磁化焙烧与人工磁铁矿球团

《磁化焙烧与人工磁铁矿球团》主要对磁化焙烧机理、工艺、装备进行了详细阐述，对人工磁铁精矿的表面性质、成球性能以及人工磁铁精矿球团的干燥预热制度、氧化固结机理及规律等问题进行了深入探讨。本书主要内容分为9章，第1章为低品位氧化铁矿石综合利用概述，主要阐述了铁矿资源的种类、分布及现有利用工艺概况；第2、3章为磁化焙烧理论和工艺概述，主要探讨了磁化焙烧工艺原理、装备及应用等；第4～9章为人工磁铁矿球团的内容，主要对人工磁铁矿球团的成球行为、干燥预热、氧化固结、焙烧过程进行了详细的论述。此外针对成品球中铁组分的微观结构和矿相组成也进行了深入分析，最后对磁化焙烧和人工磁铁矿球团工业实践进行了介绍。本书适合于大专院校钢铁冶金和矿物加工工程专业的学生、教师、科研人员和黑色金属行业的从业人员参考使用。

1.原创性强，本书是作者长期进行球团研究的工作总结，有一定的前瞻性，并且书中所含技术已成功进行了工业化，有一定的实践应用性。
2.内容全面，在全面讲述球团氧化焙烧估计机理的基础上，根据作者自身的研究成果，对球团热工制度的选择和过程控制进行了全面阐述。对磁化焙烧和人工磁铁矿球团的技术工艺有一定的指导性。
3.系统性强，在介绍我国难选氧化铁矿资源、磁化焙烧原理的基础上，从工艺、装备、造球、球团工艺等方面进行了全面阐述，是对难选铁矿石磁化焙烧-磁选技术、球团的支撑性技术总结，对钢铁工业、矿物加工专业的科研人员和高校师生均有一定的参考价值。

目前，我国的铁矿球团几乎都以天然磁铁精矿、赤铁精矿或混合精矿为原料生产，而优质高品位铁精矿资源正逐年减少，对外依存度不断增加。另外，我国仍存有大量的贫、细、杂铁矿资源尚未利用，若能合理利用磁化焙烧磁选氧化球团工艺将这些低品位复杂难选铁矿提质，作为原料加以利用，将大大缓解我国高品位铁精矿特别是氧化球团原料短缺的局面，对我国实施钢铁精料方针和节能减排具有重要意义。
磁化焙烧磁选工艺是高效利用中低品位（TFe 25%～45%）复杂难选氧化铁矿石（赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿）及此类二次资源（硫酸渣、赤泥）的新工艺，具有分选效率高、生产工艺简单和产品质量好等优点，因而受到普遍关注，成为近年来利用低品位复杂难选铁矿的首选方法。笔者通过对磁化焙烧过程中热力学条件和动力学机制的深入研究，揭示了低品位复杂难选铁矿在磁化焙烧中铁矿物、锰矿物等主要矿物的物相重构规律，优化了铁矿中弱磁性铁氧化物还原为强磁性铁氧化物所需的物理化学条件，并在此基础上开发出了广泛适用于低品位复杂难选铁矿磁化焙烧磁选工艺的成套装备。与天然磁铁精矿相比，通过磁化焙烧磁选工艺生产的人工磁铁精矿表面粗糙度高、比表面积大、亲水性强、表面Zeta电位较小、电负性较弱。因此，人工磁铁精矿用于球团生产时，其成球特性、干燥和预热制度以及氧化固结规律均与天然磁铁精矿球团有着一定区别。针对这一问题，笔者对人工磁铁精矿的表面性质、成球性能以及人工磁铁精矿球团的干燥预热制度、氧化固结规律及机理等问题进行了深入研究，确定了人工磁铁矿球团干燥脱水、预热氧化、焙烧固结热工制度，初步构建了全人工磁铁精矿造球工艺技术原型。
《磁化焙烧与人工磁铁矿球团》是磁化焙烧和人工磁铁矿球团领域专著的首次出版，笔者对人工磁铁精矿表面性质、成球性能以及人工磁铁精矿球团干燥预热制度、氧化固结机理及规律等问题的研究，是对球团基础理论和实践进行的必要补充和发展。同时，为改善人工磁铁精矿球团制备条件及其产品性能提供了重要理论指导，对推动球团及炼铁原料技术进步具有重要作用。
本书第1～4章、第9章由张汉泉执笔，第5～8章由路漫漫执笔，全书由张汉泉统稿。本书的课题研究工作得到了国家自然科学基金（No51474161，NO51974204）的资助，武汉工程大学硕士研究生汪凤玲、付金涛、刘承鑫、殷佳琪和周峰等参与了大量研究工作，武汉工程大学池汝安教授对全书的完成做了重要的指导。在编写过程中，本书参考和借鉴了兄弟院校、科研单位和厂矿企业等同行的工作成果，在此致以最诚挚的感谢。
由于水平有限，书中难免存在不足之处，恳请专家和读者批评指正。

