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【引言】

目前，如何利用大儲(chǔ)量的高磷礦石越來越受到國(guó)內(nèi)眾多鋼鐵企業(yè)的重視。大學(xué)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(dá)到了熱生鐵煉鋼對(duì)磷含量的要求。然而，在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的測(cè)試中出現(xiàn)了一個(gè)問題。結(jié)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(dá)到70%。這種金屬化率水平對(duì)于后續(xù)熔煉過程中的金屬回收是不可接受的，因此有必要對(duì)礦粉還原動(dòng)力學(xué)進(jìn)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(dòng)力學(xué)及微波預(yù)處理對(duì)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(duì)氣體還原動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。采用高溫微波反應(yīng)器對(duì)四功率級(jí)鐵礦粉進(jìn)行微波預(yù)處理。用熱重法測(cè)定其效果，用掃描電鏡和能譜儀分析其作用機(jī)理。使用管式爐進(jìn)行了氣體還原試驗(yàn)。動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明，當(dāng)還原分?jǐn)?shù)小于0.8時(shí)，氣體內(nèi)部擴(kuò)散和界面化學(xué)反應(yīng)混合控制細(xì)礦粉的氣態(tài)還原，當(dāng)還原分?jǐn)?shù)大于0.8時(shí)，由固態(tài)擴(kuò)散控制。微波預(yù)處理細(xì)礦粉可以改變鮞粒體單元的孔隙結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生裂紋、裂隙和疏松帶，促進(jìn)早期還原，延緩燒結(jié)的發(fā)生。氣體還原實(shí)驗(yàn)表明，在450 W的微波功率下預(yù)處理4 min后在1273 K溫度下還原，可以明顯增強(qiáng)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(shí)，可使礦粉金屬化率提高10% ~ 13%。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 不同溫度下還原分?jǐn)?shù)與時(shí)間的關(guān)系圖

圖2 不同還原分?jǐn)?shù)下氣態(tài)還原表觀活化能的值

圖3不同微波功率下還原分?jǐn)?shù)與時(shí)間的關(guān)系圖

圖4兩個(gè)不同樣品的SEM圖像

圖5 圖4（b）中A點(diǎn)附近區(qū)域的（a）SEM圖像和（b）EDS分析

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

【結(jié)論】

高磷礦粉的氣相還原在還原分?jǐn)?shù)小于0.7時(shí)受氣體內(nèi)部擴(kuò)散和界面反應(yīng)控制，在還原分?jǐn)?shù)大于0.8時(shí)受固態(tài)擴(kuò)散控制，在還原分?jǐn)?shù)接近0.8時(shí)受界面反應(yīng)控制。反應(yīng)控制的還原分?jǐn)?shù)范圍較窄，控制步驟由反應(yīng)控制快速過渡到固態(tài)擴(kuò)散控制。微波預(yù)處理的機(jī)理是在鮞粒體單元內(nèi)產(chǎn)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(jié)初期還原強(qiáng)度增大，燒結(jié)延遲。但后期新相破壞了孔結(jié)構(gòu)的改善，微波處理的效果可以忽略不計(jì)。在本實(shí)驗(yàn)室規(guī)模研究中，450 W的微波功率下預(yù)處理4 min，對(duì)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(nèi)，可使處理后的礦粉金屬化率達(dá)到85% ~ 92%。微波預(yù)處理可使金屬化率提高10% ~ 13%。