化学选矿焙烧ppt课件.ppt

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1、第2章 矿物原料的焙烧,1概念： 焙烧是在适宜的气氛和低于物料熔点的温度条件下，使矿物原料中的目的组分矿物发生物理和化学变化的工艺过程。该过程通常是作为选矿准备作业，以使目的组分转变为易浸出或易于物理分选的形态。,第2章 矿物原料的焙烧,第一节 概 述第二节 还原焙烧第三节 氧化焙烧与硫酸化焙烧第四节 氯化焙烧与氯化离析第五节 煅烧与其他焙烧方法,第一节 概 述,一、焙烧过程的分类焙烧是物料在熔点以下加热的一种过程，它的目的在于改变物料的化学组成和物理性质，以便于下一步处理。焙烧后的产品称焙砂。根据焙烧在化学选矿过程中的作用和其主要化学反应性质可分为： (1)还原焙烧 ；(2)氧化焙烧 ；(3

2、)氯化焙烧 ；(4)氯化离析 ；(5)加盐焙烧 ；(6)煅烧 。,一、焙烧过程的分类,(1)还原焙烧 金属氧化物矿石等在还原剂(氢、碳等)作用下的焙烧。目的在于将物料还原为较低价的氧化物或金属，以便于分离和富集，如镍矿石还原成金属后利于浸出；贫赤铁矿还原为磁铁矿石可以磁选富集。 (2)氧化焙烧 这是一种最常用的焙烧方法。将金属的硫化物矿石或精矿在空气中焙烧成氧化物，或将低价氧化物转变为高价氧化物，有时还可脱去挥发性物质，如砷、锑、硒等。如果将金属的硫化物矿石在氧化气氛中进行焙烧，使之转化为易溶的硫酸盐，以便用水浸出则称为硫酸化焙烧。,一、焙烧过程的分类,(3)氯化焙烧 在添加氯化剂(食盐、氯化

3、钙或氯)的条件下，焙烧矿石、精矿、冶金过程的中间产品，使其中某些金属氧化物、硫化物转化为氯化物的过程叫氯化焙烧。根据所用温度的不同、分为高温和中温氯化焙烧。在高温氯化焙烧中，使生成的金属氯化物挥发丽在收尘系统中捕集；在中温氯化焙烧中，使可溶性氯化物仍保留于焙砂中，而用稀酸溶液浸出回收。这种方法可用于处理黄铁矿烧渣，以回收有色金属、稀贵金属，残渣则用作高炉炼铁原料。,一、焙烧过程的分类,(4)氯化离析 是将破碎至适当粒度的矿石与少量的固体氯化剂、碳质还原剂混合，在700800c的中性或弱还原性气氛中焙烧，有价金属氯化物挥发并同时在碳粒表面沉积还原成金属颗粒，这一过程称为氯化还原焙烧，又称氯化离析

4、。 (5)加盐焙烧 为了从物料中提取钒、钨、铬等有价金属，在焙烧过程中加入盐类添加剂，使之转化成相应的可溶性盐，便于浸出，这类焙烧称为加盐焙烧。,一、焙烧过程的分类,(6)煅烧 在低于熔点的适当温度下，加热物料，使其分解，并除去所含结晶水、二氧化碳或|三氧化硫等挥发性物质的过程称为煅烧。例如，经煅烧后石灰石失去二氧化碳而生成生石灰；氢氧化铝脱水而生成氧化铝；碱式硫酸钛失水和三氧化硫而成二氧化钛等。,二、焙烧炉,焙烧是在焙烧炉中进行的。工业焙烧设备最基本的要求就是能创造良好的气固接触条件。目前工业实践中常用的焙烧炉有以下几种类型： （1)回转窑 。(2)多膛焙烧炉 。(3)沸腾焙烧炉,（1)回转

5、窑,它是一种连续生产的旋转高温窑炉。窑身为衬育耐火材料的钢制圆筒，斜卧在钢制的托轮上，绕轴缓缓旋转。煤粉、气体燃料或液体燃料自低的一端与空气一同喷入并燃烧，废气从另一端排出。物料则循相反方向缓缓移动，逐渐烧成排出。,回转窑优缺点,优点： 回转窑的特点是结构简单、搅拌良好、热分布均匀，可广泛用于还原焙烧、氧化焙烧、挥发焙烧等过程。缺点 ： 温度难以控制，一旦形成所谓的环状炉结，会给操作带来困难，生产率和热效率都比较低 。,回转窑的结构,(2)多膛焙烧炉,是一种较为古老的适合于粉状物料焙烧的设备，有韦氏焙烧炉和赫氏焙烧炉两种型式，其结构大致相似。多膛炉是间隔多层炉膛的竖式圆筒型炉，在其中心部装有空

