磁化焙烧工艺中冷却方式对焙烧产品的性质影响极大,我国目前已应用的磁化焙烧工艺中较多使用水冷方式,对其他冷却工艺及焙烧矿冷却过程中反应机理少有研究。本课题以赤铁矿纯矿物为原料,探究了赤铁矿经磁化焙烧后生成磁铁矿在不同冷却条件下的物相转化规律。 赤铁矿纯矿物还原磁化焙烧条件试验表明,赤铁矿在磁化焙烧温度600℃、CO浓度40%、焙烧时间5min条件下完全还原为磁铁矿。对磁化焙烧生成的高温磁铁矿进行不同冷却条件试验,结果表明:高温磁铁矿在水冷、惰性气氛冷却时不会发生反应,磁性也没有变化;在弱还原性气氛中冷却时会发生较少的过还原,有微量磁铁矿还原为FeO,但磁性仍没有降低;在空气气氛中冷却时会发生两种反应,一种反应为磁铁矿在较高温度下反应生成弱磁性α-Fe₂O₃,焙烧产物磁性大幅度降低;另一种反应为磁铁矿在较低温度下反应生成强磁性γ-Fe₂O₃,焙烧产物仍保留较高磁性。磁铁矿转化为γ-Fe₂O₃的条件为:氧化温度230℃、氧化时间30min、空气流量600ml/min,该条件下γ-Fe₂O₃的含量为14.75%。 利用管式炉和TG-DSC分别进行了磁铁矿等温和非等温氧化动力学研究。磁铁矿在等温氧化过程中的氧化分数在前5-12min内便达到最大值,且随着氧化温度升高,反应达到平衡所需时间增大,氧化程度增加;反应速率则是随着氧化时间的增加而降低,且随着氧化温度降低,反应速率减小,说明氧化温度是影响磁铁矿转化为γ-Fe₂O₃的主要因素。磁铁矿等温氧化反应机理函数为Avrami-Erofee方程,,表观活化能E为57.04kJ/mol,指前因子A为218.55min^-1;磁铁矿在非等温氧化过程中经历了两个不同反应阶段:第一个阶段反应温度为195-280℃,机理函数为Z-L-T,,表观活化能E为5.27kJ/mol,指前因子A为8.68×10⁹min^-1;第二个阶段反应温度为280-340℃,机理函数为F3,,表观活化能E为0.6kJ/mol,指前因子A为20.19min^-1。 以上研究基本探明了赤铁矿磁化焙烧后生成的高温磁铁矿在不同冷却方式下物相转化规律和冷却产物性质,以及磁铁矿氧化为γ-Fe₂O₃的条件,并对磁铁矿氧化过程中动力学和热力学进行了分析,为磁化焙烧工艺中冷却条件和热工参数的选择提供了理论依据。