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高磷鲕状赤铁矿深度还原过程动力学研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 高磷鲕状赤铁矿矿床地质特征

1.3 鲕状赤铁矿开发利用现状

1.3.1 重选及重磁联合工艺

1.3.2 絮凝-强磁选(反浮选)工艺

1.3.3 磁化焙烧-磁选工艺

1.3.4 磁化焙烧-磁选-酸浸工艺

1.3.5 磁化焙烧-弱磁选-反浮选工艺

1.3.6 深度还原-弱磁选工艺

1.4 铁矿石还原动力学研究现状

1.5 课题研究意义及研究内容

1.5.1 课题研究意义

1.5.2 课题研究内容

第2章 试验原料、设备及方法

2.1 试验原料

2.1.1 试验原料及制备

2.1.2 原料的特性

2.2 试验系统、试验设备及仪器

2.3 试验方法

2.3.1 试验流程

2.3.2 试验产品表征

2.4 试验结果处理

2.4.1 铁氧化物深度还原的指标

2.4.2 动力学参数的求解

第3章 深度还原工艺条件优化试验研究

3.1 配碳系数计算

3.2 工艺条件优化试验

3.2.1 还原温度对深度还原效果的影响

3.2.2 还原时间对深度还原效果的影响

3.2.3 配碳系数对深度还原效果的影响

3.3 本章小结

第4章 不同体系深度还原过程动力学研究

4.1 单一Fe2O3体系深度还原过程动力学研究

4.1.1 等温法动力学试验研究

4.1.2 非等温法动力学试验研究

4.2 Fe2O3-SiO2体系深度还原过程动力学研究

4.2.1 等温法动力学试验研究

4.2.2 非等温法动力学试验研究

4.3 Fe2O3-SiO2-Al2O3体系深度还原过程动力学研究

4.3.1 等温法动力学试验研究

4.3.2 非等温法动力学试验研究

4.4 Fe2O3-SiO2-Al2O3-CaCO3体系深度还原过程动力学研究

4.4.1 等温法动力学试验研究

4.4.2 非等温法动力学试验研究

4.5 SiO2、Al2O3、CaCO3对Fe2O3深度还原影响分析

4.5.1 等温法

4.5.2 非等温法

4.6 本章小结

第5章 高磷鲕状赤铁矿深度还原过程动力学研究

5.1 等温法动力学试验研究

5.1.1 高磷鲕状赤铁矿等温深度还原过程还原度分析

5.1.2 高磷鲕状赤铁矿等温深度还原过程还原速率分析

5.1.3 动力学参数求解

5.2 非等温法动力学试验研究

5.2.1 高磷鲕状赤铁矿非等温深度还原过程还原度分析

5.2.2 高磷鲕状赤铁矿非等温深度还原过程还原速率分析

5.2.3 动力学参数求解

5.3 配碳系数对高磷鲕状赤铁矿深度还原过程的影响

5.3.1 配碳系数对高磷鲕状赤铁矿深度还原过程还原度的影响

5.3.2 配碳系数对高磷鲕状赤铁矿深度还原过程还原速率的影响

5.4 高磷鲕状赤铁矿与纯矿物体系试验结果对比分析

5.4.1 等温法

5.4.2 非等温法

5.4.3 其它矿物成分及矿石结构影响

5.5 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

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附录

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摘要

我国鲕状赤铁矿资源储量丰富,由于该矿铁矿物结晶粒度微细、矿物组成复杂、有害元素含量高,至今未实现工业化的开发利用。研究证明,采用常规选矿方法处理鲕状赤铁矿不能获得理想的选别指标,采用深度还原技术处理鄂西高磷鲕状赤铁矿,经过弱磁选后,可获得优质的深度还原铁粉。本文以纯矿物体系和湖北官店高磷鲕状赤铁矿作为研究对象,研究了高磷鲕状赤铁矿深度还原过程的动力学,为鲕状赤铁矿的工艺优化和开发利用奠定理论基础。
  以焦炭作为还原剂,进行了高磷鲕状赤铁矿深度还原工艺条件优化试验。试验结果表明,适宜的工艺条件为:还原温度1250℃、还原时间160min、配碳系数3.5。该条件下获得还原产品的金属化率为90.50%,经一段磁选后可获得铁品位96.47%、铁回收率87.62%的深度还原铁粉。
  利用热重分析技术,采用等温法和非等温法,依次研究了Fe2O3、 Fe2O3-SiO2、Fe2O3-SiO2-Al2O3、Fe2O3-SiO2-Al2O3-CaCO3等纯矿物体系以及高磷鲕状赤铁矿深度还原过程的动力学。
  研究结果表明,对于Fe2O3、Fe2O3-SiO2、Fe2O3-SiO2-Al2O3、Fe2O3-SiO2-Al2O3-CaCO3等纯矿物体系的深度还原过程均可分为感应期-加口速期-减速期三个阶段,反应均符合Avrami-Erofeev方程,成核及长大是限制环节。等温法确定四个体系的活化能依次为192.48KJ/mol、235.33KJ/mol、248.23KJ/mol、288.21KJ/mol,指前因子依次为9.47×105min-1、3.22×107min-1、4.02×107 min-1、1.15×109min-1。非等温法确定四个体系的活化能依次为178.75KJ/mol、238.66KJ/mol、245.41KJ/mol、272.60KJ/mol,指前因子依次为8.83×105 min-1、1.04×107 min-1、2.99×107min-1、1.24×1010 min-1。
  研究发现,SiO2和Al2O3使Fe2O3与还原剂的接触面积减小,导致反应的还原速率减小,Fe2O3还原不充分,还原产品中铁氧化物含量增加;SiO2、 Al2O3与金属铁、FeO反应生成铁橄榄石、铁尖晶石和铁堇青石等铁的硅酸盐矿物;以上两方面原因,致使反应的还原度降低。CaCO3分解后生成的CaO和CO2,CaO可提高焦炭的反应活性,CO2促进了焦炭的气化,使Fe2O3深度还原反应进行的更加充分,减少还原产品中铁氧化物的含量;在CaO的作用下,CO能将部分铁橄榄石和铁尖晶石中的FeO还原为金属铁,减少还原产品中铁的硅酸盐含量,有利于增加反应的还原度。
  鄂西高磷鲕状赤铁矿的深度还原过程同样可分为感应期-加口速期-减速期三个阶段,反应均符合Avrami-Erofeev方程,成核及长大是限制环节。等温法确定活化能为318.32KJ/mol,指前因子为2.07×1010min-1。非等温法确定活化能为309.49KJ/mol,指前因子为1.37×1010min-1。
  高磷鲕状赤铁矿与Fe2O3-SiO2-Al2O3-CaCO3体系试验结果对比分析表明,除Fe2O3、SiO2、 Al2O3和CaCO3之外,高磷鲕状赤铁矿中其它矿物成分含量较低,对Fe2O3还原度的影响较小;高磷鲕状赤铁矿中的Fe2O3主要分布在鲕粒中,与脉石矿物形成同心环带状结构,增加了还原剂与Fe2O3接触的难度,反应的活化能增大,导致还原速率降低,反应完成所需时间延长。

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