6、心的旋转轴带动伸在各层炉膛中的搅拌臂不断回转。其搅拌臂全部采用空气内冷。物料由炉顶最上部装入，通过搅拌由周边向中心集中，又从中心向周边分散逐层地下移，经过干燥、焙烧之后从最下层的排砂口排出，炉气在炉内与物料相反方向流动，当炉料一层层向下运动时，被炉子下部焙烧反应产生的上升热气流逐渐加热，最后达到所要求的焙烧温度，并在炉膛内作逐层运动中完成焙烧反应。,多膛焙烧炉优缺点,优点：多膛炉外形结构简单、散热量少、热效率高，如果依次进行不同的焙烧反应，该炉使用却很方便。缺点：该炉缺点是温度难以控制、物料停留时间长、生产能力低。,(3)沸腾焙烧炉,这是一种较为新型的焙烧工艺设备。适合于处理粉状物料，气固接触

7、效率高，而且结构简单。在炉体底部设有许多空气通入孔，由于通入空气而保持沸腾状态，在炉内形成沸腾层完成焙烧。矿粉可以直接地给入，也可以与水制成矿浆给入（称为流态输送矿泥）。焙烧的矿粉一部分做为溢流焙砂，从沸腾层上部连续排出，另一部分做为载运焙砂与炉气一起从炉顶逸出，被旋风收尘器捕集。二者都经过了焙烧，合并在一起做为最终的焙砂。,沸腾焙烧炉优缺点,优点：焙烧反应温度可通过给入的矿量或设在层内的水冷管以及矿浆的加水量等进行控制，因此氧化焙烧可以在沸腾炉内极好地进行。沸腾焙烧容易实现大型化和自动化，成为目前处理硫化矿的代表设备。 缺点：焙烧过程一般都是能耗很高、不易控制、劳动条件差、对环境有污染、投资

8、经费高，一般需经过技术经济论证后才可采用。,沸腾焙烧炉结构,第2章 矿物原料的焙烧,2焙烧理论：,化学热力学和动力学理论,3 焙烧理论,化学热力学,化学热力学,对任意一可逆的化学反应: aA + dD eE + fF G =GT+RT1nQ =-RT1nK+RT1nQ =RT(1nQ -1nK) 式中：G 指定条件下的过程自由能变化（焦/摩） GT标准状态下的过程自由能变化； R理想气体常数（8.314焦/开摩） T绝对温度（开） K平衡常数 Q指定条件下，反应生成物与反应物的活度商,化学热力学,化学热力学,化学动力学,3 焙烧理论,3影响焙烧反应速度的主要因素： 气体中反应气体的浓度； 气流

9、的运动特性； 温度； 物料的物理和化学性质 （如粒度，空隙度，化学组成及矿物组成等）,第2章 矿物原料的焙烧,4 分类：根据焙烧的气氛条件及过程中目的组分发生的主要化学变化，可将焙烧过程大致分为： 氧化焙烧与硫酸焙烧 还原焙烧 氯化焙烧与氯化离析 钠盐焙烧 煅烧,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,硫化矿在氧化气氛条件下加热，将全部（或部分）硫脱除转变为相应的金属氧化物（或硫酸盐）的过程，称为氧化焙烧（或硫酸化焙烧）。 在焙烧条件下，硫化矿转变为金属氧化物和金属硫酸盐的反应可表示为： 2MS+2O=2MO+2SO 2SO2+O2 2SO3 MO +SO3 2MSO4 反应是不可逆的，而，是可逆的。,

10、1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,反应的平衡常数为：,在一定温度下，硫化矿氧化焙烧产物取决于气相组成和金属硫化物、氧化物及金属硫酸盐的离解压。,2MS+2O2=2MO+2SO2,2SO2+O2 2SO3,MO +SO3 2MSO4,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,当炉气中的三氧化硫分压大于金属硫酸盐的分解压即：,焙烧产物为金属硫酸盐，过程属硫酸化焙烧,当炉气中的三氧化硫分压小于金属硫酸盐的分解压即：,焙烧产物为金属氧化物，过程属氧化焙烧,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,各种金属硫酸盐的分解温度和分解自由能不同，控制被烧温度和炉气成分即可控制焙烧产物组成，以达到选择硫酸化焙烧的目的。,Al2(SO4)3

11、,NiSO4,CuSO4,ZnSO4,FeSO4,PbSO4,1,2,3,4,1: 10.1%SO2+5.05%O2;2: 7.0%SO2+10%O2;3: 4.0%SO2+14.6%O2;4: 2.0%SO2+18.0%O2;,毫米汞柱,温度,实线PSO3(MSO4) 与温度关系,虚线 PSO3 与温度关系,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,1.1.1 铁的硫化物,4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO23FeS+5O2=2Fe3O4+3SO22FeS+3.5O2=Fe2O3+2SO2,温度300-500 及以上 ，最后一个反应在700 时立即向右移动。,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,1.1

12、.1 铁的硫化物,16Fe2O3+FeS2=11Fe3O4+2SO210Fe2O3+FeS=7Fe3O4+SO26Fe2O3+Cu2S=2Cu+4Fe3O4+SO29Fe2O3+ZnS=ZnO+6Fe3O4+SO2 Fe2O3+MO=MOFe2O3,焙烧过程生成的氧化铁与其他金属化合物发生相互反应：,600-800 时，最后三个反应进行甚为完全。,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,1.1.2 铜的硫化物,焙烧过程铜的硫化物的反应：,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,1.1.2 铜的硫化物,当有硫化物存在时，反应生成的硫酸铜会在很低的温度下进行相互反应而分解，见下式。 因此，铜的硫酸化焙烧应该温度低于6

