中南大學(xué)

　　1 研究背景

　　隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，而國(guó)內(nèi)富礦資源明顯不足，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)多數(shù)鋼鐵企業(yè)不得不利用大量外匯從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)礦石原料，所以合理的開(kāi)發(fā)和利用成為緩解當(dāng)前鐵礦石市場(chǎng)供需矛盾的關(guān)鍵所在[1]。我國(guó)菱鐵礦資源豐富，具有“貧、細(xì)、雜”的特點(diǎn)，極度難選，常規(guī)選礦方法無(wú)法使之有效分選，目前其開(kāi)采量不足總儲(chǔ)量的10%[2]；另一方面，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主，其中劣質(zhì)煤資源豐富，但其開(kāi)發(fā)和利用受到很大限制，一般被作為低級(jí)燃料直接燃燒使用，導(dǎo)致嚴(yán)重的大氣污染。因此，如何清潔高效利用國(guó)內(nèi)復(fù)雜難選鐵礦石及低階或劣質(zhì)煤資源受到國(guó)內(nèi)外冶金界和能源界的高度重視。

　　對(duì)我國(guó)低品位復(fù)雜鐵礦和劣質(zhì)煤資源分布區(qū)域進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)低品位復(fù)雜鐵礦和劣質(zhì)煤資源的分布均集中在陜西、新疆、青海、甘肅、云南、湖北、廣西、貴州、河北和山東等省區(qū)，具有地域重合的特點(diǎn)。

　　目前利用低品位菱鐵礦的工藝有焙燒改性－磁選工藝，預(yù)還原-高爐工藝，直接還原-熔融還原一步煉鐵技術(shù)等，雖然這些工藝都能得到較高鐵品位，但是還原劑沒(méi)有得到充分的利用，為此，本實(shí)驗(yàn)提出以典型難選的低品位菱鐵礦和難利用的劣質(zhì)煤為研究對(duì)象，開(kāi)展菱鐵礦直接還原與低階煤提質(zhì)的一體化多聯(lián)產(chǎn)新工藝基礎(chǔ)研究，同時(shí)制備優(yōu)質(zhì)的直接還原鐵粉和半焦產(chǎn)品。該工藝符合目前短流程煉鋼的發(fā)展趨勢(shì)，不僅有效回避了我國(guó)天然氣和冶金焦資源短缺的問(wèn)題，拓寬了菱鐵礦資源的利用途徑，增加我國(guó)直接還原鐵的產(chǎn)量，并同時(shí)提質(zhì)低階或劣質(zhì)煤產(chǎn)出高附加值的半焦產(chǎn)品，展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。本次研究對(duì)高效清潔利用低品位鐵礦資源和劣質(zhì)煤資源具有重大意義。

　　2 原料性能

　　2.1 菱鐵礦

　　本實(shí)驗(yàn)使用的鐵礦石是新疆某菱鐵礦，表2-1為其化學(xué)組成，由表可知，鐵礦石中鐵品位偏低，只有35.43%，純菱鐵礦的理論鐵含量為48.2%，其它有價(jià)金屬很少，脈石含量高，尤其SiO2含量高達(dá)10.75%，CaO含量4.91%，有害元素磷含量較低，但硫含量較高，為0.24%。菱鐵礦屬碳酸鹽類，燒損大，LOI為28.89%。根據(jù)研究需要，菱鐵礦塊礦需經(jīng)破碎至-25mm粒級(jí)使用，破碎后粒度組成和密度見(jiàn)表2-2所示，該礦石比重小于一般赤鐵礦和磁鐵礦。 

　　表2-1 菱鐵礦的化學(xué)組成/wt%

　　2.2低階煤

　　本實(shí)驗(yàn)使用還原劑為兩種低階煤，煤的工業(yè)分析、煤灰分的化學(xué)組成及煤的灰渣軟融特性分別見(jiàn)表2-3、表2-4和表2-5所示。研究表明[3]，回轉(zhuǎn)窯直接還原用對(duì)還原煤的要求一般為固定碳FCad含量宜在50%以上，揮發(fā)分Vad在30%左右，灰分Aad含量越低越好，最好小于10%，全硫含量在1%以下，焦渣特征數(shù)值小于2。此外，為避免回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈，一般來(lái)說(shuō)灰分熔點(diǎn)宜大于1150℃。由此可知，兩種還原煤均適合作直接還原用煤。

 　　表2-3還原煤的工業(yè)分析/wt%

　　在煤的熱解和氣化過(guò)程中，煤灰自身有一定的固硫作用。于煤中的含硫量和堿性成分含量決定了煤灰的固硫能力。研究表明，煤灰堿度越高的煤脫硫效果越好[4]。堿性成分中，鈣對(duì)煤灰固硫起主要作用，Ca/S比越大，煤灰自身的固硫率越高[5]。由表2-6可知，煙煤自身的固硫率為68.27%，褐煤的固硫率僅為38.96%，所以在直接還原過(guò)程中使用煙煤脫硫效果更好一些。