球团矿中磁铁矿的氧化和硫的氧化

    磁铁矿精矿粉是生产球团矿的主要原料，在焙烧过程中，应力求磁铁矿充分氧化成赤铁矿，它对于球团矿的固结有重要意义。
    第一，磁铁矿氧化为赤铁矿伴随晶格结构的变化。磁铁矿晶体为等轴晶系，而赤铁矿为六方晶系，氧化过程中的晶格变化及新生晶体表面原子具有较高的迁移能力，有利于在相邻的颗粒之间形成晶键。
    第二，磁铁矿氧化为赤铁矿是一放热反应。它放出的热能几乎相当焙烧球团矿总热耗的一半。所以保证磁铁矿充分氧化，可以节约能耗。
    第三，磁铁矿氧化若不充分，则在球团矿中心尚有剩余的磁铁矿。如果它进入高温焙烧带，温度升高，氧的分压降低，更不剥于磁铁矿氧化。在这种情况下磁铁矿将与脉石SiO₂反应，生成低熔点的化合物，在球团矿内部出现液态渣相。它冷却时收缩，使球团矿内部出现裂纹，这不仅影响球团矿的强度，而且恶化其还原性。
    磁铁矿的氧化从200℃开始，分两个阶段进行。
                        4Fe₃O₄+O₂=6γ-Fe₂O₃                (1)
                        γ-Fe₂O₃=a-Fe₂O₃                   (2)
    第一步只发生化学变化，没有晶形转变，因为γ---Fe₂O₃仍为等轴晶系；第二步只有晶形转变，最后变为六方晶系的a-Fe₂O₃。如果在较高温度下氧化，也可以由等轴晶系的Fe₃O₄,一步氧化为六方晶系的a-Fe₂O₃.
    磁铁矿球团的氧化，由表层向中心推进；受到扩散因素的控制。它符合吸附-扩散学说。首先介质中的氧被吸附在磁铁矿颗粒的表面上，与Fe⁺²反应生成Fe⁺³,然后Fe⁺³向晶粒内部扩散。

    磁铁矿的氧化反应在开始几分钟进行很快，然后氧化速度急剧下降，见上图随着温度上升，不仅氧化速度加快，氧化度也迅速升高。当温度超过900℃，反应已足够迅速，再提高温度，对氧化进程的影响已不大明显。温度超过1200℃，氧化速度与氧化度已不再增加了。
    等温条件下磁铁矿球团的氧化需要时间可用下式表示：

    式中  d———球团矿直径；
          k———氧化速度系数；
          ω———氧化度。
    氧化速度系数k与焙烧介质含O₂有关，若为空气：
          K=(1.2±0.2)•10^-4          厘米²/秒             (4)
    若为纯氧：
          K=(1.4±0.1)•10^-3           厘米/秒             (5)     
    焙烧介质含O₂是变化的，但总是低于空气中含O₂,因此k值较公式(4)为小。所以应力求将磁铁矿在预热阶段充分氧化。此外根据热力学分析,1383℃可使赤铁矿在空气中分解。由于焙烧介质中氧的分压远低于空气中氧的分压，所以赤铁矿在焙烧过程中分解为磁铁矿的温度低于1383℃.为使磁铁矿充分氧化为赤铁矿焙烧温度不宜过高。
    由于球团矿的焙烧过程是-强氧化过程,故对脱硫反应十分有利。磁铁矿一般含硫较高，硫的赋存形态常为FeS₂-黄铁矿或CuFeS₂-黄铜矿.FeS₂在200°～300℃即开始分解,688℃硫的分解压力达到1大气压(98066.5帕),反应式如下：
         FeS₂=FeS+S                                     (6)
         S+O₂=SO₂                                       (7)
         4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂                          (8)
         3FeS+5O₂=Fe₃O₄+3SO₂                             (9)
         FeS+10Fe₂O₃=7Fe₃O₄+SO                           (10)
    一般焙烧球团矿过程中，可以除去矿石中90%以上的硫。
    硫对氧的亲合力大于Fe⁺²的亲和力，因此硫有阻碍磁铁矿氧化的作用。如果用高硫磁铁矿生产球团矿，更应注意预热阶段磁铁矿是否已充分氧化，否则将影响球团矿的品质。