还原焙烧（三）

   （一）弱磁性贫铁矿石的还原磁化焙烧

    还原磁化焙烧是处理弱磁性贫铁矿石的有效方法之一。工业上主要采用各种煤气、天然气及焦碳、粉煤等作还原剂，起还原作用的主要是CO、H₂和C。赤铁矿还原焙烧过程中Fe-CO-O₂系和Fe-H₂-O₂系平衡图如图5所示，图中实践为用一氧化碳还原的平衡曲线，虚线为用氢还原的平衡曲线。由图可知：(1)Fe₂O₃几乎在任何温度下均易被还原为Fe₃O₄，但温度低时的反应速度小；（2）当温度高于572℃时，若CO%（或H₂%）高时，可产生过还原反应，生成弱磁性FeO；（3）当温度低于572℃时，若CO%（或H2%）高时，同样可产生过还原反应，生成金属铁。因此，还原焙烧时要严格控制炉温和煤气流量，而且焙烧时间不宜过长。当温度低于810℃（曲线2、6的交点）时，一氧化碳的还原能力比氢气强。曲线2、3、4、5、6、7、8的交点对应于572℃，当温度低于572℃时，无论气相组成如何均不生成氧化亚铁，当温度高于572℃时，温度愈高愈易生成氧化亚铁FeO.
    褐铁矿(2Fe₂O₃·3H₂O）在焙烧过程中首先脱除结晶水，然后像赤铁矿一样被还原为磁铁矿。对菱铁矿则可采用中性磁化焙烧法将公分解为磁铁矿：

              3Fe₂O₃+CO→Fs₃O₄+CO₂
    对于黄铁矿则只能采用氧化磁化焙烧法，在氧化气氛下，经短时间焙烧可将黄铁矿氧化为磁黄铁矿，长时间焙烧则被进一步氧化为磁铁矿：
               7FeS₂+6O₂→Fe₇S₈+6SO₂
               3Fe₇S₈+38O₂→7Fs₃O₄+24SO₂
    还原磁化焙烧工艺主要用于处理贫赤铁矿，中性磁化焙烧和氧化磁化焙烧主要用于从其他精矿(如磷精矿、稀有金属精矿等)中除去菱铁矿和黄铁矿。
    生产中常用还原度来衡量磁化焙烧产品的质量。还原度为还原磁化焙烧矿中氧化亚铁含量与全铁含量的比值百分数：

    式中  R———还原焙烧矿的还原度；
          FeO———还原焙烧矿中氧化亚铁的含量，%;
          TFe———还原焙烧矿中全铁的含量,%;
    磁铁矿的还原度为42.8%。我国鞍钢烧结总厂根据所处理的矿石性质和烧结条件，认为R=42～52%时，烧结矿的磁性最好，选别指标最高。但须指出，还原度指标不能真实反映焙烧矿的质量，不过此法简单易行，有一定的实用价值。
    影响还原焙烧矿质量的主要因素为矿石性质（矿物组成、构造、粒度组成）、焙烧温度、气相组成及还原剂类型等。一般认为层状构造的矿石较致密块状，鲡状及结核状的易还原，脉石以石英为主的铁矿石易还原，矿块粒度小的易还原，矿块粒级范围不宜过宽，认为75～20毫米较理想，还原焙烧的温度下限常为450℃最高温度宜低于700～800℃。对气孔率小。粒度大的难还原矿石或采用固体还原剂时，还原温度一般为850～900℃。温度过高易生成弱磁性的硅酸铁，使炉料软化、熔结，影响正常操作。
    生产中常用混合煤气作还原剂，它不仅可获得较好的分选指标，而且有利于整个冶金企业的煤气平衡，可减少基建投资。[next]
   （二）含镍红土矿的还原焙烧
    含镍红土矿是最大的氧化镍矿资源，但含镍品位低，镍呈浸染状存在，目前无法用物理选矿法富集。工业上一般可采用直接酸浸或还原焙烧一低压氨浸的方法回收其中的镍。直接酸浸需高温高压设备，应用不广。还原焙烧一低压氨浸是预先用焙烧法将氧化镍还原为易溶于NH₃-CO₂-H₂O系溶液的金属镍、钴或镍钴铁合金，然后进行低压氨浸。此工艺出现于1924年，1944年用于工业生产。
    常用气体还原剂（CO-CO₂、H₂-H₂O的混合煤气）进行选择性还原焙烧，其主要反应为：
                        NiO+H₂=NI+H₂O                       (1)
                        NiO+CO=Ni+CO₂                       (2)
                        CoO+H₂=Co+H₂O                       (3)
                        CoO+CO=CO+CO₂                       (4)
                        3Fe₂O₃+H₂=2Fe₃O₄+H₂O                  (5)
                        3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂                 (6)
                        Fe₃O₄+H₂=3FeO+H₂O                    (7)
                        Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂                    (8)
                        FeO+H₂=Fe+H₂O                        (9)
                        FeO+CO=Fe+CO₂                       (10)
                        H₂O+CO=H₂+CO₂
                        2CO=CO₂+C
    反应（1）～（10）式的平衡常数分别为：

温度为500～1000℃范围内的K_p-T的关系如图6所示，由于反应(5)、(6)在此温度反应区间极易进行，图中未列出此两反应。从图中曲线可知，反应(1)～(6)式较反应(7)～(10)式的平衡常数大得多，故控制气相组成%CO₂/%CO大于2.53,于2.45时，镍钴氧化物即可优先被还原为金属镍钴，而氧化铁大部分被还原为磁铁矿而不生成金属铁。由于矿石中金属氧化物的结合状态较复杂及为提高反应速度，生产中采用的上述比值应相应小些，当%CO₂:%CO=1:1时，难免会生成少量的氧化亚铁和金属铁。