鐵礦石焙燒動力學(xué)研究現(xiàn)狀及發(fā)展

周 政 李艷軍 陳炳炎 張裕書 陳 超

(1.四川省冶金地質(zhì)勘察院，四川 成都610043;2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽110819;3.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都610041)

目前，用傳統(tǒng)選礦工藝處理低品位菱鐵礦、含結(jié)晶水氧化鐵礦石很難取得理想的指標(biāo)。但如果對菱鐵礦進(jìn)行焙燒，使碳酸鐵轉(zhuǎn)化為氧化鐵，由分子式計算鐵品位可從48%升至68%;褐鐵礦等含結(jié)合水較高的氧化鐵礦物脫水后可轉(zhuǎn)化為含鐵高的赤鐵礦，再經(jīng)選礦處理后能獲得較高品位的鐵精礦。從理論上來講，焙燒—磁選法是處理低品位氧化鐵礦石最有效的方法之一。針對焙燒的基礎(chǔ)研究主要包括熱力學(xué)和動力學(xué)兩方面。熱力學(xué)主要以熱力學(xué)三大定理及其推導(dǎo)公式對礦物焙燒過程的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行吉布斯自由能計算，由此得出反應(yīng)的方向和限度。動力學(xué)主要研究焙燒過程鐵礦物的化學(xué)反應(yīng)速度以及影響鐵礦物轉(zhuǎn)化的條件，了解礦物結(jié)構(gòu)與反應(yīng)速率之間的關(guān)系，進(jìn)而更好地控制焙燒過程［1］。對鐵礦物的焙燒動力學(xué)特性不能充分把握，會造成礦物的熱解不完全或過還原。如熱解不完全，則達(dá)不到焙燒效果;如過還原，會消耗大量燃料，能量損失大。目前鐵礦石焙燒動力學(xué)研究主要有以下幾種方法:①利用尾氣中CO2和CO 的含量推算菱鐵礦的熱解動力學(xué);②通過測量焙燒樣品中FeO 含量隨時間的變化來推算赤鐵礦的焙燒動力學(xué);③通過測量恒溫或升溫環(huán)境下焙燒礦的質(zhì)量隨時間的變化來推算焙燒過程的動力學(xué)。鐵礦焙燒動力學(xué)的研究中熱重法應(yīng)用得最為廣泛，熱重分析的結(jié)果用熱重曲線(TG)和微商熱重曲線(DTG)表示。通過分析熱重曲線，可以知道焙燒礦物在多高溫度時產(chǎn)生變化，并且根據(jù)失重量來研究鐵礦焙燒過程中各反應(yīng)階段的動力學(xué)三因子(表觀活化能E、指前因子A 及反應(yīng)機(jī)理函數(shù)f(a))。

1 熱重動力學(xué)研究基本方法

用熱重分析法研究焙燒過程動力學(xué)時，主要采用靜態(tài)法和動態(tài)法兩種方法作為研究手段來獲得磁化焙燒過程化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)三因子。

1.1 靜態(tài)法

靜態(tài)法即等溫法，是指礦物在恒定溫度下進(jìn)行焙燒的方法。等溫條件下，反應(yīng)動力學(xué)方程如下:

式中，a 為反應(yīng)分?jǐn)?shù);t 為反應(yīng)時間;f(a)為反應(yīng)機(jī)理函數(shù);K 為反應(yīng)速率常數(shù)，其與溫度之間的關(guān)系可用阿累尼烏斯公式表示，即

(其中R 為氣體常數(shù)，8.341 J/(mol·K);E 為活化能，kJ/mol;A 為指前因子;T 為溫度，K)。

將式(2)代入式(1)可得

對式(3)移項進(jìn)行積分可得

其中f(a)為反應(yīng)機(jī)理函數(shù)微分表達(dá)式，G(a)為反應(yīng)機(jī)理函數(shù)積分表達(dá)式，二者關(guān)系為