13、50 ，氧化焙烧要高于650 。,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,1.1.3 锌硫化物,焙烧过程闪锌矿的反应：,着火温度550度，生成硫酸锌和氧化锌薄层致密，较难氧化。,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,1.1.4 铅硫化物,焙烧过程方铅矿的反应：,焙砂中铅主要呈氧化铅形态存在。方铅矿的焙烧宜在低温下进行。,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,1.1.5 砷硫化物,砷常呈毒砂（FeAsS）和雌黄（As2S3) 中性条件下分解：,氧化气氛中：,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,1.1.5 砷硫化物,As2O3易挥发，120时挥发已显著，其挥发率随温度的升高而快速增加， 500 时的蒸汽压可达1个大气压，部分在氧

14、气剂的作用下可转变为发挥性小的As2O5，升高温度和增大空气过剩量将促进的氧化砷生成。生成的氧化砷将与金属氧化物（PbOCuOFeO等)作用生成砷酸盐:,生成的砷酸盐很稳定，只在高温时才离解，因此，氧化焙烧时通常难予将砷全部除去。,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,1.1.6 其它硫化物,银的硫化物(Ag2S):焙烧产物灰银矿、金属银和硫酸银金（Cu)：不发生变化锑化合物(Sb2S3、脆硫锑铅矿Pb2Sb2S3）：同砷相似镉化合物(CdS)：氧化镉和硫酸镉，高温时挥发富集与烟尘中铊和铟 :8001000 时以氧化态挥发。,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,1.1.7 脉石矿物,脉石矿物石英、方解石、白

15、云石、菱镁矿、石膏等，焙烧时会发生下列反应：,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,1.1.8 氧化焙烧实践,氧化焙烧温度应高于相应硫化物的着火温度，而硫化物的着火温度与其粒度有关。,1.1 氧化焙烧与硫酸化焙烧,1.1.8 氧化焙烧实践,实践中焙烧温度常常波动于580850，一般不超过900 。 氧化焙烧常用脱硫率或目的组分的硫酸化程度来衡量。 氧化焙烧作业可根据生产规模采用间断或连续的方式进行。处理量小时，可在间断作业的焙烧锅或反射炉中进行。处理量大时，可采用连续作业的回转炉、沸腾炉或多层焙烧炉。,1.2 还原焙烧,还原焙烧是在低于炉料熔点和还原气氛条件下，使矿石中的金属氧化物转变为相应低价金属氧

16、化物或金属的过程 还原反应（除汞和银的氧化物，添加还原剂）： MO+R=M+RO 凡是对氧的化学亲和力比被还原的金属对氧的亲和力的物质均可作为该金属氧化物的还原剂,1.2 还原焙烧,生产中常用还原剂为固体炭、一氧化碳气体或氢气（煤气、天然气及焦炭，煤粉）。 金属氧化物的标准生成自由能的变化随温度的升高而急剧增大，而一氧化碳的标准自由能随温度的升高反而显著的减少，故高温下条件下，碳可作为许多金属的还原剂。 还原被烧目前主要用于处理难选的铁、锰、铜、锡、锑等矿物原料。 如弱磁性贫铁矿的还原磁化焙烧、含镍红土矿的还原焙烧。,1.2.1 弱磁性贫铁矿的还原磁化焙烧 赤铁矿： Fe2O3+R=Fe3O4

17、+RO 褐铁矿： Fe2O3nH2O 菱铁矿： 3FeCO3 300-400 Fe3O4+2CO2+CO（不通空气） 2FeCO3+1/2O2 Fe2O3+2CO2（通少量空气） 3Fe2O3+CO=Fe3O4+CO2 黄铁矿：7FeS2+6O2 Fe7S8+6SO2 3Fe7S8 +38O2 7Fe3O8+24SO2,Fe3O4,Fe2O3,FeO,Fe,1.2.1 弱磁性贫铁矿的还原磁化焙烧,生产中采用还原度来衡量还有磁化焙烧过程，它是还原焙烧矿中FeO含量与铁含量比值的百分数。 我国鞍山烧结总厂据所处理的矿石性质和焙烧条件，认为R=4252%时焙烧矿的磁性最强。,1.2.1 弱磁性贫铁矿

18、的还原磁化焙烧,影响还原焙烧产品质量的主要因素为： 矿石的物化性质 （矿物组成、结构构造、粒度特性等）焙烧温度气相组成还原剂类型设备类型等， （焙烧块矿常用竖炉、焙烧粉矿可采用斜坡炉、沸腾炉等）,气相组成,1.2.1 弱磁性贫铁矿的还原磁化焙烧,各种气体还原剂的还原效果,可见，水煤气效果最好，因其还原组分最高、热损少，放热最大，可减少煤气用量。 但工业一般采用混合煤气。,1.2.2 粒铁法,回转窑粒铁法是一种用劣质燃料处理不适于高炉炼铁的高硅贫铁矿和矿粉的方法。 燃料为高炉不用的焦粉和煤(褐煤、烟煤或无烟煤粉）。 生产中，破碎至一定粒度与煤粉（1-3mm),溶剂按一定比例混合均匀后给入回转炉。

