微波預(yù)處理強化高磷鐵礦粉的氣態(tài)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(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%，達到了熱生鐵煉鋼對磷含量的要求。然而，在實驗室規(guī)模的測試中出現(xiàn)了一個問題。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到70%。這種金屬化率水平對于后續(xù)熔煉過程中的金屬回收是不可接受的，因此有必要對礦粉還原動力學(xué)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(xué)及微波預(yù)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(xué)進行了研究。采用高溫微波反應(yīng)器對四功率級鐵礦粉進行微波預(yù)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(xué)研究結(jié)果表明，當(dāng)還原分?jǐn)?shù)小于0.8時，氣體內(nèi)部擴散和界面化學(xué)反應(yīng)混合控制細礦粉的氣態(tài)還原，當(dāng)還原分?jǐn)?shù)大于0.8時，由固態(tài)擴散控制。微波預(yù)處理細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，促進早期還原，延緩燒結(jié)的發(fā)生。氣體還原實驗表明，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(dǎo)讀】
圖1 不同溫度下還原分?jǐn)?shù)與時間的關(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)與時間的關(guān)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(qū)域的（a）SEM圖像和（b）EDS分析
圖6 圖4（b）中B點附近區(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時受氣體內(nèi)部擴散和界面反應(yīng)控制，在還原分?jǐn)?shù)大于0.8時受固態(tài)擴散控制，在還原分?jǐn)?shù)接近0.8時受界面反應(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)擴散控制。微波預(yù)處理的機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。在本實驗室規(guī)模研究中，450 W的微波功率下預(yù)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(nèi)，可使處理后的礦粉金屬化率達到85% ~ 92%。微波預(yù)處理可使金屬化率提高10% ~ 13%。