、工藝和方法的試驗(yàn)2.1試驗(yàn)用煤煤水分析結(jié)果試驗(yàn)所用的鐵礦原料為赤鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦、鏡鐵礦等多種低品位鐵礦石,其主要化學(xué)成分見表1。試驗(yàn)所用的還原煤主要為褐煤和結(jié)焦煤,其工業(yè)分析結(jié)果見表2。從原料化學(xué)分析結(jié)果看,試驗(yàn)所用的各種鐵礦石含鐵品位低,雜質(zhì)含量高,不宜作直接還原原料,但采用“還原一磁選”工藝處理,可生產(chǎn)出滿足電爐冶煉要求的金屬化團(tuán)塊。2.2還原焙燒后低綜合糖品質(zhì)本研究所用鐵礦石含鐵品位低,所以工藝流程和一般的直接還原工藝流程有所不同,采用“直接還原—磁選”新工藝,經(jīng)還原焙燒后的低品位產(chǎn)品,需經(jīng)過(guò)磁選,使其渣鐵分離,以得到高品位的直接還原鐵。本研究的工藝流程如圖1所示。2.3渣鐵還原試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究本試驗(yàn)是在Φ70mm豎式加熱還原爐中進(jìn)行的。試驗(yàn)時(shí),按一定配比將煤和鐵礦石混合好后裝入還原罐中,待豎爐升溫至所需溫度時(shí),將裝有試樣的還原罐置入豎爐內(nèi),達(dá)到預(yù)定的還原時(shí)間后,將還原罐取出并冷卻至室溫。然后取出冷卻后的還原焙燒礦進(jìn)行磨礦和渣鐵分離處理,以得到各項(xiàng)指標(biāo)均合格的直接還原鐵粉。渣鐵分離后的直接還原鐵粉,加入有機(jī)粘結(jié)劑后,在常溫下壓制成型。當(dāng)成型壓力為2450Pa時(shí),團(tuán)塊在100C的溫度下干燥2h后,團(tuán)塊落下強(qiáng)度大于25次/0.5m,完全能夠滿足運(yùn)輸和電爐煉鋼的要求。鐵礦原料的粒度組成、化學(xué)成分、礦物組成和結(jié)構(gòu)等對(duì)直接還原過(guò)程均有明顯影響。為了探討不同種類的低品位難處理礦石的直接還原指標(biāo),分別對(duì)5種鐵礦石進(jìn)行了直接還原和渣鐵分離研究,試驗(yàn)結(jié)果列于表3中。在試驗(yàn)條件相同的情況下,每種鐵礦石的試驗(yàn)指標(biāo)均較好,且鐵的回收率都在84%左右,產(chǎn)品的金屬化率在92%左右。試驗(yàn)產(chǎn)品的全鐵品位、金屬化率以及回收率,都隨著原礦品位的提高而提高。鐵礦石的礦物組成和結(jié)構(gòu),對(duì)直接還原過(guò)程影響很大。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),2號(hào)礦石的試驗(yàn)指標(biāo)較低,經(jīng)電子探針和顯微結(jié)構(gòu)分析表明,主要是由于該礦還原后鐵晶粒存在的顆粒細(xì)小、分散,且被其他脈石礦物所包裹。當(dāng)改變和強(qiáng)化還原焙燒過(guò)程,提高磨礦細(xì)度,降低其磨礦后的粒度,渣鐵分離的情況就會(huì)變好。3.2煤基直接還原活性重試驗(yàn)采用2號(hào)煤和5號(hào)鐵礦石,還原焙燒時(shí)間為3h,試驗(yàn)溫度分別為950℃,1000℃,1050C和1100℃,試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出,隨還原焙燒溫度的提高,各項(xiàng)指標(biāo)均有提高,但達(dá)到一定溫度后指標(biāo)上升幅度變緩,甚至有降低的趨勢(shì)。在煤基直接還原中,還原劑用量一般都會(huì)超過(guò)固定碳的理論用量,其主要反應(yīng)為:故最終直接還原反應(yīng)為:(3)式反應(yīng)為強(qiáng)吸熱反應(yīng),故還原焙燒溫度的升高,有利于直接還原反應(yīng)的進(jìn)行;另外,溫度升高后煤的反應(yīng)活性提高,CO2反應(yīng)率提高。所以升高溫度可以促進(jìn)產(chǎn)品金屬化、提高渣鐵分離的程度、降低直接還原鐵中的雜質(zhì)含量。含鐵原料和還原煤中都含有SiO2和Al2O3等脈石成分,在還原焙燒過(guò)程中會(huì)發(fā)生反應(yīng),生成2FeO·SiO2和FeO·Al2O3等物質(zhì)2FeO·SiO2溶點(diǎn)僅為1112℃。所以,當(dāng)還原溫度上升到一定程度后,2FeO·SiO2等低熔點(diǎn)物質(zhì)將生成并發(fā)生軟化和熔化,使孔隙率下降,降低礦石的還原率并影響產(chǎn)品指標(biāo)。本研究中,試驗(yàn)溫度以1050℃為宜。3.3還原反應(yīng)過(guò)程中金屬化率的變化使用2號(hào)煤、5號(hào)礦在還原溫度為1050C的條件下,在2.5h至4h的范圍內(nèi)改變還原時(shí)間,試驗(yàn)結(jié)果如圖3聽示。產(chǎn)品金屬化率與還原時(shí)間的關(guān)系如圖4所示。隨著還原時(shí)間延長(zhǎng),產(chǎn)品的金屬化率逐步升高。在開始階段,金屬化率提高很快,但到一定程度后,隨時(shí)間的延長(zhǎng)金屬化率的升高變緩。在還原反應(yīng)初期,鐵礦石和還原劑的接觸條件良好,還原反應(yīng)進(jìn)行得較為激烈。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到一定時(shí)間后,碳被消耗掉一部分,使反應(yīng)環(huán)境內(nèi)的CO濃度下降;另外,FeO和脈石發(fā)生反應(yīng),生成新生礦物,這些新的礦物阻礙了CO與鐵氧化物的反應(yīng),使金屬化率增幅減緩。另外,煤的反應(yīng)性和配碳量對(duì)還原時(shí)間也有影響,當(dāng)采用反應(yīng)性優(yōu)良的還原煤,在配碳量充足的條件下,有利于在較短的時(shí)間內(nèi)完成還原過(guò)程。本試驗(yàn)研究中,試驗(yàn)時(shí)間3h,產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)可達(dá)要求。4資源經(jīng)濟(jì)效益1.我國(guó)低品位難選鐵礦資源豐富,采用煤基直接還原—渣鐵分離—還原鐵粉冷固結(jié)成型的新工藝流程,可合理地開發(fā)利用這部分資源,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。2.研究表明,采用品位為50%左右的礦石,在還原溫度1050C.還原焙燒時(shí)間為3h的條件下.可獲得品位≥