19、反应后，再经水淬、冷却、磨矿等作业送去磁选或重选。可获得含量95以上的粒铁，回收率达8590。 粒铁可以作为钢铁、废钢代用品及铁合金原料，杂质含量高的粒铁可作为高炉炼铁的原料。,氧化镍矿的还有焙烧低压氨浸工业回收工艺。（主要是指含镍红土矿） 主要矿物还原反应： NiO+R=Ni+RO CoO+R=Co+RO 其中的铁的氧化物，在不同条件下还原成不同的形式。一般控制气相组成%CO2/%CO大于2.53或%H2O/%H2大于2.45，镍钴氧化物可优先还原为金属镍、钴，氧化铁大部分被还原为磁铁矿而不生成金属铁。,1.2.3 含镍红土矿的还原焙烧,1.3 氯化焙烧,氯化焙烧是一定温度和气氛条件下，用氯

20、化剂使矿物原料中的目的组分转为气相或凝聚相的氯化物，以使目的组分分离富集的工艺过程。,中温氯化焙烧氯化物呈固态存在焙砂，在用浸出的方法使 其进入溶液中,高温氯化焙烧氯化物呈气态挥发,离析（氯化-还原焙烧）使目的组分呈氯化物气态挥发的 同时又使金属氯化物被还原而呈金属态析出。,据产物形态,氧化氯化焙烧（直接焙烧）,还原氯化焙烧（还原氯化）,据气相,氯化焙烧时可采用气体氯化剂(Cl2、HCl)或固体氯化剂(NaCl、CaCl2、FeCl2等),MO+Cl2=MCl+1/2O2 MO+2HCl=MCl+H2O,MS+Cl2=MCl+1/2S2 MS+HCl=MCl+H2S,气体,氯化焙烧,2NaCl

21、+SO2+O2= Na2SO4+Cl22NaCl+SiO2+H2O= Na2SiO3+2HCl2NaCl+SiO2+1/2O2= Na2SiO3+Cl2,CaCl2+SO2+O2= CaSO4+Cl2CaCl2+SiO2+H2O= CaSiO3+2HClCaCl2+SiO2+1/2O2= CaSiO3+Cl2,固体,固体氯化剂的氯化作用主要是通过其他组分使其分解而得的氯气和氯化氢来实现的。实验表明，物料中的氧化硅、氧化铁、氧化铝等以及其相中的二氧化硫、氧气和水蒸汽等。,氯化焙烧,氯化焙烧,氯化焙烧,金属氧化物被氯气氯化时需一定的氯氧比，此比值的大小与温度有关，而在一定温度下所需的最小氯氧比可用

22、该温度下的G值进行估算。由于各金属氧化物氯化标准自由能变化值不同，在一定温度下控制一定的氯氧比即可达到选择性氯化分离的目的。 氧化过程中可以采用增加氯气分压或降低氧气分压的方法提高体系的氯氧比，而加入还原剂是降低体系中氧气分压的最有效的方法。,氯化焙烧,采用气态氯化氢做氯化剂时，为了防止氯化物水解，气相中应有足够高的%HCl/%H2O比值。 可采用增加氯化氢分压或降低水蒸汽压力的方法提高体系%HCl/%H2O比值，而尽量降低体系中水蒸汽压力是提高此比值是最有效的方法。因此，焙烧物料应干燥，使用氢含量低的燃料以减少气相中的水分含量。 同时、在一定温度下添加还原剂也能使难于被氯化氢氯化的氧化物变得

23、较易被氯化。控制一定的%HCl/%H2O比值即可达到选择氯化的目的。,影响氯化焙烧的主要因素为温度、氯化剂类型及浓度、气相组成、气流速度、物料粒度、空隙度、物料矿物组成、化学组成、催化作用等 氯化焙烧工艺用于处理黄铁矿烧渣、高钛渣、贫镍矿、红土矿、贫锡矿、复杂金矿及贫铋复合矿。 焙烧过程中可在多膛炉、竖炉、回转窑或沸腾炉中进行。,氯化焙烧,氯化离析也是处理某些难选矿石的有效方法之一。该法使在矿物原料中加入一定量的炭质还原剂（煤或焦分）和氯化剂(NaCl或CaCl2)，在中性或弱还原性气氛下加热，使有用组分从矿石中氯化挥发并同时在炭粒表面还原为金属颗粒，随后用物理选矿方法将其富集为化学精矿。 难

