微波加热含碳红铁矿粉升温特性研究

2014-12-02王忠朝徐本军黄彩娟

山东工业技术 2014年19期

王忠朝,陈坤,徐本军,黄彩娟

（1.遵义钛业股份有限公司,贵州遵义 550027；2.贵州大学，材料与冶金学院,贵阳 550025）

我国具有丰富的红铁矿资源，红铁矿在总储量中所占的比例超过了50%。同时红铁矿资源主要分布在贵州、河北、河南、辽宁等多地[1]。红铁矿本身具有以下的特点：低品位、较细的嵌布粒度以及较低的原矿含量等。红铁矿中有多种多样的铁矿物，如：赤铁矿、磁铁矿以及黄铁矿等，这些矿石具有复杂的结构，因此在分选过程中存在着很大的难度[2]。在处理难选红铁矿的时候，磁化焙烧-磁选工艺是最为合适的方法。磁化焙烧是加热铁矿之后等其上升到一定温度之后，然后在还原气氛中发生的物理以及化学变化的一个过程。但是传统加热存在着一系列问题，如：能耗较大等，因此磁化焙烧-磁选工艺被提出来，并且通过不断的实践已经证实了该工艺具有可行性[3-8]。

微波是指波长1mm-1m的电磁波，其相应频率300-300000MHz的电磁波。微波加热速度快，最高可达1500℃/min，对于某些物料可以以很少的能量告诉加热达到2000℃以上高温。

从贵州地区提取了本实验所用到的红铁矿原料，以云南无烟煤为还原剂。借助微波与实验原料的作用，对混合物料在微波场中体现出来的升温特性展开研究，同时借助单因素分析方法，将探索粒度、功率以及配碳量对微波加热的影响作为探讨对象，为之后的磁化焙烧-磁选做好理论基础。

1 研究方法

1.1 试验原料

从贵州安顺地区提取了试验中所用到的红铁矿，以单一的铁矿石作为矿样。表1所示为原矿化学成分的具体分析结果；图1所示为原矿光学显微镜下的结构图。根据表1数据显示，我们可得知：铁矿石中拥有44.25%比例的全铁品位。

表1 原矿成分分析结果

图1 原矿的光学显微镜结构图

根据图1我们可得知：在显微镜下能够看到，原矿矿下分布较多的为Fe2O3为主，且呈均匀分布状况。与难选鲕状铁矿所呈现出的包裹状有所不同，该矿分布呈层状，并且比较密集，在所有红铁矿中，属于比较难选的那种。

试验所用还原剂是云南无烟煤（-74μm粒级占 90%），其化学成分分析见表2。

表2 无烟煤成分分析结果（%）

从表2中我们可以得知：试验中所使用到的无烟煤，其含灰量偏少，固定碳量偏多，还原效果不错。

1.2 试验设备

XWQ型圆柱形球磨机、MPD 型X射线衍射仪、MKX-M1型微波马弗炉、石墨坩埚。

2 试验结果分析与讨论

2.1 试验方法

第一，利用颚式破碎机将试验原料破碎为-200μm粒级；第二，要磨矿物，在磨矿物的时候要使用XWQ型200mm×30mm圆柱形球磨机，将其磨至-74μm粒级。在每一次试验过程中，要选取矿粉40克，若干量的无烟煤，让其来充作还原剂，然后将矿粉和无烟煤装入到石墨坩埚中，再将石墨坩埚装入MKX-M型微波马弗炉中，让其温度上升到规定的温度。其中制成坩埚的主要材料是石墨，并且还要保证坩埚的内壁直径为Φ50mm,高为80mm。

2.2 粒度对微波加热铁矿粉的影响

分别取50g，-74μm粒级含量75%、85%和95%的铁矿粉，以6%的配碳量分别放到微波马弗炉中进行加热（850W条件下），每隔10分钟进行一次温度测量，并根据每次测量结果绘制时间-温度曲线图。下图2所示为试验结果。

图2 粒度条件升温曲线

从图2可以发现：即使原矿的粒度不相同，但是升温特性之间存在的差异较小，它们的升温趋势趋向于一致。从该图中我们可以看到，颗粒的直径与总体升温速率成反比，也就是说颗粒越大，总体升温速度就越慢，这就表明在微波加热过程中，颗粒物料越小，吸收微波的能力就越强。如果铁矿颗粒的直径较大，这就增大了颗粒之间的空隙，在加热过程中较为容易散热，同时还会增加热对流，导致升温速度是非常慢的。粒级所占的比例不同，他们的升温速率也是不同的，如：粒级占75%的平均升温速率为1.81℃/S；粒级占85%的平均升温速率为1.94℃/S；粒级占95%的平均升温速率为2.06℃/S。所以利用磁化焙烧-磁选工艺时，要考虑到铁矿的粒度，确保粒度的直径合适，如果粒径的直径过大这就会影响粒度吸收微波的能力。

2.3 配碳量对微波加热磁化焙烧的影响

取50g，-74μm粒级含量85%的铁矿粉，以6%、8%、10%、12%的配碳量分别加入无烟煤，待搅拌均匀后，放到微波马弗炉中加热（850W功率）。下图3所示为试验结果。

图3 配碳量条件升温曲线

从图3中我们可以发现，配碳量的增加会导致升温速率的升高，但是总趋势变化呈现出较为缓慢的趋势。在这样固定的条件下，变化配碳量才可以磁化烘焙物料，其中固定条件是指微波功率为850W，铁矿粉质量为50g。从实验结果可以发现：配碳量的不断升高导致物料升温的速度提高的幅度越来越小。当配碳量为6%，平均速率为1.82℃/S；当配碳量为8%，平均速率为1.94℃/S；当配碳量为10%，平均速率为2.40℃/S；当配碳量为12%，平均速率为2.71℃/S。混合物料的升温特性受到配碳量的影响是非常大的。这主要是由于与Fe3O4，Fe2O3相比较，配碳量吸收微波能力是比较弱的，但是在还原过程中，配碳量所产生的Fe3O4具有较强的吸波能力。从整体上来讲，生成的Fe3O4能够将混合物料的微波吸收性能提高。Fe3O4的局部高温导致Fe2O3-Fe3O4和Fe3O4-FeO的温度得以提高，所以此时Fe3O4，Fe2O3发生了还原反应，分别被还原成FeO、Fe3O4。总而言之，高的配碳量促使混合物料的升温速率在不断提高。