随着环保意识深入人心,我国对钢铁工业的节能减排要求也越来越深入。由于非高炉炼铁技术具有环境友好、节能减排等优点,是钢铁工业实现节能减排、环境友好发展最有潜力的技术。《全氧冶金高效清洁生产技术开发及示范项目》是为了响应21世纪绿色环保理念而提出的,项目创造性地提出了采用煤气闭环利用的粉矿深度自还原技术处理铁矿粉,通过分析铁矿粉自还原过程Fe-C迁移及价态变化规律,有效地解决铁矿粉难以深度还原、煤气无法高效利用等难题。本文以攀枝花某厂的钒钛磁铁矿作为研究对象,以烟煤为还原剂,将制备得到的含碳球团直接还原。采用leica-dm4-p偏光显微观测、XRD、SEM等现代化微观形貌及成分测试技术,从热力学、动力学两方面研究了含碳球团气固协同还原反应,探究了含碳球团的直接还原与回转窑气固协同还原,所得结论如下:(1)钒钛磁铁矿气固协同还原反应的热力学计算研究表明,在1000~1100℃范围内,Fe很容易从化合状态还原到单质状态;而Ti不能。Fe还原过程中,为避免温度过高阻碍CO对Fe氧化物的还原,所以反应温度不宜过高。(2)含碳球团粘结剂的种类和添加量对球团强度的影响研究表明:本试验中最适宜的粘结剂为糖蜜;通过建立模型得到在水分添加量为8%、滚球时间为30min、球团干燥时间为100℃下干燥3h条件下,含碳球团落下强度z与粘结剂添加量x和碳氧比y满足如下数学关系:z=0.8127x-0.5048y+1.2。(3)通过探究含碳球团还原机理和历程,确定了还原时间的延长、还原温度的升高和含碳量的增加均有利于金属化率的提高。在碳氧比为1.0以下时,随还原反应的进行,Ti的存在形式由钛磁铁矿转变为钛铁矿;当碳氧比为1.0以上时,Ti的赋存状态转变为氧化钛铁。动力学研究表明,含碳球团的直接还原过程中的限制性环节为固相产物层内气体扩散。在本试验研究条件下,含碳球团的活化能与含碳量相关性不明显,都在60 kJ/mol左右。(4)在还原性气氛(CO(50%),H2(40%),N2(10%))条件下探究了碳氧比为0.6的含碳球团在小型回转窑中的还原,得出如下结论:相同温度下金属化率随加热时间增加而升高,呈线性关系;900℃以上还原反应速率出现大幅度提升,但900℃时温度过低,铁金属扩散聚集较慢,仍有大量铁的氧化物未被还原;1000℃以上的温度条件下有利于球团还原和铁金属的聚集;1100℃时,金属相连成一片,出现初步的渣铁分离,铁的氧化物还原程度很高;在1100℃条件下球团中开始出现液相,回转窑生产过程中应尽量避免达到这一温度。