MgO对白云鄂博铁精矿球团矿还原膨胀性能的影响机理

Procduction of pellets containing MgO is the effective measure to decrease reduction swelling index of Baiyunebo iron ore concentrate pellets. The influence mechanism of MgO on reduction-swelling behaviors is very complicated because of the presence of K, Na and F. The study on the behavior rules of MgO, K, Na and F at different stages of reduction of iron oxides will be very important to investigate and to clarify their interaction mechanism on reduction swelling behaviors of pellets, and clarifying the influence mechanism of MgO on reduction swelling behaviors of pellets will play a key role in the high effective utilization of Baiyunebo iron ore resource. The main contents of this research project are as follows: (1)the interaction of MgO, K, Na and F on reduction swelling behaviors of pellets;(2)the influence of MgO on the distribution of K and Na between iron oxides and slag in pellets;(3)modes of occurrence of MgO, K, Na and F in different iron oxides and their interaction on crystal structures;(4)the interaction of MgO, K, Na and F on the phase composition and properties of slag in pellets;(5)applying metallurgical thermodynamics and mineral engineering to analysis of the influence mechanism of MgO on reduction swelling behaviors of Baiyunebo iron ore concentrate pellets in accordance with the above results.

生产含MgO球团矿是解决白云鄂博铁精矿球团异常还原膨胀的有效措施。由于K、Na、F的存在，使MgO对球团矿还原膨胀性能的影响机理变得较为复杂。因此，从球团矿还原全过程出发，研究MgO及K、Na、F在铁氧化物还原各阶段的行为规律，以探明其对球团矿还原膨胀性能的交互作用机理，这个科学问题的解决，对于更加有效高质量高产量地综合利用白云鄂博铁矿资源将起到关键作用。项目研究的主要内容为：(1)MgO及K、Na、F对球团矿还原膨胀性能的交互影响;(2)MgO对球团矿还原不同阶段K、Na在铁氧化物相和渣相间分布规律的影响；（3）MgO、K和Na在不同铁氧化物中的赋存状态及其对铁氧化物晶格结构的交互影响；（4）MgO及K、Na、F对球团矿渣相组成与性质的交互影响;(5)结合上述研究结果，应用冶金热力学和矿物工程学基本理论分析探明MgO对白云鄂博铁精矿球团还原膨胀性能的影响机理。

针对含有K、Na和F的白云鄂博铁精矿球团矿还原过程中发生异常膨胀的现象，通过制备含MgO球团矿以降低其还原膨胀率，解决其异常还原膨胀问题。项目从球团矿还原全过程出发，研究了MgO、K、Na和F在铁氧化物还原三个阶段的行为规律，探明了MgO及K、Na和F对球团矿还原膨胀性能的交互作用机理。项目就影响球团矿还原膨胀性能的三个主要方面，即球团矿矿物组成与结构、铁氧化物晶格结构和渣相熔化性能进行了系统的研究，通过在澳矿粉中配加K2CO3、Na2CO3、CaF2和MgO制备了焙烧压团试样，对其矿相组成与结构、抗压强度和还原各阶段的膨胀率进行了实验测定；通过在纯Fe2O3试剂中配加K2CO3、Na2CO3和MgO制备了焙烧压团试样，采用X射线衍射分析确定了试样还原各阶段的物相组成与铁氧化物晶格参数；通过在澳矿粉中配加钾板岩、钠辉石岩、CaF2和MgO制备了焙烧压团试样，采用扫描电镜能谱分析方法确定了渣相成分，以纯试剂配制渣相并测试了其熔化性能。研究结果表明，在白云鄂博铁精矿球团矿还原第一阶段，尽管K、Na和F降低了球团矿渣相熔点，加重了还原过程中铁氧化物的晶体膨胀，但是由于球团矿赤铁矿晶粒细小、矿相结构均匀的特点对还原第一阶段膨胀性能具有重要影响，球团矿还原膨胀率只有5.32%，添加适量的MgO可提高渣相熔点、促进含镁磁铁矿生成，进一步优化了还原膨胀性能；在球团矿还原第二阶段，K、Na和F交互作用的结果促进了FeXO晶体的螺旋层状结晶和各向异性长大，导致异常还原膨胀，膨胀率高达到19.26%，添加MgO提高了渣相熔点、稳定了磁铁矿晶格结构、抑制了FeXO的螺旋层状结晶与晶体各向异性长大，膨胀率显著降低为11.28%；还原第三阶段，K、Na和F的共同作用，使还原产物金属Fe主要以晶粒螺旋堆叠的方式生长，铁晶粒粗大并呈现各向异性长大，试样孔隙发展，还原膨胀率高达43.77%，添加MgO抑制了铁晶粒的螺旋堆叠生长和各向异性长大，还原产物主要以细小而致密的铁晶粒形态存在，铁晶须数量与长度明显减少，还原膨胀率显著降低为13.21%。