炼铁工业能耗在中国钢铁工业能耗中占据较大比例,为响应国家“碳达峰、碳中和”目标要求,降低钢铁工业能耗,首要任务是降低炼铁工业产生的能耗,关键在于炼铁原料的制备。球团矿制备相比烧结矿制备存在优势,如能耗低、污染少、粒度均匀等。此外,针对国内铁矿石矿物组成复杂、储量丰富等特点,国家大力发展复杂成分铁矿石制备球团矿的研究。国内某钢铁企业目前将高锰含钡磁铁矿应用于烧结矿制备,计划利用高锰含钡磁铁矿制备球团矿,但对于以Mn₃O₄和BaSO₄形式赋存于磁铁矿中的锰和钡元素对球团矿氧化固结机理影响尚未明确,在球团制备过程中存在诸多问题。为探明Mn₃O₄和BaSO₄对球团矿氧化行为和固结机理的影响,课题提出高锰含钡磁铁矿球团的氧化行为和固结机理的实验研究,具有非常重要的科学价值,同时为高锰含钡磁铁矿球团工业应用提供理论支持。通过圆盘造球实验以及预热、焙烧工艺和相应的性能检测设备对磁铁精矿粉制备球团进行了研究。实验表明:生球的落下强度为5.7次/0.5m,抗压强度为13N/个,满足了磁铁矿粉制备生球的转运要求。干燥球在预热时间10min,预热温度900℃的条件下,抗压强度达到最大,为597N/个,预热球中FeO含量最小,为2.89%。预热球中主要物相为磁铁矿,晶粒间连接性较差。预热球在焙烧时间20min,焙烧温度1200℃的条件下,抗压强度达到2510N/个,焙烧球中主要物相为赤铁矿,还存在少量的硅酸盐和磁铁矿。硅酸盐以液相形式填充在赤铁矿晶粒之间,使赤铁矿晶粒紧密连接在一起,增加基体的致密性。确定了磁铁矿粉制备球团的预热、焙烧制度。通过研究不同含量Mn₃O₄和BaSO₄对球团矿氧化行为和固结机理的影响,结果表明:在预热、焙烧过程中,Mn₃O₄分解为MnO,随着Mn₃O₄含量的增加,球团矿的氧化度由94.2%降低至44.2%,抗压强度由2654N/个降至1920N/个,孔隙率由22.4%增加至26.5%。MnO与Fe₂O₃生成MnFe₂O₄,且含量随着Mn₃O₄含量的增加而增加。MnFe₂O₄一般存在于赤铁矿晶粒之间,破坏了赤铁矿的连续结晶并且抑制赤铁矿晶粒的长大,使赤铁矿晶粒尺寸由24.5μm降低至10.2μm。在预热、焙烧过程中,BaSO₄首先分解为BaO,当BaSO₄添加量少于2%时,球团矿抗压强度由2783N/个增加到2950N/个,孔隙率由22.3%减少到21.6%。此时,少量的Ba²⁺进入到硅酸盐中,增加填充在赤铁矿晶粒间的液相量,从而降低孔隙率,增加抗压强度。随着BaSO₄的含量继续增加,球团矿抗压强度下降至2661N/个,孔隙率增加至26.1%。BaO与Fe₂O₃生成BaFe₂O₄,且含量随着BaSO₄添加量增加而增加。位于赤铁矿晶粒之间的BaFe₂O₄破坏了赤铁矿晶粒之间的键桥连接,从而抑制赤铁矿晶粒的长大,使赤铁矿晶粒尺寸由23.7μm降低至11.3μm。实验表明Mn₃O₄的存在对球团矿的氧化固结有不利影响;而添加少于2%的BaSO₄有助于球团矿的氧化固结,当添加量超过2%时,对球团矿的氧化固结带来不利的影响。