反應(yīng)機(jī)理函數(shù)f(a)是利用不斷積累的試驗數(shù)據(jù)下，通過假設(shè)反應(yīng)的進(jìn)程取決于反應(yīng)物與產(chǎn)物接觸面上的局部反應(yīng)活性區(qū)域的推進(jìn)，并根據(jù)影響局部活性區(qū)域推進(jìn)的不同因素推導(dǎo)而得出。磁化焙燒動力學(xué)研究的關(guān)鍵就是根據(jù)TG 和DTG 曲線確定最合適的反應(yīng)機(jī)理函數(shù)f(a)，進(jìn)而再根據(jù)阿累尼烏斯公式確定反應(yīng)的E 和A。由于阿累尼烏斯公式中的活化能E 位于指數(shù)項而指前因子A 位于乘數(shù)項，因此活化能E 數(shù)值的改變比指前因子A 的改變對化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)影響更大［2］。

1.2 動態(tài)法

動態(tài)法即非等溫法，是指礦物在升溫過程中進(jìn)行焙燒。非等溫法相比于等溫法作了一些調(diào)整，引入了升溫速率β = dT/dt，結(jié)合式(1)可得非等溫法微分表達(dá)式為

將式(6)移項，分別對T 和α 積分可得非等溫法積分表達(dá)式

與靜態(tài)法相比，動態(tài)法試驗所得的1 條非等溫?zé)岱治銮€往往包含多條等溫法曲線的信息和作用，從而使分析變得快速簡單［3］。

2 磁化焙燒動力學(xué)研究現(xiàn)狀

磁化焙燒法主要是處理弱磁性鐵礦石，弱磁性鐵礦物在不同的焙燒設(shè)備中加熱并在中性氣氛、氧化氣氛或還原氣氛中轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)磁性鐵礦物，而脈石礦物在大多數(shù)情況下磁性變化不大。學(xué)者們對磁化焙燒試驗研究做了大量的工作，但關(guān)于磁化焙燒的動力學(xué)研究做得很少，目前只針對菱鐵礦、褐鐵礦純礦物的磁化焙燒做了一些動力學(xué)研究，但對實際礦石磁化焙燒動力學(xué)的研究還很缺乏。

菱鐵礦在中性氣氛、弱還原氣氛、弱氧化氣氛中發(fā)生的反應(yīng)不同，且菱鐵礦外層與內(nèi)層的反應(yīng)也有所差別，內(nèi)層的氧化或還原反應(yīng)總是滯后于外層。目前研究者們利用熱重分析主要針對菱鐵礦純礦物或單一菱鐵礦鐵礦石進(jìn)行研究，利用TG 曲線探究在恒溫和升溫條件下，菱鐵礦的熱解溫度、不同溫度的反應(yīng)速率及其反應(yīng)機(jī)理函數(shù)。空氣中，菱鐵礦在400 ℃左右開始反應(yīng)，基本反應(yīng)歷程為

Fe2CO3→Fe3O4→γ － Fe2O3→α － Fe2O3.

在研究菱鐵礦的磁化焙燒動力學(xué)時一般不會考慮菱鐵礦內(nèi)層與外層的區(qū)別，這是由于當(dāng)菱鐵礦樣品的粒度足夠小，或?qū)⒘忤F礦樣品在恒定溫度下焙燒足夠長的時間，或焙燒過程溫度高于800 ℃時，將不會觀察到分層現(xiàn)象［4］。

龐永莉等［5］在3 種不同的升溫速率下運(yùn)用TG和DTG 的數(shù)據(jù)對大西溝菱鐵礦在中性氣氛中的熱解過程進(jìn)行了微分法的動力學(xué)研究。結(jié)果表明，大西溝菱鐵礦屬易分解物料，在400 ℃左右開始發(fā)生反應(yīng)，在510 ℃左右反應(yīng)速率達(dá)到最大值，分解反應(yīng)符合隨機(jī)核化機(jī)理，其活化能為355.39 kJ/mol，指前因子為17.03 min－1。其活化能與其他研究者求出的活化能差別較大，文章指出是礦石性質(zhì)的差別所致，但沒有探明礦物粒度組成、脈石性質(zhì)、焙燒氣氛、溫度等條件分別會對動力學(xué)參數(shù)產(chǎn)生怎樣的影響。

