硼铁矿直接还原——电炉熔分新工艺的实验研究

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本文介绍了硼铁矿资源综合利用现状,分析了现有工艺特点及存在的主要问题,提出了硼铁矿直接还原-电炉熔分新工艺,并依据生产规模选择了气基竖炉、回转窑和隧道窑三种直接还原工艺。我国硼铁矿资源丰富,但该矿综合利用难度大,现有工艺均存在一些问题,工艺流程还有待完善和革新。硼铁矿资源综合利用的关键和重点是对硼和铁的高效分离,提高其利用率和使用价值。硼铁矿直接还原-电炉熔分新工艺的提出为硼铁矿资源清洁高效综合利用提供了新途径。通过对新工艺的实验研究和理论分析,得出以下结论:  (1)由含硼铁精矿所造生球的各项指标均满足造球工艺要求,含硼铁精矿是良好的造球原料;由于球团中B2O3的存在和MgO·Fe2O3的产生,在较低的焙烧温度下球团即可达到较大的抗压强度;球团在1200℃焙烧20min后即可满足直接还原的要求;  (2)在850~1000℃的温度范围内,当气体流量一定时,含硼氧化球团的还原速率随着还原温度的升高和H2/CO的增大而变快;当H2/CO≥0.4时,还原率达到95%的反应时间约在15~60min之间;还原温度越高,CO含量越多,球团的膨胀率越大,本实验条件下膨胀率最大值为15.5%,均可满足气基竖炉要求(≤20%);球团还原后没有发生破裂和粘接现象,还原后球团抗压强度约在150~328N之间。实验结果表明,硼铁矿气基竖炉直接还原工艺的还原湿度和还原气氛的适用范围很广;  (3)在实验室条件下,回转窑直接还原时,还原温度为950℃时适宜的还原时间为150min,还原后球团没有明显裂纹和破裂现象,可以满足工艺要求;隧道窑直接还原时,适宜的还原温度为1050℃,还原时间为7h,此外在还原煤中配加适量冶金石灰等脱硫剂可以脱掉部分硫;  (4)在高温下电热熔化DRI后硼和铁可以高效分离,富硼渣中B2O3的含量在22%左右,活性可达85%以上,高品位富硼渣可以作为“一步法”生产硼酸的优良原料;含硼生铁/半钢有良好的耐磨性能,可以替代一些价格昂贵金属;  (5)实验结果表明,气基竖炉、回转窑和隧道窑三种直接还原工艺均可对硼铁进行选择性还原,在高温下电热熔化DRI后硼和铁可以高效分离;新工艺可以提高硼铁矿中硼和铁的利用率和产品的使用价值,从而可以实现硼铁矿资源的高效综合利用,三种工艺均是可行的。  硼铁矿直接还原-电炉熔分新工艺落实了硼铁矿开发利用以硼为主的原则,不仅对促进我国硼工业可持续发展具有十分重要的意义,而且可缓解钢铁企业铁矿资源日趋紧张的局面,是一种极具推广价值的工艺。
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