微波加热煤基还原铁矿球团铁晶粒形成与长大机理研究

2018-07-05 作者：佚名网友评论 0 条

采用光学显微镜、X射线衍射、环镜扫描电镜对微波加热煤基竖炉还原球团过程铁晶粒的形成与长大机理进行了分析。

　　黄柱成，易凌云，廖桢媛

　　(中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙，410083)

　　1 前言

　　微波能作为一种新型的能源，通过在物料内部的能量耗散选择性加热物料，具有加热均匀、热效率高、加热速度快、清洁无污染等传统加热方式无法比拟的优点，在提高生产效率和改善生产条件等方面具有明显优势，因而在电子、食品加工、化工、医药、环境保护和家庭生活等领域得到了广泛的应用[1]，作为一种发展迅猛的新型绿色冶金方法，微波加热在磨矿、预处理、预还原、干燥、焙烧、金属提取和烟尘等废料的处理和利用等领域也受到了广泛重视，某些研究成果正逐步转入实用阶段，初步显示了在化学、冶金中应用的巨大潜力[2-5]。

　　对于常规法加热含碳球团的矿相结构，前人已进行了大量研究[6-7]。常规加热属由外向内逐层加热，与此同时随着固定碳和铁氧化物还原反应的进行，还原反应大量吸热，易形成“冷中心”，使物料的还原反应速度变慢，金属化率降低;如果进一步提高外界温度，物料内外温度梯度进一步增大，球团表层容易产生渣化现象，恶化还原动力学条件，阻碍金属化率快速提高。对于微波加热含碳球团，研究表明，矿粒和煤粒均具有良好的吸波性能，可在含碳球团内部产生热量，显著改善还原动力学条件，降低反应的活化能，降低反应温度，缩短还原时间，大幅度提高物料的金属化率[8-12]。但是，关于微波加热煤基直接还原氧化球团的研究还鲜有报道。本文将作重点研究微波加热还原氧化球团矿相结构, 对探讨微波加热还原机理，研究微波加热动力学过程具有重要意义。

　　2 试验原料与研究方法

　　试验采用某球团厂的铁矿氧化球团为研究对象，其化学成分见表1。还原剂采用煤粉，其工业分析和粒度组成分别见表2和表3。

　　表1 氧化球团矿主要化学成分/%

　　Table1.The chemical analysis of oxide pellets

球团矿/成分	TFe	FeO	Fe₂O₃	SiO₂	Al₂O₃	MgO	CaO	K₂O	Na₂O	CuO	V₂O₅	S	P	烧损
氧化球团矿	63.99	0.24	91.21	4.52	2.30	0.49	0.56	0.091	0.075	0.05	0.02	0.047	0.030	0.036

　　表2 试验用煤的工业分析

　　Table2.The industrial analysis of anthracite

品名	固定碳/%	灰分/%	挥发份/%	S/%	水分/%
煤粉	81.14	10.47	4.96	-	3.43

　　表3 试验用煤粉的粒度组成/%

　　Table3.Size distribution of anthracite

品名	>5mm	-5~+3mm	-3~+0.5mm	-0.5~+0.18mm	-0.18mm
煤粉	17.94	1.60	39.72	19.28	21.23

表4 试验条件与化学分析

　　Table4.Test condition and chemical composition

样品编号	试验条件					化学分析结果/%
样品编号	微波加热功率	反应物料	碳铁比	还原温度/℃	还原时间/min	TFe	MFe	金属化率
L1	7.5kw	氧化球团 +外配煤粉	0.345	850	40	66.72	0	0
L2	9kw	氧化球团 +外配煤粉	0.345	950	40	81.44	35.75	44.05
L3	10.5kw	氧化球团 +外配煤粉	0.345	1000	40	82.26	45.43	55.23
L4	13kw	氧化球团 +外配煤粉	0.345	1050	40	86.93	71.24	81.95

　　本试验按照外配碳的方法，按配碳比(即团块中的碳铁比) 为0.345将氧化球团与煤粉混匀,放在工业微波竖炉[13]内进行加热。随着物料温度升高，氧化球团与煤粉发生还原反应。试验样品自然冷却后烘干、切割、磨光、抛光、烘干，得到供矿相研究的光片。样品的试验条件与化学分析见表4，试验流程见图1。通过扫描电镜、能谱分析仪，对不同温度下氧化球团还原的显微结构和组织成分进行研究，以得出铁晶粒形成与长大的机理。