24、选氧化铜矿矿石的离析上世纪70年代已大规模工业化。,氯化离析,1 食盐水解产生氯化氢气体： 2NaCl+xSiO2+H2O= Na2O. xSiO2+2HCl 4NaCl+Al2O3.2SiO2.2H2O = (Na2O)2.Al2O3.2SiO2+4HCl 2 氧化铜矿的氯化与挥发 2CuO+2HCl= 2/3Cu3Cl3+2H2O+1/2O2 Cu2O+2HCl= 2/3Cu3Cl3+H2O 3 氧化铜矿被氢还原并析出在炭粒表面 2/3Cu3Cl3+H2 = 2Cu+2HCl 其影响因素：矿石性质、温度、离析反应时间、氯化剂类型及用量、还原剂类型与用量、水分含量及工业炉型等。,离析过程的机

25、理：,1.4 钠盐烧结焙烧,钠盐焙烧是在矿物原料中加入钠盐（如碳酸钠、食盐、苛性钠、硫酸钠等）在一定温度和气氛下，使难溶的目的组分矿物转变为可溶性的相应钠盐的被烧过程。,1.4 钠盐烧结焙烧,工业上，提取钨、铝、钒等有用组分2FeWO4+2Na2CO3+1/2O2 700-850 2Na2WO4+Fe2O3+2CO23MnWO4+3Na2CO3+1/2O2 700-850 3Na2WO4+Mn3O4+3CO22MnWO4+2Na2CO3+1/2O2 700-850 3Na2WO4+Mn2O3+3CO22Al(OH)3+2NaOH 100 2NaAl(OH)4AlOOH+NaOH+H2O 155

26、-175 NaAl(OH)4Al2O3+2NaOH+3H2O 230-240 2NaAl(OH)4,1.4 钠盐烧结焙烧,用于除去难选粗精矿的杂质SiO2+Na2CO3 700-800 2Na2SiO3+CO2SiO2+2NaOH 500-800 2Na2SiO3+H2OCa3(PO4)2+Na2CO3 2Na3PO3+CaCO3Al2O3+2NaOH 500-800 NaAlO2+H2OFe2O3+2NaOH 500-800 NaAlO2+H2O还有：MoS2 As2S3,1.5 煅烧,煅烧是天然化合物或人造化合物的热离解或晶形转变过程。,其过程可以用方程式表示： MCO3=MO+CO2 M

27、SO4=MO+SO2+1/2O2 MS2=MS+1/2S2 （NH4)2WO4 = WO3+2NH3+H2O影响因素:煅烧温度、气相组成、化合物的热稳定性等,小知识-钢铁,钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志，钢铁发展直接影响着与其相关的国防工业及建筑、机械、造船、汽车、家电等行业。随着国际产业的转移和中国国民经济的快速发展，中国钢铁工业取得了巨大成就。 中国钢产量由1978年的3717万吨增长到2007年的4.89亿吨。2007年中国生产粗钢48924.08万吨，比上年增加6625.22万吨，增长15.66%；生产生铁46944.63万吨，比上年增加6189.

28、22万吨，增长15.19%；生产钢材56460.81万吨（含重复材），比上年增加10442.84万吨，增长22.69%，行业总体呈较快增长态势。2008年我国钢产量突破了5亿吨，达到50048.8万吨，占全球钢产量37.6%，国内市场占有率超过97%。,小知识-钢铁,中国钢铁工业不仅在数量上快速增长，而且在品种质量、装备水平、技术经济、节能环保等诸多方面都取得了很大的进步，形成了一大批具有较强竞争力的钢铁企业。中国钢铁工业不仅为中国国民经济的快速发展做出了重大贡献，也为世界经济的繁荣和世界钢铁工业的发展起到积极的促进作用。 中国经济快速的发展，拉动了中国钢材消费的持续增长，缓解了全球钢铁产能过

29、剩，改变了世界钢铁市场和原料市场的供求关系，由过去的供大于求转为供不应求，钢铁市场由低迷转为兴旺，钢材价格由长期的低价位运行转为高价位运行。,小知识-钢铁,2001年至2007年，全球钢铁业重新恢复了活力，国际钢铁市场需求兴旺，钢铁企业利润丰厚。2008年，随着世界经济危机的蔓延，全球钢铁行业发展面临巨大压力，中国钢铁行业下游市场需求减缓，在应对经济危机方面，中国政府频频出台政策措施，对钢铁行业产生积极作用。截止2008年11月，国务院批复的铁路投资额已经达到2万亿元，其中在建项目的投资规模超过了1.2万亿；此外交通运输部门正在酝酿一个未来3至5年内投资5万亿元的计划，包括在建项目、已经规划的

30、项目和追加投资，将涉及公路、水路、港口和码头建设等。政府加大基础设施建设将拉动钢材需求。,钢铁( iron and steel),钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。 按含碳的含量的不同，铁碳合金分为钢与生铁两大类:!钢是含碳量为0.03%2%的铁碳合金;!生铁是含碳量2%4.3%的铁碳合金。,钢铁( iron and steel),生铁硬而脆，但耐压耐磨。 根据生铁中碳存在的形态不同又可分为白口铁、灰口铁和球墨铸铁。白