何威［6］運(yùn)用靜態(tài)法對菱鐵礦焙燒過程進(jìn)行動力學(xué)研究，由熱重試驗結(jié)果分析可得菱鐵礦在中性環(huán)境下焙燒，發(fā)生分解的溫度為370 ℃左右，發(fā)生分解的溫度與礦石性質(zhì)和脈石礦物的種類、含量關(guān)聯(lián)不大，菱鐵礦的分解速率幾乎在同一溫度下達(dá)到最大值。菱鐵礦在中性環(huán)境中發(fā)生分解的溫度比在空氣中焙燒發(fā)生分解的溫度低70 ℃左右，說明中性氣氛有利于菱鐵礦的熱解。菱鐵礦在中性氣氛下的焙燒反應(yīng)機(jī)理遵循Avrami－Erofeev 隨機(jī)成核和隨后生長機(jī)理(n=l)，反應(yīng)表觀活化能為46.17 kJ/mol，指前因子A 為23.02 min－1。

馮志力［7］運(yùn)用靜態(tài)法對王家灘菱鐵礦在不同溫度下的懸浮焙燒動力學(xué)進(jìn)行研究，通過測量尾氣中CO2和CO 的含量來推算菱鐵礦的懸浮焙燒機(jī)理及其動力學(xué)三因子。研究表明，在尾氣中測得的CO 含量表征了菱鐵礦焙燒過程中間產(chǎn)物FeO 的磁化進(jìn)程，中間產(chǎn)物FeO 轉(zhuǎn)化為Fe3O4的反應(yīng)速率在600 ～650 ℃溫度范圍內(nèi)隨溫度升高顯著增加，繼續(xù)升溫，反應(yīng)速率提高幅度降低，在700 ℃左右反應(yīng)速率達(dá)到最大值。經(jīng)線性擬合表明，菱鐵礦懸浮焙燒反應(yīng)的最概然機(jī)理函數(shù)為球體收縮模型R3，限制性環(huán)節(jié)是化學(xué)反應(yīng)。

趙強(qiáng)［8］運(yùn)用恒溫法對褐鐵礦配加菱鐵礦與單一褐鐵礦的磁化焙燒進(jìn)行了熱重動力學(xué)研究。結(jié)果表明:在適宜的反應(yīng)氣氛下進(jìn)行還原，單一褐鐵礦磁化焙燒反應(yīng)的機(jī)理函數(shù)是未反應(yīng)核模型，限制性環(huán)節(jié)是內(nèi)擴(kuò)散，反應(yīng)的表觀活化能Ea=34.79 kJ/mol，速率方程式為K =0.222 7e－4186/T;而混合礦中菱鐵礦分解會產(chǎn)生氣體向外擴(kuò)散，導(dǎo)致質(zhì)量減少，所以混合礦的密度會下降，此時在混合礦顆粒中必然產(chǎn)生一定數(shù)量的孔隙，而不再是無孔固體，因此未反應(yīng)核模型并不適用于混合礦，通過線性擬合計算得到混合礦磁化焙燒過程的表觀活化能Ea=32.33 kJ/mol，速率方程式為K =0.492 8e－3888/T。雖然二者反應(yīng)機(jī)理函數(shù)不一樣，但活化能與速率方程差別不大，反應(yīng)難易程度相當(dāng)。該研究只用了等溫法求動力學(xué)參數(shù)，未用非等溫法加以驗證，而等溫法很難在實驗室中完全實現(xiàn)，尤其在反應(yīng)初始階段。

