微波氧化焙烧菱铁矿制备高炉喷煤助燃剂的基础研究

China is abundant of siderite resources, but the comprehensive utilization rate of it is low. The use of siderites by oxidizing roasting to produce combustion-supporting additives used for pulverized coal injection in blast furnace would be a beneficial supplement for comprehensive utilization of siderite resource. The kiln process is a common method for siderite roasting in china, however, the low efficiency and high energy consumption are the main disadvantages for this process. Therefore, a new process with high efficiency and low energy consumption is necessary for the oxidizing roasting of siderite. The present proposal suggest a process for producing combustion-supporting additives used for pulverized coal injection in blast furnace by microwave-assisted oxidizing roasting of siderite concentrate. the study content and the purpose were arranged as follows: the dielectric properties and heating behavior of siderite concentrate under microwave field will be known after the electromagnetic properties of siderite concentrate under microwave field was studied; The phase transformation and the oxidation mechanism of decomposition product and the microstructure evolution of oxidation product during macrowave-assisted oxidizing roasting will be obtained. The study of coal catalytic combustion with adding combustion-supporting additives obtained by microwave-assisted oxidizing roasting will give the suggestion of suitable microwave-assisted oxidizing roasting parameters. Finally, the prototyes of preparation of combustion-supporting additives used in blast furnace coal injection by microwave-assisted oxidizing roasting of siderite will be obtained.

我国菱铁矿资源较为丰富,但其综合利用率较低。利用菱铁矿通过氧化焙烧制备高炉喷煤助燃剂是对菱铁矿资源综合利用途径的有益补充。回转窑工艺是目前国内普遍采用的菱铁矿焙烧方法,但效率较低、能耗较大。因此，菱铁矿焙烧工艺亟需一种效率高、能耗低的新工艺。针对该问题，本项目提出了一种菱铁矿微波氧化焙烧制备高炉喷煤助燃剂新工艺。项目将通过菱铁矿微波电磁特性研究,得到菱铁矿在微波场中的介电特性,揭示其在微波场中的温升行为；通过微波场中菱铁矿分解氧化过程及机理研究，掌握菱铁矿微波氧化焙烧过程中物相演变规律，揭示微波场中菱铁矿分解产物的氧化机理及氧化产物微观结构演变过程，为菱铁矿微波氧化焙烧工艺提供理论基础。通过研究不同微波焙烧条件所得产物对煤粉燃烧的助燃效果及其助燃机理，获得最佳菱铁矿微波氧化焙烧工艺参数，形成技术原型。

我国菱铁矿资源较为丰富,但其综合利用率较低。本项目提出了菱铁精矿微波氧化焙烧制备高炉喷煤助燃剂新工艺并开展了系统研究。主要包括：（1）采用谐振腔法对菱铁矿微波电磁特性开展了研究。结果表明：Fe2O3的介电常数、介电损耗和损耗正切值最小，且随着温度的升高变化很小。Fe3O4的介电常数、介电损耗和损耗正切值最大，当温度高于300℃后，其快速增大。菱铁矿电磁特性介于Fe3O4和Fe2O3二者之间，当温度低于600℃时，其介电常数、介电损耗和损耗正切值随温度增加缓慢增加，当温度高于600℃后，其快速增加。（2）开展了菱铁矿微波氧化焙烧升温行为及加热机理研究。结果表明：微波功率越大，菱铁矿微波加热速率越快，物料量越大，菱铁矿微波加热速率越慢。菱铁矿在微波场中的升温过程可以分为四个阶段：（Ⅰ）T≤415℃：升温速率较慢，约13℃/min；（Ⅱ）415℃＜T≤549℃：升温速率略有升高，达到约16℃/min；（Ⅲ）549℃＜T≤608℃：升温速率急速下降，达到一个热平衡区，这主要是因为此温度范围内菱铁矿急剧分解，消耗大量的热，所以微波功率一定的情况下，热量难以使整体物料温度继续升高。（Ⅳ）T＞608℃：升温速率快速增大，这主要是由于分解反应几近完成且分解产物被氧化为Fe3O4，其吸波性能较强。（3）研究了微波焙烧过程中菱铁精矿物相转变规律。结果表明：微波焙烧后菱铁矿中的物相主要是Fe3O4、SiO2和Fe2O3。在微波氧化焙烧过程中，FeCO3受热开始分解为FeO，然后其被氧化生成Fe3O4，最后氧化形成Fe2O3。（4）研究了菱铁矿微波场中分解氧化机理。结果表明：800℃下微波焙烧保温120 min后菱铁矿中Fe2O3含量即可达到常规1000℃焙烧8h的水平。在焙烧过程中，保温时间过长会引起小粒径颗粒发生团聚，造成样品比表面积减小，最终影响Fe2O3对煤粉燃烧的助燃效果。（5）菱铁矿焙烧产物对烟煤和无烟煤的最佳添加量分别为1.5%和0.5%，在最佳添加量下，烟煤的燃烧率提高了42.5%，无烟煤燃烧率升高了9.13%。Fe2O3对烟煤-兰炭混合煤粉燃烧过程具有强化作用。加入2% Fe2O3后，混合煤粉中兰炭配加量从35%提高至45%。