著者
2022年1月于武汉

0绪论1
0.1我国的铁矿资源1
0.2中低品位氧化铁矿磁化焙烧理论简介3

1难选氧化铁矿选矿6
1.1铁矿资源种类及分布6
1.1.1铁矿资源类型6
1.1.2铁矿资源分布9
1.2铁矿石质量要求12
1.3微细粒赤铁矿选矿14
1.4褐铁矿、菱铁矿选矿18
1.5多金属共(伴)生铁矿选矿23
1.6高磷鲕状赤铁矿特征及选冶技术26
1.6.1鲕状赤铁矿工艺矿物学26
1.6.2鲕状铁矿石选矿现状及存在的问题27

2磁化焙烧原理及过程32
2.1磁化焙烧反应热力学分析32
2.2氧化铁矿石磁化焙烧化学反应的热效应35
2.3铁矿石氢基磁化还原焙烧37
2.4磁化焙烧过程40
2.5磁化焙烧气固反应模型44
2.6赤褐铁矿磁化焙烧过程工艺矿物学47
2.7鲕状赤铁矿磁化焙烧基础理论51
2.7.1鲕状赤铁矿矿石性质51
2.7.2鄂西鲕状赤铁矿主要矿物嵌布特征52
2.7.3鄂西鲕状赤铁矿中赤铁矿的解离特征56
2.7.4鄂西鲕状赤铁矿中磷的赋存状态58
2.7.5鲕状赤铁矿磁化焙烧矿物组成与粒度嵌布58
2.7.6鲕状赤铁矿磁化焙烧分选过程中铁磷的分布63
2.7.7鲕状赤铁矿磁化焙烧存在的问题及发展方向73
2.8锰铁矿同步还原机理75
2.9磁化焙烧法回收固废中的铁80
2.9.1磁化还原焙烧在铬渣干法解毒中的应用80
2.9.2赤泥磁化焙烧81
2.9.3硫酸渣磁化焙烧84

3磁化焙烧工艺与装备87
3.1回转窑磁化焙烧88
3.2竖炉磁化焙烧90
3.3沸腾炉磁化焙烧91
3.4新型磁化焙烧工艺及装备92
3.5鲕状赤铁矿动态磁化焙烧103
3.5.1鲕状高磷赤铁矿动态磁化焙烧系统103
3.5.2动态磁化焙烧磁选工艺流程104
3.5.3鲕状赤铁矿动态磁化焙烧结果分析105
3.6鲕状赤铁矿流态化磁化焙烧107
3.6.1鲕状赤铁矿流态化磁化焙烧半工业试验107
3.6.2鲕状赤铁矿流态化磁化焙烧机理分析108
3.7褐铁矿动态磁化焙烧磁选工业实践110
3.7.1褐铁矿矿石性质111
3.7.2多级动态磁化焙烧磁选工艺过程112
3.7.3多级动态磁化焙烧水平衡与热平衡116
3.7.4节能与环保117
3.7.5褐铁矿磁化焙烧磁选效益分析118
3.8褐铁矿流态化磁化焙烧119

4人工磁铁矿造球123
4.1人工磁铁矿理化性能124
4.2影响人工磁铁精矿成球的因素133
4.2.1黏结剂的影响134
4.2.2造球水分的影响140
4.2.3造球时间的影响143
4.2.4造球机转速的影响146
4.3不同磁铁精矿的成球性差异148
4.4混合磁铁精矿成球149
4.5润磨对人工磁铁精矿成球性能的影响151
4.5.1润磨对磁铁精矿表面性质的影响151
4.5.2润磨对磁铁精矿生球性能的影响152

5人工磁铁矿球团干燥预热154
5.1人工磁铁矿球团脱水干燥速度分析155
5.1.1温度对静态干燥的影响155
5.1.2生球直径对静态干燥的影响155
5.1.3介质温度对动态干燥的影响156
5.1.4介质流速对动态干燥的影响157
5.1.5生球直径对动态干燥的影响157
5.2球团干燥度比较158
5.3人工磁铁矿球团干燥动力学158
5.3.1干燥对生球水分及干燥速率的影响159
5.3.2干燥动力学模型162
5.3.3干燥动力学模型的应用167
5.4人工磁铁矿球团干燥机理170

6人工磁铁矿球团氧化动力学173
6.1磁铁矿球团氧化过程及机理173
6.2人工磁铁矿球团氧化机理176
6.3人工磁铁矿球团氧化反应控制类型184
6.4人工磁铁矿球团氧化动力学186
6.4.1人工磁铁矿球团氧化反应级数186
6.4.2氧化动力学模型参数188
6.4.3磁铁矿球团氧化活化能190
6.4.4磁铁矿球团氧化动力学模型的应用192
6.5影响人工磁铁矿球团氧化的其他因素194

7人工磁铁矿球团焙烧固结196
7.1影响磁铁矿球团焙烧的因素197
7.1.1焙烧温度197
7.1.2焙烧时间198
7.2混合磁铁矿球团焙烧特性198
7.2.1焙烧温度对混合矿球团抗压强度的影响199
7.2.2焙烧时间对混合矿球团抗压强度的影响199
7.3润磨对人工磁铁矿球团焙烧性能的影响200

8人工磁铁矿球团的矿相结构203
8.1人工磁铁矿球团的矿相组成和矿相结构203
8.2焙烧时间对球团焙烧的影响207
8.3混合磁铁矿球团的矿相组成209

9磁化焙烧与人工磁铁矿球团工业实践214
9.1人工磁铁矿球团的参数控制217
9.2赤泥磁化焙烧人工磁铁矿球团联合工艺220

参考文献224