不同學(xué)者的研究表明，菱鐵礦熱重試驗焙燒程過程根據(jù)TG 和DTG 曲線可以分為兩段，其反應(yīng)機(jī)理分別符合隨機(jī)核化和核生長機(jī)理，菱鐵礦磁化焙燒過程的動力學(xué)三因子與礦石性質(zhì)及焙燒方式密切相關(guān)。懸浮態(tài)試驗所得的活化能和指前因子均小于熱重試驗所得的活化能和指前因子，活化能越大，反應(yīng)物分子平均能量與活化分子平均能量差值越大，反應(yīng)越難進(jìn)行。

3 直接還原動力學(xué)研究現(xiàn)狀

直接還原是以鐵精礦、高品位塊礦和氧化球團(tuán)為原料，在低于熔化溫度條件下還原成固態(tài)金屬產(chǎn)品的非高爐煉鐵過程，很少用于處理低品位的復(fù)雜難選鐵礦石，其所得的固態(tài)多孔海綿狀的產(chǎn)品稱為直接還原鐵(DRI)。海綿鐵具有含碳量低(＜1%)、不含硅錳等元素、但含有礦石中脈石的特點。這些特點使海綿鐵不適合大規(guī)模地用于轉(zhuǎn)爐煉鋼，而只適用于代替廢鋼作為電爐煉鋼的原料［9］。學(xué)者們利用熱重分析研究直接還原過程的動力學(xué)機(jī)理函數(shù)及熱力學(xué)參數(shù)，對不同鐵精礦造球后直接還原過程的各個還原階段及限制性環(huán)節(jié)作了很多研究，探索了焙燒原料的結(jié)構(gòu)、配煤樣種類和配比、不同反應(yīng)溫度對直接還原過程動力學(xué)機(jī)理函數(shù)和動力學(xué)三因子的影響。

林勤等［10］將一定比例的鉻鐵礦粉、石墨粉和聚丙烯氰用適量水混勻，加壓成圓柱體，經(jīng)150 ℃下干燥后進(jìn)行熱重分析，應(yīng)用非等溫法和等溫法研究鉻鐵礦的直接還原動力學(xué)。結(jié)果表明，鉻鐵礦直接還原分3 個階段進(jìn)行:初期、中期和后期。在直接還原初期，反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)是新相的生成和長大，這一階段的表觀活化能較大，反應(yīng)速度較慢;在直接還原中期，新相基本生成完畢，反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)由成核長大轉(zhuǎn)變?yōu)橄嘟缁瘜W(xué)反應(yīng)，這一階段表觀活化能最小，反應(yīng)速度最快;在直接還原后期，大部分鉻鐵礦粉還原已經(jīng)結(jié)束，但仍有部分未反應(yīng)完全，這一階段的反應(yīng)限制性環(huán)節(jié)為反應(yīng)物的擴(kuò)散速率，反應(yīng)速率有所減慢。直接還原中期反應(yīng)的動力學(xué)模型為1 －(1 －a)1/3=Kt，表觀活化能為270 kJ/mol。

范莉娟等［11］運(yùn)用非等溫?zé)嶂兀t外聯(lián)用試驗，研究分別采用大同煙煤、神木褐煤以及陽泉無煙煤對同一鐵礦石粉直接還原焙燒的動力學(xué)規(guī)律。結(jié)果表明，在低溫階段和高溫階段，不同的煤種與鐵礦石反應(yīng)的起始溫度與反應(yīng)溫度區(qū)間不同，根據(jù)熱重試驗的數(shù)據(jù)可將大同煙煤與鐵礦石粉的混合物直接還原過程分為兩個階段:第一個階段限制性環(huán)節(jié)是擴(kuò)散，這一階段主要產(chǎn)物為Fe3O4和FeO;第二個階段限制性環(huán)節(jié)為化學(xué)反應(yīng)。

