高铁煤泥作还原剂直接还原褐铁矿研究.pdf

高铁煤泥作还原剂直接还原褐铁矿研究 ① 陈伟鹏１，２， 李光卫１， 赵增武２， 李保卫２， 武文斐１，２ （１．内蒙古科技大学 能源与环境学院，内蒙古 包头 ０１４０１０； ２．内蒙古科技大学 白云鄂博矿多金属资源综合利用省部共建重点实验室，内蒙古 包头 ０１４０１０） 摘 要 以高铁煤泥为新型还原剂，直接还原褐铁矿。 通过与无烟煤对比，探索了还原剂用量、还原温度和还原时间对褐铁矿直接 还原的影响。 采用 Ｘ 射线衍射（ＸＲＤ）和扫描电镜（ＳＥＭ）等手段，研究了褐铁矿原矿及其煤泥球团在不同温度下的物相和形貌。 结果表明煤泥用量 ２５％，经１２００ ℃直接还原２０ ｍｉｎ 后，可得到金属化率 ８６．４％的金属化球团。 在直接还原反应中，不仅包括铁氧 化物向金属铁的还原，而且存在中间产物与脉石反应生成铁橄榄石和铁尖晶石再还原生成金属铁，金属铁在产物中主要以金属铁 颗粒的形式存在，渣铁相界面分明，最佳状况下渣相中检测不到铁氧化物，煤泥中的铁氧化物随反应的进行被还原为金属铁，一定 程度上提高了球团金属化率。 关键词 球团； 煤泥； 褐铁矿； 直接还原； 金属化率 中图分类号 ＴＦ０９，ＴＦ５５文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１７．０１．０１９ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１７）０１－００６８－０５ Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｍｏｎｉｔｅ ｗｉｔｈ Ｉｒｏｎ-ｒｉｃｈ Ｃｏａｌ Ｓｌｉｍｅ ａｓ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ａｇｅｎｔ ＣＨＥＮ Ｗｅｉ-ｐｅｎｇ１，２， ＬＩ Ｇｕａｎｇ-ｗｅｉ１， ＺＨＡＯ Ｚｅｎｇ-ｗｕ２， ＬＩ Ｂａｏ-ｗｅｉ２， ＷＵ Ｗｅｎ-ｆｅｉ１，２ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｂａｏｔｏｕ ０１４０１０， Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂａｙａｎ Ｏｂｏ Ｍｕｌｔｉ-ｍｅｔａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｂａｏｔｏｕ ０１４０１０， Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ａｇｅｎｔ， ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｉｍｅ ｏｎ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｍｏｎｉｔｅ ｗｉｔｈ ｉｒｏｎ-ｒｉｃｈ ｃｏａｌ ｓｌｉｍｅ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ａｎｔｈｒａｃｉｔｅ． Ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｌｉｍｏｎｉｔｅ ｏｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏａｌ ｓｌｉｍｅ ｐｅｌｌｅｔｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｘ-ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ （ＸＲＤ） ａｎｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ （ＳＥＭ）． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｉｚｅｄ ｐｅｌｌｅｔｓ ｗｉｔｈ ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ａｔ ８６．