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球團礦中磁鐵礦的氧化和硫的氧化 時間:2015-11-08 瀏覽次數:1575
     磁鐵礦精礦粉是生產球團礦的主要原料,在焙燒過程中,應力求磁鐵礦充分氧化成赤鐵礦,它對于球團礦的固結有重要意義。
     第一,磁鐵礦氧化為赤鐵礦伴隨晶格結構的變化。磁鐵礦晶體為等軸晶系,而赤鐵礦為六方晶系,氧化過程中的晶格變化及新生晶體表面原子具有較高的遷移能力,有利于在相鄰的顆粒之間形成晶鍵。
     第二,磁鐵礦氧化為赤鐵礦是一放熱反應。它放出的熱能幾乎相當焙燒球團礦總熱耗的一半。所以保證磁鐵礦充分氧化,可以節約能耗。
     第三,磁鐵礦氧化若不充分,則在球團礦中心尚有剩余的磁鐵礦。如果它進入高溫焙燒帶,溫度升高,氧的分壓降低,更不剝于磁鐵礦氧化。在這種情況下磁鐵礦將與脈石SiO2反應,生成低熔點的化合物,在球團礦內部出現液態渣相。它冷卻時收縮,使球團礦內部出現裂紋,這不僅影響球團礦的強度,而且惡化其還原性。
磁鐵礦的氧化從200℃開始,分兩個階段進行。
     4Fe3O4+O2=6γ-Fe2O3 (1)
     γ-Fe2O3=a-Fe2O3 (2)
     第一步只發生化學變化,沒有晶形轉變,因為γ---Fe2O3仍為等軸晶系;第二步只有晶形轉變,最后變為六方晶系的a-Fe2O3。如果在較高溫度下氧化,也可以由等軸晶系的Fe3O4,一步氧化為六方晶系的a-Fe2O3.
     磁鐵礦球團的氧化,由表層向中心推進;受到擴散因素的控制。它符合吸附-擴散學說。首先介質中的氧被吸附在磁鐵礦顆粒的表面上,與Fe+2反應生成Fe+3,然后Fe+3向晶粒內部擴散。
     磁鐵礦的氧化反應在開始幾分鐘進行很快,然后氧化速度急劇下降,見上圖隨著溫度上升,不僅氧化速度加快,氧化度也迅速升高。當溫度超過900℃,反應已足夠迅速,再提高溫度,對氧化進程的影響已不大明顯。溫度超過1200℃,氧化速度與氧化度已不再增加了。
     氧化速度系數k與焙燒介質含O2有關,若為空氣:
     K=(1.2±0.2)•10-4 厘米2/秒 (4)
    若為純氧:
     K=(1.4±0.1)•10-3 厘米/秒 (5)
     焙燒介質含O2是變化的,但總是低于空氣中含O2, 因此k值較公式(4)為小。所以應力求將磁鐵礦在預熱階段充分氧化。此外根據熱力學分析,1383℃可使赤鐵礦在空氣中分解。由于焙燒介質中氧的分壓遠低于空氣中氧的分壓,所以赤鐵礦在焙燒過程中分解為磁鐵礦的溫度低于1383℃.為使磁鐵礦充分氧化為赤鐵礦焙燒溫度不宜過高。
由于球團礦的焙燒過程是-強氧化過程,故對脫硫反應十分有利。磁鐵礦一般含硫較高,硫的賦存形態常為FeS2-黃鐵礦或CuFeS2-黃銅礦.FeS2在200°~300℃即開始分解,688℃硫的分解壓力達到1大氣壓(98066.5帕),反應式如下:
      FeS2=FeS+S (6)
      S+O2=SO2 (7)
     4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 (8)
     3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2 (9)
     FeS+10Fe2O3=7Fe3O4+SO (10)
     一般焙燒球團礦過程中,可以除去礦石中90%以上的硫。
     硫對氧的親合力大于Fe+2的親和力,因此硫有阻礙磁鐵礦氧化的作用。如果用高硫磁鐵礦生產球團礦,更應注意預熱階段磁鐵礦是否已充分氧化,否則將影響球團礦的品質。
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