徐榮軍等［12］通過熱重試驗研究了人工合成鉻礦及西藏天然鉻礦分別與高純石墨粉混勻后的直接還原過程的反應(yīng)機(jī)理函數(shù)與動力學(xué)三因子。人工合成鉻礦的反應(yīng)機(jī)理函數(shù)是Boudourad 反應(yīng)，根據(jù)熱重試驗數(shù)據(jù)，將反應(yīng)分為兩個階段進(jìn)行分析:在1 063 ～1 158 ℃范圍內(nèi)，反應(yīng)表觀活化能Ea=207 kJ/mol，限制性環(huán)節(jié)是氣相在產(chǎn)物層內(nèi)的擴(kuò)散;在1 206 ～1 313.5 ℃范圍內(nèi)，反應(yīng)表觀活化能Ea=513 kJ/mol。試驗表明，在相同溫度范圍內(nèi)天然西藏鉻礦的表觀活化能大于人工合成鉻礦，即天然西藏鉻礦的反應(yīng)比人工合成鉻礦進(jìn)行得慢，造成反應(yīng)速率差的原因可能是天然西藏鉻礦雜質(zhì)多、氣孔率小、結(jié)構(gòu)更致密，導(dǎo)致CO 在其中的擴(kuò)散速率較低。因為礦石結(jié)構(gòu)性質(zhì)不同，所以二者的反應(yīng)機(jī)理函數(shù)也不同，天然西藏鉻礦直接還原的限制環(huán)節(jié)是氣體在產(chǎn)物間的傳播，而人工合成鉻礦直接還原的限制環(huán)節(jié)是碳熱反應(yīng)。

張國華等［13］以TFe 品位51.28%的攀枝花釩鈦磁鐵礦精礦為原料，采用靜態(tài)法研究不同配碳量下的鐵礦物直接還原動力學(xué)，含碳量越大，還原產(chǎn)品中鐵晶粒的粒度越小，還原后球的強(qiáng)度越弱，在1 150 ℃下，含碳球團(tuán)直接還原后有Fe、TiO2生成，并且隨著含碳量的增加，F(xiàn)e 和TiO2的含量逐漸增加，鈦鐵礦的含量先減少后逐漸增加，新還原出來的這部分鈦鐵礦進(jìn)一步還原還需要更高的反應(yīng)溫度。熱重動力學(xué)研究表明攀枝花釩鈦磁鐵礦直接還原分為兩個階段:由CO 擴(kuò)散控速的第一階段和由CO 與鐵氧化物中的氧原子反應(yīng)控速的第二階段，其中第一階段反應(yīng)的表觀活化能大于第二階段反應(yīng)的表觀活化能，所以含碳球團(tuán)的直接還原限制性環(huán)節(jié)是CO 的擴(kuò)散，還原反應(yīng)的表觀活化能為163.0 kJ/mol。

王玉明［14］利用熱重分析法對鈦鐵礦的碳熱直接還原動力學(xué)進(jìn)行了研究。不同溫度恒溫焙燒鈦鐵礦所得的TG 曲線表明，溫度是影響鈦鐵礦還原程度的重要因素，溫度升高導(dǎo)致鈦鐵礦的還原速率加快、還原程度加深。由熱重曲線將直接還原分為兩個階段:低于1 150 ℃，限制性環(huán)節(jié)是化學(xué)反應(yīng);超過1 200 ℃，限制性環(huán)節(jié)是產(chǎn)品層內(nèi)氣體的擴(kuò)散。兩個階段的反應(yīng)表觀活化能分別為265 kJ/mol 和157 kJ/mol，第一階段的表觀活化能較大，所以化學(xué)反應(yīng)是試驗用鈦鐵礦直接還原過程的限制環(huán)節(jié)。

不同鐵礦的直接還原動力學(xué)研究表明:在鐵礦直接還原過程中可根據(jù)TG 和DTG 曲線將焙燒過程分為幾個階段，再根據(jù)各階段活化能的差異分為緩慢反應(yīng)階段和快速反應(yīng)階段，并由此找出焙燒過程的限制環(huán)節(jié)。