４％ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｆｔｅｒ ２０ ｍｉｎ ｄｉｒｅｃｔ-ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｔ １ ２００ ℃ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ ｃｏａｌ ｓｌｉｍｅ ａｔ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ２５％． Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｔｈｅ ｆｅｒｒｉｃ ｉｒｏｎ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｏ ｆｅｒｒｏｕｓ ｏｒ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｉｒｏｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｒｅａｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｇａｎｇｕｅ， ｆｏｒｍｉｎｇ ｆａｙａｌｉｔｅ ａｎｄ ｓｐｉｎｅｌ， ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｏ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｉｒｏｎ ａｇａｉｎ． Ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｉｒｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｅｘｉｓｔｓ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｔｅｌｙ ｉｎ ａ ｇｒａｎｕｌａｒ ｆｏｒｍ， ａｎｄ ｃｌｅａｒ ｐｈａｓｅ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｌａｇ ａｎｄ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｉｒｏｎ． Ｎｏ ｉｒｏｎ ｏｘｉｄｅ ｗａｓ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｌａｇ ｐｈａｓｅ ｕｎｄｅｒ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｉｒｏｎ ｏｘｉｄｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｓｌｉｍｅ ｗｅｒｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｏ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｉｒｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ， ｗｈｉｃｈ ｈａｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｐｅｌｌｅｔ ｔｏ ｓｏｍｅ ｅｘｔｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｐｅｌｌｅｔｓ； ｃｏａｌ ｓｌｉｍｅ； ｌｉｍｏｎｉｔｅ； ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ； ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ   我国是煤炭生产和消费大国，煤炭洗选是最重要 的洁净煤手段之一，但目前我国对煤炭洗选加工副产 品煤泥的利用率却很低，约 ７０％没有加以利用，均作 就地堆积处理［１］。 煤泥主要特点为粒度细、粘性大、 持水性强，且堆积形态极不稳定，遇水即流失，风干即 飞扬，既造成环境污染，又极大制约了洗煤厂的正常生 产［２］。 因此，开发利用煤泥已成为解决环境问题和寻 找煤泥综合利用途径的迫切需要。 直接还原炼铁工艺是众多非高炉炼铁法之一［３］。 