菱铁矿作为一种典型的低品位复杂铁矿石,在我国有着十分丰富的储量,但目前对其难以进行有效利用,而碳化铁因其独特的理化性质在磁性材料的应用方面有着广阔的前景,具有高性能、高附加值等特点。本文以某低品位复杂菱铁矿为原料,以CO-CO2-H2为渗碳气体,经过渗碳、磁选、酸浸后制备碳化铁磁性材料,并对碳化铁制备过程中的工艺和相关机理进行了研究,为低品位菱铁矿的高附加值利用提供有效的途径和理论依据。 本文对低品位复杂菱铁矿制备高品位碳化铁过程中碱金属盐添加剂、渗碳制度和酸浸工艺等进行了系统的研究,优化了工艺参数。结果表明:通过选择合适的添加剂和优化工艺参数可以制备出高品位的碳化铁精矿,并确定了菱铁矿制备高品位碳化铁的工艺制度为:添加剂用量20%Na2SO4+3%NaOH、渗碳温度650℃、渗碳时间180min、磨矿粒度为小于0.025mm占83.25%、酸浸温度80℃、硫酸浓度0.4mol/L、酸浸时间40min。在此条件下可获得铁品位91.99%、化合碳含量6.99%、铁回收率为74.47%的高品位碳化铁精矿。 对菱铁矿渗碳和碳化铁提纯机理进行了深入研究。①热力学基础分析结果表明:合适的添加剂和渗碳温度有利于促进碳化铁的生成,渗碳过程主要是金属铁与沉积碳反应生成碳化铁;菱铁矿中的脉石容易与添加剂发生反应生成改性脉石,为渗碳产物与脉石的分离提供理论依据;改性脉石容易与硫酸发生反应从而溶解于溶液中,这为碳化铁的酸浸提纯提供理论支撑。②渗碳球团的微观结构和物相分析结果表明:添加剂能够与脉石发生反应产生改性脉石,改善碳化铁与脉石的嵌布关系,促进碳化铁颗粒的长大;渗碳反应滞后于还原反应,适当延长渗碳时间有利于碳化铁的生成;升高温度有利于铁颗粒的聚集长大,但高温不利于渗碳反应的进行。 对渗碳产物的软磁性能进行研究。研究结果表明:渗碳样中存在大量的非磁性物质,降低了渗碳产物的软磁性能;球磨、磁选和酸浸提纯等工艺可有效提纯碳化铁精矿,提高其软磁性能。含添加剂的菱铁矿渗碳球团,经球磨、磁选和酸浸处理后最终可获得饱和磁化强度为135.98emu·g-1、剩磁为1.81emu·g-1、矫顽力为39.79G的优质碳化铁磁性材料。