4 深度還原動力學(xué)研究現(xiàn)狀

東北大學(xué)［15］率先提出的深度還原技術(shù)是將破碎碾磨到一定粒度的鐵礦石在低于其熔化溫度的條件下，用煤粉等還原劑將鐵礦物還原為金屬鐵，深度還原出的金屬鐵原子能夠自由收縮，不斷兼并長大，最終長成具有一定粒度的鐵顆粒，還原產(chǎn)品經(jīng)水淬冷卻后變形傾向大，容易產(chǎn)生裂紋，有利于后續(xù)的磨礦磁選。深度還原所得的熟料經(jīng)分選后可獲得高品位、高回收率、高金屬化率的產(chǎn)品，成分穩(wěn)定，有害元素含量低、粒度均勻，可以很好地補(bǔ)充廢鋼資源的不足，對保證鋼材質(zhì)量起著非常重要的作用，是煉鋼的優(yōu)質(zhì)原料［16］。相比于直接還原對礦石的鐵品位、有害及夾雜元素都有一定要求，深度還原對原礦沒有嚴(yán)格的要求，且不需要造球進(jìn)而節(jié)省了能耗。目前針對深度還原過程中主要礦物隨還原時間的變化特性，金屬鐵顆粒的成核及生長過程和還原礦的組成特性等方面已進(jìn)行了廣泛研究，但針對深度還原動力學(xué)研究相對較少。

赤鐵礦的深度還原反應(yīng)過程均經(jīng)歷緩慢反應(yīng)—快速反應(yīng)—趨于平衡3 個階段，整個深度還原反應(yīng)過程以氣－固反應(yīng)為主。

緩慢反應(yīng)階段:反應(yīng)開始時，焦炭剛剛開始?xì)饣瑺t管內(nèi)CO 濃度較低，該階段主要為焦炭與被還原物料中鐵的氧化物接觸發(fā)生的固－固反應(yīng)，反應(yīng)方程式為

快速反應(yīng)階段:隨著固－固反應(yīng)的進(jìn)行和焦炭的氣化，焦炭與還原產(chǎn)品中鐵的氧化物接觸不再緊密，爐管內(nèi)CO 濃度增加，該階段主要是CO 與被還原物料中鐵的氧化物接觸并發(fā)生氣－固反應(yīng)，還原度快速增加，發(fā)生的反應(yīng)主要有

趨于平衡階段:經(jīng)過快速反應(yīng)階段，鐵的氧化物大部分已被還原為金屬鐵，由于金屬鐵的阻隔，未被充分還原的鐵的氧化物反應(yīng)更加困難，還原度曲線增長緩慢。同時，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，還原劑不斷消耗，爐管內(nèi)CO 濃度降低，最終反應(yīng)達(dá)到平衡［17-18］。

Michael.J.Tiernan 等［19］運(yùn)用傳統(tǒng)的線性程序升溫加熱還原技術(shù)和恒速程序升溫還原技術(shù)，對Fe2O3和Fe3O4在非等溫條件下的反應(yīng)機(jī)理及動力學(xué)進(jìn)行了深入分析。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e2O3的還原過程分為Fe2O3→Fe3O4和Fe3O4→Fe 兩個階段。Fe2O3→Fe3O4階段并不符合成核或者擴(kuò)散模型，而是遵循n階順序表達(dá)，F(xiàn)e3O4→Fe 階段符合隨機(jī)成核及隨后長大模型。

