磁铁矿精矿粉是生产球团矿的主要原料
,在焙烧过程中
,应力求磁铁矿充分氧化成赤铁矿
,它对于球团矿的固结有重要意义
。
第一
,磁铁矿氧化为赤铁矿伴随晶格结构的变化
。磁铁矿晶体为等轴晶系
,而赤铁矿为六方晶系
,氧化过程中的晶格变化及新生晶体表面原子具有较高的迁移能力
,有利于在相邻的颗粒之间形成晶键
。
第二
,磁铁矿氧化为赤铁矿是一放热反应
。它放出的热能几乎相当焙烧球团矿总热耗的一半
。所以保证磁铁矿充分氧化
,可以节约能耗
。
第三
,磁铁矿氧化若不充分
,则在球团矿中心尚有剩余的磁铁矿
。如果它进入高温焙烧带
,温度升高
,氧的分压降低
,更不剥于磁铁矿氧化
。在这种情况下磁铁矿将与脉石SiO2反应
,生成低熔点的化合物
,在球团矿内部出现液态渣相
。它冷却时收缩
,使球团矿内部出现裂纹
,这不仅影响球团矿的强度
,而且恶化其还原性
。
磁铁矿的氧化从200℃开始
,分两个阶段进行
。
4Fe3O4+O2=6γ-Fe2O3 (1)
γ-Fe2O3=a-Fe2O3 (2)
第一步只发生化学变化
,没有晶形转变
,因为γ---Fe2O3仍为等轴晶系
;第二步只有晶形转变
,最后变为六方晶系的a-Fe2O3
。如果在较高温度下氧化
,也可以由等轴晶系的Fe3O4,一步氧化为六方晶系的a-Fe2O3.
磁铁矿球团的氧化
,由表层向中心推进
;受到扩散因素的控制
。它符合吸附-扩散学说
。首先介质中的氧被吸附在磁铁矿颗粒的表面上
,与Fe+2反应生成Fe+3,然后Fe+3向晶粒内部扩散
。
磁铁矿的氧化反应在开始几分钟进行很快
,然后氧化速度急剧下降
,见上图随着温度上升
,不仅氧化速度加快
,氧化度也迅速升高
。当温度超过900℃
,反应已足够迅速
,再提高温度
,对氧化进程的影响已不大明显
。温度超过1200℃
,氧化速度与氧化度已不再增加了
。
氧化速度系数k与焙烧介质含O2有关,若为空气
:
K=(1.2±0.2)•10-4 厘米2/秒 (4)
若为纯氧
:
K=(1.4±0.1)•10-3 厘米/秒 (5)
焙烧介质含O2是变化的
,但总是低于空气中含O2, 因此k值较公式(4)为小。所以应力求将磁铁矿在预热阶段充分氧化
。此外根据热力学分析,1383℃可使赤铁矿在空气中分解
。由于焙烧介质中氧的分压远低于空气中氧的分压
,所以赤铁矿在焙烧过程中分解为磁铁矿的温度低于1383℃.为使磁铁矿充分氧化为赤铁矿焙烧温度不宜过高
。
由于球团矿的焙烧过程是-强氧化过程,故对脱硫反应十分有利
。磁铁矿一般含硫较高
,硫的赋存形态常为FeS2-黄铁矿或CuFeS2-黄铜矿.FeS2在200°~300℃即开始分解,688℃硫的分解压力达到1大气压(98066.5帕),反应式如下
:
FeS2=FeS+S (6)
S+O2=SO2 (7)
4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 (8)
3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2 (9)
FeS+10Fe2O3=7Fe3O4+SO (10)
一般焙烧球团矿过程中
,可以除去矿石中90%以上的硫
。
硫对氧的亲合力大于Fe+2的亲和力
,因此硫有阻碍磁铁矿氧化的作用
。如果用高硫磁铁矿生产球团矿
,更应注意预热阶段磁铁矿是否已充分氧化
,否则将影响球团矿的品质
。