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球团矿中磁铁矿的氧化和硫的氧化 时间:2015-11-08 浏览次数:1677
     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 。
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