沉积型铁矿是我国重要的铁矿资源,沉积型铁矿床储量占全国储量的8.7%,具有矿层分布面积广,厚度薄的特点,矿石多为赤铁矿、菱铁矿、分选难度大。綦江铁矿石属于典型的沉积型难选铁矿石,采用传统的选矿工艺无法实现工业化的开发利用。本课题以纯矿物和綦江铁矿石为原料,主要研究磁化焙烧过程的动力学和机理。綦江铁矿石静态磁化焙烧试验研究结果表明:在焙烧温度650℃焙烧时间120min和焙烧温度800℃焙烧时间20min都能获得较好的指标。焙烧温度和焙烧时间一定时,随着配碳量的增加,焙烧产品的品位先增大后减小,回收率一直降低,产生了大量的浮氏体。焙烧后铁矿物与石英有互相包裹的特征,进一步磁选前必须细磨使其充分解离。经过磁选后,有害元素硫绝大部分富集在磁选尾矿中,磁选精矿符合铁精矿产品质量要求。在此基础上,利用热重技术,采用等温法和非等温法依次研究了纯矿物以及綦江铁矿石的磁化焙烧过程动力学。研究结果表明:纯矿物和綦江铁矿石磁化焙烧过程中反应分数均经历了缓慢上升、快速上升和趋于平缓三个阶段,反应速率均经历了先逐渐增大到峰值,然后逐渐减小,最后接近于零的过程。纯矿物和綦江铁矿石恒温磁化焙烧反应机理函数都为F1,表观活化能E分别为74.48kJ/mol和152.88kJ/mol,指前因子A分别为27.39min-3和535.18min-1、纯矿物和綦江铁矿石非恒温磁化焙烧前两阶段机理函数均为F3,化学反应为限制环节,最后一阶段均为扩散控制,纯矿物机理函数为D1,綦江铁矿石为D3。研究粒度、配碳量和料层厚度对焙烧动力学的影响表明:粒度越细,反应相同时间的反应分数越大,但反应分数间的差距并不大,焙烧前不需要细磨。配碳降低了綦江铁矿石磁化焙烧的反应分数和反应速率,而且还原产品容易出现过还原现象。在一定范围内降低料层厚度有利于綦江铁矿石磁化焙烧反应在较短的时间内达到较高的反应速度,缩短反应完成所需要的时间。磁化焙烧过程机理研究表明:磁化焙烧过程是一个物相转变和多相反应过程。在焙烧过程中,焙烧产品mFe含量越来越大,oFe含量和cFe含量越来越小,在焙烧进行充分时oFe含量几乎为零,同时检测到随着焙烧时间的增长,焙烧产品磁化时单位质量的磁矩越大,说明在焙烧过程中越来越多的菱铁矿和赤铁矿转化成了磁铁矿和磁赤铁矿。菱铁矿在转化为磁铁矿的同时也产生了 CO气体,而赤铁矿磁化焙烧需要还原气体将其还原为磁铁矿,所以同时焙烧菱铁矿与赤铁矿是处理低品位菱铁矿和赤铁矿的有效方法并且不用加任何还原剂。纯矿物与綦江铁矿石的TG-DSC分析与非恒温法处理的三段机理函数相对应,纯矿物与綦江铁矿石出现放热峰的温度基本相同,但綦江铁矿石峰面积比纯矿物大,可以看出綦江铁矿石反应比纯矿物反应的焓变大。由ANSYS模拟可知:加热过程中铁矿颗粒外层温度高于内层温度,从而产生温度梯度。焙烧开始时,铁矿颗粒表层膨胀情况大于心部,因此表层产生对心部的压应力,而心部对表层产生拉应力。随着焙烧过程的进行,表层温度与环境温度达到一致,心部温度继续升高,此时近表层的温度梯度小于心部的温度梯度,使得心部膨胀加剧,变形倾向大,产生裂纹,利于焙烧产品后续的磨矿磁选富集。以上研究基本探明了綦江铁矿石磁化焙烧过程动力学和机理,为綦江铁矿石磁化焙烧开发利用提供了指导。