目前常用的固体还原剂主要为无烟煤、焦炭、褐煤、烟 煤等［４］，在煤基直接还原工艺中都取得了很好的还原 效果［５－８］。 而煤泥因其灰分含量高，会在产物中带入 额外的渣，不利于直接还原的进行，一般不适宜作还原 剂。 但煤泥又具有廉价、含碳量较高和热值高等特点， ①收稿日期 ２０１６－０８－２２ 基金项目 内蒙古高校创新团队研究计划（ＮＭＧＩＲＴ１４０６）；内蒙古自治区应用技术研究与开发资金计划（２０１３０３１０） 作者简介 陈伟鹏（１９７４－），男，内蒙古包头人，副教授，硕士，主要从事清洁燃烧和难选矿石直接还原研究。 通讯作者 李光卫（１９８９－），男，河北邯郸人，硕士研究生，主要从事难选铁矿石直接还原研究。 第 ３７ 卷第 １ 期 ２０１７ 年 ０２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３７ №１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１７ 万方数据 使得其具有作为还原剂使用的先天条件和竞争优势。 本文用高铁煤泥作还原剂，以无烟煤作对比，以低品位 褐铁矿为原料，研究褐铁矿在煤基直接还原过程中的 还原行为，采用扫描电镜（ＳＥＭ）和 Ｘ 射线衍射（ＸＲＤ） 研究还原产物显微结构变化和物相变化，为褐铁矿的 煤泥直接还原提供理论指导，并为该煤泥的综合利用 探索一条新途径。 １ 实  验 １．１ 铁矿石基本性质 所用原料为包头固阳地区褐铁矿石，褐铁矿原矿 化学成分见表 １。 从表 １ 可见，该矿属于低品位褐铁 矿，含有一定量的碱金属，硅和结晶水含量较高，高温 反应时结晶水分解溢出而出现孔洞，有利于产物铁聚 集和渗透析出。 表 １ 褐铁矿主要化学成分（质量分数） ／ ％ ＴＦｅＦｅＯ Ｆｅ２Ｏ３Ａｌ２Ｏ３ＳｉＯ２ ＣａＯＰＳ Ｈ２Ｏ ３４．６０２．９６４６．１４１．７８２９．９００．５００．０９０．１１３．８０ 采用 ＸＲＤ 和 ＳＥＭ 对褐铁矿原矿进行分析，结果 如图 １～２ 所示。 结果表明，金属矿物主要为赤铁矿， 脉石矿物以石英居多，原矿颗粒内部含有一定的孔隙 结构；ＸＲＤ 图谱显示矿物的衍射峰较弥散，石英和 Ｆｅ２Ｏ３的峰较明显，还含有少量的针铁矿。 30204050607080 2/θ 1 2 3 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 1 1 1 11 1 Fe2O3 SiO2 FeOOH 图 １ 褐铁矿 ＸＲＤ 图谱 图 ２ 褐铁矿 ＳＥＭ 图 １．２ 煤及其灰分基本性质 煤泥和无烟煤工业分析和灰分的主要化学成分分 析结果分别见表 ２～３。 表 ２ 煤泥和无烟煤工业分析结果（质量分数） ／ ％ 样品固定碳水分挥发分灰分 煤泥４７．１５０．７２２６．０１２６．１２ 无烟煤７５．６１１．８５８．７６１３．７８ 表 ３ 煤泥和无烟煤灰分主要化学成分（质量分数） ／ ％ 样品ＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３Ｆｅ２Ｏ３ＣａＯＫ２ＯＰＳ 煤泥灰分３９．４８２５．２９２８．５９２．５０１．７８０．０１１．２２ 无烟煤灰分５０．３３３１．１０３．１２５．４６１．４７０．０２０．９８ 由表 ２ 可见，煤泥中固定碳和挥发分含量分别达 到 ４７．１５％和 ２６．０１％，表明煤泥中具有一定含量的还 原成分，灰分含量较高，为 ２６．１２％；无烟煤固定碳含量 高达 ７５．６１％，挥发分和灰分含量相比煤泥较低，是一 种较好的还原剂。 由表 ３ 可见，煤泥灰分中除了含量较多的 ＳｉＯ２和 Ａｌ２Ｏ３外，Ｆｅ２Ｏ３含量也很高，达到 ２８．５９％；而无烟煤 灰分中 Ｆｅ２Ｏ３含量很低。 １．３ 实验设备 ７６９ＹＰ－３０Ｔ 型压片机；ＤＺＦ－６０２０ 型电热烘干箱； ＶＴＬ１６００／８０Ｘ１０００ 管式电阻炉；ＪＳＭ－６５１０ 电子扫描 显微镜（ＳＥＭ）；帕纳科 Ｘ′ｐｅｒｔ Ｐｏｗｄｅｒ Ｘ 射线衍射仪。 １．４ 实验方法 将褐铁矿、还原剂按一定比例在混料瓶中充分混 匀，然后用压片机在一定压力下压制成直径约 １０ ｍｍ 的圆柱状球团，将样品置于电热烘干箱中恒温 １１０ ℃ 烘干２ ｈ，至球团内游离水完全蒸发。 