针铁矿细粉的热分解与预还原及其对相变和材料性能的影响

《Scientific Reports》：Thermal decomposition and pre-reduction of goethitic iron ore fines and their effects on phase transformation and material properties

　　

摘要

在高温条件下对铁矿石进行飞行式闪速还原时，赤铁矿颗粒会发生快速的结构变化。本研究探讨了赤铁矿对滴管炉中预还原过程的影响，重点关注赤铁矿向磁铁矿的还原阶段。三种具有不同矿物学和物理特性的铁矿石（OreA、OreB和OreC）在1658至1760开尔的温度下，在氮气以及含有95%二氧化碳、5%一氧化碳或氢气的气体环境中被还原。与仅含赤铁矿作为铁载体的矿石相比，含赤铁矿的矿石在热分解过程中会出现更严重的开裂和破碎现象，从而导致颗粒尺寸和密度的变化。对比OreB（赤铁矿含量较低）和OreC（赤铁矿含量较高）的情况，发现赤铁矿含量越高，颗粒的停留时间就越重要。在热分解过程中，OreB的预还原时间为80毫秒，而OreC则为430毫秒。尽管使用了还原气体，但由于颗粒尺寸较大（大于100微米）以及滴管炉的停留时间限制，未能观察到进一步的还原反应（即从磁铁矿进一步还原）。通过热重分析评估了进一步的还原过程（Fe?O?→FeO）。在两种实验条件下，热分解对整体还原过程的影响都大于气体还原。EBSD分析确定了两种反应机制：内部孔隙扩散和表面产物层扩散。研究发现，像OreB那样具有平衡的矿物学特性对于实现有效的早期飞行式闪速还原至关重要。