31、口铁中碳以Fe3C形态分布，断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。碳以片状石墨形态分布的称灰口铁，断口呈银灰色，易切削，易铸，耐磨。若碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。在铸铁中加入特种合金元素可得特种铸铁，如加入Cr，耐磨性可大幅度提高，在特种条件下有十分重要的应用。,钢铁( iron and steel),碳钢是最常用的普通钢，冶炼方便、加工容易、价格低廉，而且在多数情况下能满足使用要求，所以应用十分普遍。 按含碳量不同，碳钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。随含碳量升高，碳钢的硬度增加、韧性下降。 合金钢又叫特种钢，在碳钢的基础上加入

32、一种或多种合金元素，使钢的组织结构和性能发生变化，从而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性，等等。经常加入钢中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。我国合金钢的资源相当丰富，除Cr、Co不足，Mn品位较低外，W、Mo、V、Ti和稀土金属储量都很高。,铁冶炼(iron smelting),钢铁冶炼是钢、铁冶金工艺的总称。基本生产过程是在炼铁炉内把铁矿石炼成生铁，再以生铁为原料，用不同方法炼成钢，再铸成钢锭或连铸坯。 铁冶炼 现代炼铁绝大部分采用高炉炼铁，个别采用直接还原炼铁法和电炉炼铁法。 (1)高炉炼铁是将铁矿石在高炉中还原，熔化炼成生铁，此法操作简便，能

33、耗低，成本低廉，可大量生产。生铁除部分用于铸件外，大部分用作炼钢原料。 (2)直接还原炼铁法，是将矿石在固态下用气体或固体还原剂还原，在低于矿石熔化温度下，炼成含有少量杂质元素的固体或半熔融状态的海绵铁、金属化球团或粒铁，作为炼钢原料（也可作高炉炼铁或铸造的原料）。 (3)电炉炼铁法，多采用无炉身的还原电炉，可用强度较差的焦炭（或煤、木炭）作还原剂。,钢冶炼(steel smelting),钢冶炼 炼钢主要是以高炉炼成的生铁和直接还原炼铁法炼成的海绵铁以及废钢为原料，用不同的方法炼成钢。主要的炼钢方法有:转炉炼钢法、平炉炼钢法、电弧炉炼钢法3类。 满足更高质量、更多品种的高级钢，便出现了多种钢

34、水炉外处理（又称炉外精炼）的方法。如吹氩处理、真空脱气、炉外脱硫等,生产高级的钢种。对某些特殊用途，要求特高质量的钢，用炉外处理仍达不到要求，则要用特殊炼钢法炼制。如电渣重熔，是把转炉、平炉、电弧炉等冶炼的钢，铸造或锻压成为电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺；真空冶金，即在低于1个大气压直至超高真空条件下进行的冶金过程，包括金属及合金的冶炼、提纯、精炼、成型和处理。,钢铁冶炼原料-铁矿石,世界铁矿资源丰富，据美国地质调查局报告，截止2005年底，世界铁矿石储量为1600亿t，储量基础为3700亿t，铁金属储量为800亿t，量基础为1800亿t。世界铁矿资源分布的特点是南半球国家富铁矿床

35、多，如巴西、澳大利亚、南非等国；北半球国家贫铁矿床多，如前苏联地区、美国、加拿大、中国等。我国铁矿石富矿少、贫矿多，97 的铁矿石为30以下的低品位铁矿，国内尚存大量未被开发利用的难选铁矿。另外，铁矿石资源开发利用进入21世纪以来，呈逐渐上升态势，2006年世界铁矿石价格比上一年上涨19，使我国钢铁行业面临着巨大的压力。总结国内难选铁矿选矿技术进展、推进选矿技术进步，更好地利用这部分资源，对支持我国钢铁行业的发展，具有一定的现实意义。,钢铁冶炼原料-质量要求,铁矿石质量的评价主要依据铁矿石的使用价值，而铁矿石的使用价值又取决于高炉冶炼对铁矿石的要求,物理性能对冶炼影响,化学性能对冶炼影响,铁矿

36、石性质对冶炼影响,含铁量脉石矿物含量有害成分含量有益成分含量,铁矿石粒度铁矿石强度含水量,钢铁冶炼原料-质量要求,铁矿石粒度对炼铁的影响 矿石粒度越均匀，高炉料柱的透气性越好。天然富矿入炉前往往要经过严格的破碎和筛分，使其粒度控制在825 mm或1050 mm 内。实验表明，入炉矿石含粉率(5 mm 的粉末)减少l0 %，高炉焦比下降5%，产量上升10%。,铁矿石粒度对冶炼影响,铁矿粉粒度对烧结的影响 对于烧结生产而言，烧结料中30 mm料的含量与烧结生产率成反比关系，3 mm部分比率越高烧结生产率越低。研究表明，烧结料合适的粒度组成是：3 0mm料的含量l0 mm 的料不得超过l0 %，即尽