将管式电阻炉按 照设定好的升温速率（１０ ℃ ／ ｍｉｎ）进行升温，当温度上 升到还原指定温度后恒温保持，将干燥后的球团样品 放在刚玉坩埚中，并置于管式电阻炉中恒温带，按照预 定好的实验条件，在流量 ６００ Ｌ／ ｈ 氮气保护下进行直 接还原，然后取出，迅速用煤粉将其表面覆盖，冷却至 室温，取样分析其金属铁含量，计算还原产品的金属化 率，并采用 ＳＥＭ 和 ＸＲＤ 对还原产品进行显微结构和 物相变化进行分析。 ２ 实验结果与分析 ２．１ 还原剂用量对直接还原的影响 １ ２００ ℃，还原时间 １５ ｍｉｎ 条件下进行了不同内 配煤用量直接还原实验，结果见图 ３。 由图 ３ 可知，煤 泥和无烟煤作还原剂对球团金属化率的影响趋势大致 ９６第 １ 期陈伟鹏等 高铁煤泥作还原剂直接还原褐铁矿研究 万方数据 相同，随着 ２ 种还原剂用量增加，金属化率不断增加， 在无烟煤和煤泥用量分别增加到 ２０％和 ２５％时，２ 种 球团的金属化率分别达到最大值，之后金属化率变化 不大。 煤泥用量过多时，金属化率略有下降，因含碳球 团的孔隙被煤泥中大量的残留灰分堵塞，还原动力学条 件产生恶化，阻碍了铁氧化物的还原。 因此确定无烟煤 和煤泥最佳用量分别为 ２０％和 ２５％。  95 90 85 80 75 70 65 51015202530   图 ３ 还原剂用量对金属化率的影响 ２．２ 还原温度对直接还原的影响 内配无烟煤和煤泥用量分别为２０％和２５％，还原时 间 ２０ ｍｉｎ 条件下，还原温度对含碳球团直接还原的影 响见图 ４。 从图 ４ 可以看出，随着还原温度升高，２ 种球 团金属化率显著提高，１ １５０ ℃ 后反应速率增速减慢， １ ２００ ℃时，煤泥球团金属化率达到 ８６．４％，１ ２５０ ℃时 无烟煤球团金属化率最高达 ９３．８％。 含碳球团本身具 有较高的气孔率，还原温度对还原速率的影响在一定 范围内可成正相关关系［９］，当还原时间一定时，提高 还原温度，参与反应的物料活性和气体分子运动均增 强，气体的扩散速度加快，含碳球团中的含铁氧化物与 还原性成分发生剧烈还原反应，有利于铁相的凝聚，金 属化率得以迅速提高。  95 90 85 80 75 70 65 105011001150120012501300   图 ４ 还原温度对金属化率的影响 而当温度过高时，２ 种含碳球团都会出现熔融现 象，试样粘连刚玉坩埚，堵塞含碳球团孔隙，恶化传质 条件，使得矿石还原率降低，金属化率会有所降低。 所 以还原温度并非越高越好。 本文选择 １ ２００ ℃为煤泥 球团最佳还原温度。 ２．３ 还原时间对直接还原的影响 内配无烟煤和煤泥用量分别为 ２０％和 ２５％，还原 温度 １ ２００ ℃条件下，还原时间对含碳球团直接还原 的影响见图 ５。 由图 ５ 可见，随着还原时间延长，２ 种 含碳球团的金属化率逐渐增加，从 ５ ｍｉｎ 到 １５ ｍｉｎ，球 团金属化率增加较快，还原 ２０ ｍｉｎ 后，无烟煤和煤泥 球团金属化率分别达到 ９２．３１％和 ８６．３５％，继续延长 还原时间，金属化率增加不明显。  min 95 90 85 80 75 51015202530   图 ５ 还原时间对金属化率的影响 反应初期球团内部 ＣＯ 不足，碳与铁氧化物直接 接触的固-固反应是主要反应方式，球团反应速率较 低；随着时间延长，碳气化反应逐渐占据主导地位，ＣＯ 含量的提高使得 ＣＯ 作为还原剂与铁氧化物发生的 气-固反应成为主要反应方式，气体还原剂更容易在含 碳球团孔隙中扩散；继续延长还原时间，金属化率不再 有明显变化。 考虑能耗问题，选择 ２０ ｍｉｎ 作为煤泥球 团最佳还原时间。 ２．４ 直接还原优化实验 通过上述实验确定最佳还原条件为内配煤泥质量 分数２５％，还原温度１２００ ℃，还原时间２０ ｍｉｎ。 在最佳 工艺参数下进行褐铁矿煤泥球团的优化实验，最终得到 的还原产物中金属化率达到 ８６．４％。 文献［１０－１２］已经 证明无烟煤是一种良好的还原剂，与无烟煤相比煤泥品 质较差，灰分含量高，对固定碳的氧化反应阻碍作用较 大，会对直接还原反应产生不利影响，但在最佳还原条 件下，最终煤泥球团也能达到较好的还原效果，可能是 煤泥中含铁量较高，这部分含铁氧化物最终也被还原成 金属铁，在一定程度上可弥补上述不足。 ２．５ 不同还原温度下还原产物分析 根据以上实验可知，还原温度对球团金属化率影 响较明显，因此，在煤泥用量 ２５％、还原时间 ２０ ｍｉｎ 时 对不同温度下的还原产物分别进行了 ＸＲＤ 和 ＳＥＭ 及 ０７矿 冶 工 程第 ３７ 卷 万方数据 能谱分析。 ２．５．１ 还原产物的 ＸＲＤ 分析 图 ６ 为不同还原温度下还原产物的 ＸＲＤ 图谱。 对比图 １ 和图 ６ 可以看出，还原温度 ９５０ ℃时，原矿中 赤铁矿等的衍射峰基本消失，有部分磁铁矿和 ＦｅＯ 的 衍射峰产生，产物中生成了少量金属铁，同时有一定量 的铁橄榄石（Ｆｅ２ＳｉＯ４）和铁尖晶石（ＦｅＡｌ２Ｏ４）生成；温 度达到 １ ０５０ ℃ 时，铁橄榄石和铁尖晶石的衍射峰依 然存在，但强度有所减弱，ＦｅＯ 减少，磁铁矿消失，有较 多的金属铁生成；温度达到 １ １５０ ℃时，金属铁的峰进 一步增强，ＦｅＯ 消失，铁橄榄石和铁尖晶石显著减少； 温度达到 １ ２００ ℃时，金属铁的衍射峰又有所增强，石 英在还原产物中仍然存在，还原产物中已检测不到铁 氧化物，说明煤泥中富含的铁氧化物在实验过程中也 被还原成金属铁，这在一定程度上可以提高褐铁矿煤 泥球团的金属化率。 30204050607080 2/θ 1 2 2 222 2 22 2 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 5 5 5 5 6 6 6 2 222 2 22 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1200℃ 1150℃ 1050℃ 950℃ 图 ６ 不同还原温度下还原产物 ＸＲＤ 图谱 １ Ｆｅ； ２ ＳｉＯ２； ３ ＦｅＯ； ４ Ｆｅ３Ｏ４； ５ Ｆｅ２ＳｉＯ４； ６ ＦｅＡｌ２Ｏ４ 在低品位褐铁矿直接还原反应中，金属铁的生成 主要来源于两个方面一方面是铁氧化物的逐级还原 最终生成金属铁（Ｆｅ２Ｏ３→Ｆｅ３Ｏ４→ＦｅＯ→Ｆｅ）；另一方 面是中间产物 ＦｅＯ 与石英等脉石反应生成的铁橄榄 石和铁尖晶石的再还原生成金属铁（ＦｅＯ ＋ＳｉＯ２→ Ｆｅ２ＳｉＯ４→Ｆｅ，ＦｅＯ＋Ａｌ２Ｏ３→ＦｅＡｌ２Ｏ４→Ｆｅ） ［１３－１５］。 ２．５．２ 还原产物的 ＳＥＭ 及能谱分析 图 ７ 为煤泥球团在不同温度下直接还原 ２０ ｍｉｎ 后还原产物的显微结构图，其中亮白色部分均为金属 铁。 从图 ７ 可以看出，还原温度升高有利于金属铁晶 粒的长大和聚集。 褐铁矿在 ９５０ ℃下还原，形成的金 属铁颗粒大小不均匀且分散，金属铁和渣相分界不是 很明显。 １ ０５０ ℃时，金属铁大量生成，铁颗粒间开始 出现相互连接，但晶粒长大仍不充分，大部分金属铁颗 粒粒度较细。 １ １５０ ℃时，金属铁的析出进一步增多，细 小的铁颗粒减少，粒度不断增大，并进一步迁移、聚集、 连接成片，铁相和渣相之间的界限逐渐清晰。 １ ２００ ℃ 下，金属铁颗粒粒度明显长大，聚集在边缘并连接成 片，金属铁和渣相的分界也更加明显。 图 ７ 不同温度下还原产物的 ＳＥＭ 图 （ａ） ９５０ ℃； （ｂ） １ ０５０ ℃； （ｃ） １ １５０ ℃； （ｄ） １ ２００℃ 图 ７ 中 ＡＢＣＤ 各点的能谱如图 ８ 所示。 由图可 见，Ａ 点和 Ｃ 点都是金属铁，温度从 １ ０５０ ℃ 升高到 １ ２００ ℃，铁颗粒中仅含有少量的碳，不含其它元素；随 着温度升高，铁氧化物在渣相中（Ｂ、Ｄ 点）已检测不 到，这与 ＸＲＤ 分析结果相对应，进一步说明高铁煤泥 中的铁氧化物也被彻底还原成金属铁，这在一定程度 上提高了还原球团的金属化率。 02468 E/keV a Fe Fe C 02468 E/keV b Si C O Mg Al Fe Fe K Ca 02468 E/keV c Fe Fe C 02468 E/keV d Si C O Na Mg Al K Ca 图 ８ 不同温度下还原产物的 ＥＤＳ 谱 （ａ） Ａ 点能谱； （ｂ） Ｂ 点能谱； （ｃ） Ｃ 点能谱； （ｄ） Ｄ 点能谱 综上也验证了褐铁矿煤泥球团最合适的直接还原 温度为 １ ２００ ℃，此温度下的还原产物最有利于金属 铁和渣相单体解离。 １７第 １ 期陈伟鹏等 高铁煤泥作还原剂直接还原褐铁矿研究 万方数据 ３ 结  论 １） 与无烟煤相比，煤泥用作还原剂对褐铁矿进行 直接还原也能达到较好效果，金属化率可达 ８６．４％。 煤泥球团直接还原的最佳工艺参数为煤泥添加量 ２５％，还原温度 １ ２００ ℃，还原时间 ２０ ｍｉｎ。 ２） 通过对不同温度下还原产物进行 ＸＲＤ、ＳＥＭ 分析，发现铁氧化物的还原经历了从高价铁向低价铁 的转化过程，适当提高还原温度，有助于铁橄榄石和铁 尖晶石再还原生成金属铁；渣相中最终检测不到铁氧 化物，说明原矿及煤泥中的铁氧化物在实验过程中均 被还原成了金属铁。 ３） 高铁煤泥作还原剂对含碳球团炼铁提供了一 种新方法，同时也为煤泥综合利用提供了一种新思路， 具有重要的经济效益和环保效益。 参考文献 ［１］ 李 宁，雷宏彬，田忠文，等． 煤泥资源化利用关键技术研究分析 ［Ｊ］． 煤炭工程， ２０１１（１２）１００－１０１． ［２］ 杨家林，蒋旭光，吕荣，等． 洗煤泥和煤泥浆燃烧技术及应用 ［Ｊ］． 煤炭综合与利用， １９９３（４）３－５． ［３］ 秦民生． 非高炉炼铁［Ｍ］． 北京 冶金工业出版社， １９８８． ［４］ Ｗａｎｇ Ｇ， Ｄｉｎｇ Ｙ Ｇ， Ｗａｎｇ Ｊ Ｓ， ｅｔ ａｌ． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅｌｔｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｂｏｒｏｎ-ｂｅａｒｉｎｇ ｒｉｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ／ ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｅｌｌｅｔｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｅｒａｌｓ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２０１３，２０（６）５２２－５２８． ［５］ 胡志强，贾彦忠，梁德兰，等． 不同烟煤还原红土镍矿的研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１５，３５（２）１２０－１２３． ［６］ 王天明，郭培民，庞建明，等． 某微细粒贫赤铁矿煤基直接还原试 验研究［Ｊ］．矿冶工程， ２０１４，３４（２）８０－８３． ［７］ 张元波，赵 熠，游志雄，等． 配加钠盐添加剂的高铁锰矿煤基直 接还原的试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１４，３４（６）８５－８９． ［８］ 胡 兵，曾 辉，王兆才，等． 低品位铁矿球团微波加热煤基直接 还原-磁选试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１５，３５（３）１１５－１１８． ［９］ 储满生，柳政根，王兆才，等． 反应气氛和温度对热压含碳球团还 原反应进程的影响［Ｊ］． 中国冶金， ２０１１，２１（４）１７－２０． ［１０］ 王长龙，王 爽，乔春雨，等． 煤种对高硅酸铁尾矿深度还原回收 铁的影响［Ｊ］． 材料热处理学报， ２０１４，３５（９）１６－２２． ［１１］ 李镇坤，文衍宣，苏 静． 无烟煤直接还原铜渣中铁矿物工艺研 究［Ｊ］． 无机盐工业， ２０１４，４６（６）５１－５５． ［１２］ 李永利，孙体昌，徐承焱． 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ＣＯ２ｔｏ ｃａｒ- ｂｏｎ ｂｙ Ｈ２-ｒｅｄｕｃｅｄ Ｎｉ（Ⅱ）-ａｎｄ Ｃｏ（Ⅱ）-ｂｅａｒｉｎｇ ｆｅｒｒｉｔｅｓ ａｔ ３００ ℃ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， １９９４，９（２）４６２－４６７． ［１５］ 邢世增． 四氧化三铁结构诸说分析［Ｊ］． 河西学院学报， １９８９ （２）３８－４１． ［１６］ 张春雷，吴通好，杨洪茂，等． Ｆｅ３＋δＯ４的制备及 ＣＯ２完全分解成 碳的研究［Ｊ］． 化学学报， １９９５，５３（１１）１１０１－１１０５． ［１７］ 张春雷，吴通好，杨洪茂，等． 氧缺位的磁铁矿型化合物转化 ＣＯ２ 成 Ｃ 的研究［Ｊ］． 无机化学学报， １９９６，１２（１）６１－６６． 引用本文 杨 颂，上官炬，杜文广，等． 鲕状赤铁矿氢气低温还原焙烧 机理探讨［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１７，３７（１）６４－６７． ２７矿 冶 工 程第 ３７ 卷 万方数据