李國峰［20］采用等溫法和非等溫法對高磷鮞狀赤鐵礦深度還原過程的動力學(xué)進(jìn)行了研究，等溫法試驗確定高磷鮞狀赤鐵礦深度還原過程的活化能為318.323 kJ/mol，指前因子為2.07 ×1010min－1。采用高磷鮞狀赤鐵礦非等溫法作為研究手段，用積分法進(jìn)行處理，得到活化能為321.535 kJ/mol，指前因子為4.45 ×1010min－1;用微分法進(jìn)行處理，得到活化能為320.234 kJ/mol，指前因子為3.48 ×1010min－1。采用靜態(tài)法和動態(tài)法計算的動力學(xué)三因子相差不多。高磷鮞狀赤鐵礦深度還原過程為Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe，經(jīng)歷了緩慢反應(yīng)—快速反應(yīng)—趨于平衡3 個階段。整個反應(yīng)過機(jī)理函數(shù)符合隨機(jī)成核及長大模型，高磷鮞狀赤鐵礦的深度還原過程的積分機(jī)理函數(shù)為

微分機(jī)理函數(shù)為

需要指出的是鐵礦石的焙燒過程復(fù)雜，一個反應(yīng)可能包含多個基元反應(yīng)，其動力學(xué)參數(shù)容易隨反應(yīng)分?jǐn)?shù)或溫度而變化，用一個機(jī)理函數(shù)表示整個反應(yīng)過程不夠準(zhǔn)確。

申麗麗［21］通過測定恒溫下添加助溶劑和未添加助溶劑時FeO 濃度隨還原時間的變化來研究鮞狀赤鐵礦深度還原動力學(xué)及助溶劑對鮞狀赤鐵礦深度還原動力學(xué)參數(shù)的影響。結(jié)果表明:未添加助熔劑時，1 150 ℃的反應(yīng)動力學(xué)方程式為

其中，v 為還原反應(yīng)速度，C 為FeO 濃度。

添加助熔劑后的反應(yīng)動力學(xué)方程式為

經(jīng)計算分析得出助熔劑對反應(yīng)影響較大，加入助溶劑會降低反應(yīng)級數(shù)，進(jìn)一步降低濃度對反應(yīng)速度的影響，而反應(yīng)時間對濃度的影響趨向平緩，可設(shè)想在理想狀態(tài)下，若反應(yīng)時間無限延長，還原條件不同的鮞狀赤鐵礦的還原效果將會相同。

深度還原過程動力學(xué)研究表明:赤鐵礦在深度還原過程中經(jīng)歷緩慢反應(yīng)—快速反應(yīng)—趨于平衡3 個階段，F(xiàn)e2O3→Fe3O4階段符合n 階順序表達(dá)，F(xiàn)e3O4→Fe 階段符合隨機(jī)成核及隨后長大模型，整體反應(yīng)屬于隨機(jī)成核及長大模型，活化能約為320 kJ/mol。

5 結(jié) 論

目前磁化焙燒、直接還原和深度還原主要利用熱重曲線來分析礦物焙燒各反應(yīng)階段的動力學(xué)模型及相應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)(活化能E、反應(yīng)級數(shù)n、指前因子A 等)，確定焙燒過程的限制環(huán)節(jié)并探明不同條件對焙燒過程動力學(xué)的影響。今后還應(yīng)加強(qiáng)以下幾個方面的研究:

(1)處理焙燒動力學(xué)數(shù)據(jù)上更精確。在處理TG和DTG 曲線時，盡可能將曲線分成幾段，分別計算其機(jī)理函數(shù)和動力學(xué)三因子，以確定各個階段的反應(yīng)情況及限制環(huán)節(jié)。

(2)加強(qiáng)對實際礦石的磁化焙燒動力學(xué)研究，確定其反應(yīng)機(jī)理函數(shù)和各段熱力學(xué)參數(shù)，找出焙燒過程的限制環(huán)節(jié)，為實際難選混合礦磁化焙燒的關(guān)鍵技術(shù)難題提供理論支撐，指導(dǎo)工藝條件的優(yōu)化。

(3)結(jié)合熱力學(xué)和動力學(xué)的研究，對焙燒過程進(jìn)行計算機(jī)模擬，研究焙燒過程中燃料組分的分布、煙氣溫度、CO 濃度和熱量傳遞分布等問題。

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