37、量减少30mm的粒级而增加310mm的粒级。,钢铁冶炼原料-质量要求,入炉铁矿石的强度好，则高炉料柱粉化率低，产生的粉末少，透气性能也好；而矿石强度差，就会产生大量粉末，恶化料柱的透气性，增加炉尘损失。高炉冶炼中，一般人造富矿高温强度相对较差。,铁矿石强度对冶炼的影响,钢铁冶炼原料-质量要求,水分对烧结的影响:适宜水分与矿粉的粒度、气温有很大的关系。物料越细，比表面积越大，所需适宜水分越多；气温高，适宜的水分相对高，反之亦然。 水分在造球用精粉中的作用:造球原料的含水量影响成球速度和生球强度，水分不足成球速度慢，结构也脆弱。原料水分过多不仅会使生球互相粘结变形，也会使生球长得过大，粒度不均匀。

38、过湿的原料还容易使造球机粘结破坏造球料的运动状态增大造球机负荷。过湿的生球，强度也很低，在运输过程中易变形，粘结和破裂；在干燥过程中，料层透气性变坏,导致焙烧、固结时间延长，产量质量下降.一般磁铁精粉和赤铁精粉的造球水分为810%，褐铁精粉的造球水分为1424%,含水量对冶炼的影响,钢铁冶炼原料-质量要求,铁矿石含铁量越低，脉石数量就越多，高炉冶炼就需多用熔剂和焦炭，生产率也下降。因此，过贫的矿石直接入炉在经济上不合算，同时，在操作上也有较多的困难。 在我国，小型高炉用铁矿石，直接入炉品位不低于47%，大型高炉不低于50，而对褐铁矿、菱铁矿及含碱性脉石的矿石，应在扣除其中CO2、H2O或碱性脉

39、石的情况下来衡量矿石含铁量的高低。冶炼品位高的矿石，有利于提高产量，降低焦比。根据生产经验，铁矿石品位升高1%，焦比可降低2%，产量提高3%。,含铁量对烧结和炼铁的影响,钢铁冶炼原料-质量要求,脉石成分与数量在很大程度上决定了熔剂与燃料的消耗量。因此，它也是评价铁矿石的重要指标。与铁矿石伴生的脉石矿物有CaO、MgO、SiO2、AI2O3、TiO2、CaF2等。 烧结料含SiO 2的量以控制在5 6%为宜; 烧结矿中AI2O3、 含量应2.1%;,铁矿石中脉石矿物含量对冶炼的影响,矿石中的有害杂质是指那些对冶炼有妨碍或使冶炼不易获得优质产品的元素，通常有硫、磷、铅、锌、砷等，铜有时有害，有时有

40、益。1 高炉原料要求的含硫0.3%高硫矿。2 入炉矿石含磷0.030.8%;3 矿石允许含铜量不超过0.2%;4 要求入炉矿石含铅0.1%;5要求入炉矿石含锌0.10.2; 6一般高炉冶炼要求矿石含砷量0.07%;7 钾、钠碱金属含量，一般要求矿石中： K2O+Na2O0.10.6%。,铁矿石中有害含量对冶炼的影响,钢铁冶炼原料-质量要求,铁矿石中的有益元素指对金属质量有改善作用或有益于提取的元素，如锰、铬、钴、镍、钒、钛、铌钽、铈、镧等，这些元素达到一定含量时，即可视为复合矿石。有些元素是发展高科技所急需的，其经济价值很大。,铁矿石中有益成分含量对冶炼的影响,复杂难选铁矿石,复杂难选铁矿石的

41、种类及性质含铁矿物种类繁多，目前已发现的铁矿物和含铁矿物约300余种，其中常见的有170余种。但在当前技术条件下，具有工业利用价值的主要是磁铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。其中褐铁矿、菱铁矿等弱磁性含铁矿石为较难选别的铁矿石，弱磁性铁矿物的物理化学性质如表1我国各类难选铁矿石的储量如表2所示。,复杂难选铁矿石,复杂难选铁矿石,我国菱铁矿资源较为丰富，储量居世界前列，已探明储量18.34亿t，占铁矿石探明储量的3.4，另有保有储量18.21亿t。我国菱铁矿主要分布在湖北、四川、云南、贵州、新疆、甘肃、青海、陕西、山西、广西、山东、吉林等省(区)，特别是在贵州、陕西、山西、甘肃和

42、青海等西部省(区)，菱铁矿资源一般占全省铁矿资源总储量的一半以上，如陕西省柞水县大西沟菱铁矿矿床储量超过3亿t。,a 菱铁矿选矿技术进展,由于菱铁矿的理论铁品位较低，且经常与钙、镁、锰呈类质同象共生，因此采用物理选矿方法铁精矿品位很难达到45以上，但焙烧后因烧损较大而可大幅度提高铁精矿品位。菱铁矿比较经济的选矿方法是重选、强磁选，但难以有效地降低铁精矿中的杂质含量。采用强磁选-浮选联合工艺能有效地降低铁精矿中的杂质含量，菱铁矿精矿焙烧后可作为优质的炼铁原料,菱铁矿选矿技术进展,文光远等 在实验室对威远SiO2含量高达26左右菱铁矿进行了焙烧、选矿、烧结和冶金性能的试验研究,研究表明，该矿氧化焙

43、烧后，破碎到6mm，经过水洗、干燥、筛去小于0.8 mm部分，可获得铁含量50左右、SiO2含量小于20的精矿，回收率可达70；还原焙烧-磁选可获得铁含量为58左右、SiO2含量约10的精矿，回收率可达3540。,菱铁矿选矿技术进展,罗立群等人对陕西大西沟菱铁矿矿石进行了试验研究。试验结果表明，应用中性磁化焙烧-干式自然冷却-异地磁选技术，将在700下焙烧70 min的焙烧矿先封闭冷却至400300，再排人空气中冷却至室温，可形成强磁性的磁铁矿和r-Fe203；焙烧矿的磁选流程试验获得了铁精矿品位59.5659.37、铁回收率达72.0373.72的良好指标。,菱铁矿选矿技术进展,褐铁矿矿石含

44、铁3540，高者可达50，有害杂质S、P通常较高。我国探明褐铁矿储量l2.3亿t，占全国探明储量的2.3。主要分布于云南、广东、广西、山东、贵州、江西、新疆和福建。由于褐铁矿中富含结晶水，因此采用物理选矿方法，铁矿精矿品位很难达到60，但与菱铁矿相同，焙烧后因烧失较大而大幅度提高铁精矿品位。褐铁矿在磨矿过程中极易泥化，难以获得较高的金属回收率。近年来，随着新型高梯度强磁选机和新型高效反浮选药剂的研制成功，强磁选、反浮选、正浮选、焙烧-磁选联合流程等都取得明显进展。,b 褐铁矿选矿技术进展,王毓华等人针对广东某褐铁矿矿石共生关系简单的特点，采用强化矿浆分散阳离子反浮选脱硅新工艺，即采用1250g

45、/t碳酸钠和600g/t水玻璃实现矿浆的强化分散，在磨矿细度为-0.074 mm占80、十二胺用量200g/t、浮选时间18 min的条件下，选别该褐铁矿矿石，获得铁精矿铁品位为59.25、全铁回收率为83.42的指标。,b 褐铁矿选矿技术进展,中钢集团马鞍山矿山研究院对铁坑铁矿褐铁矿进行了大量研究工作。其中强磁选一反浮选一焙烧联合工艺试验研究结果表明，反浮选精矿铁品位可达到57.00、SiO2含量降至5.00左右，经焙烧后产品的铁品位可达到64.0以上。,b 褐铁矿选矿技术进展,c 鲕状赤铁矿,鲕状赤铁矿在我国分布广泛，总储量约为铁矿资源的19左右，以其结构多呈鲕状而得名。由于在地质成矿过程

46、中，赤、褐铁矿与石英、粘土类脉石矿物一般是由鲕状颗粒中心向外呈不规则壳状层层包裹，形成多层状构造，铁矿物层与脉石层之间界限不是十分明显，而呈现过渡现象，同时此类铁矿中铁矿物和脉石矿物的嵌布粒度均较细。当铁矿物单体解离度85时，矿物颗粒直径通常达到-20um左右。由于这一粒径范围已超过现行选矿工艺设备的极限而造成鲡状赤铁矿分选困难。,c 鲕状赤铁矿,由于鲕状赤铁矿嵌布粒度极细及其相互层层包裹的结构，很不利于矿石的单体解理:例如宣龙式鲕状赤铁矿， 当原矿磨矿粒度为-200目55% 时，赤铁矿的单体解离度仅为12.33%；-325目粒级赤铁矿的单体解离度仅为22.25%，-325目含量为31.43%

47、。随磨矿粒度-200目含量增加，赤铁矿单体解离度增加，但变化区间不大，-200 目达到95%时，赤铁矿的单体解离度为52.23 ；-325目粒级为65.78%，-325目含量为60.82%。并且矿石经碎矿和磨矿后，特别容易形成微细颗粒而且泥特多，这就决定了该铁矿石的选冶非常困难。,c 鲕状赤铁矿难选的主要原因,铁矿物嵌布粒度极细，如要使其环带解离或鲕核单体解离，则必须磨至 30 um 以下或者几个微米； 此类矿石绝大部分属于沉积型铁矿床，一般伴生有大量的粘土，硬度低，在碎矿过程中易形成含铁较高的矿泥，严重影响随后之选别作业；矿物本身构造复杂，有以赤铁矿或褐铁矿，也有以石英或绿泥石为鲕核的多种类型；一般伴生有较高的有害杂质磷矿物，而且有些以胶状物与鲕铁粒致密连生；原铁矿品位低，大多在30%左右 。,c 鲕状赤铁矿,鲕状赤铁矿的国内外选矿研究，包括: 脱磷、脱硅、脱硫； 反浮选工艺、选择性聚团-反浮选 高梯度磁选、新设备和新技术； 直接还原法、 酸浸、氯化焙烧酸浸工艺等。但是对其成功富集的报道却很少.,鲕状赤铁矿选矿,鲕状赤铁矿选矿,