我国铁矿资源丰富,但富矿储量不足3%,平均含铁量仅33%,97%以上的贫赤铁矿需要经过富集后才可以进行高炉冶炼。复杂难选铁矿占很大比例,其中鞍山式难选赤铁矿石分布极其广泛,资源储量巨大。东北大学创造性地提出了“预富集-悬浮磁化焙烧-磁选”的工艺流程,能够有效提高我国复杂难选铁矿石的利用率。同时东北大学在鞍山式难选赤铁矿半工业悬浮磁化焙烧试验中发现:原矿中含有一定量的磁铁矿时可显著提高分选指标及焙烧矿质量。但磁铁矿对赤铁矿磁化焙烧过程的作用及其影响规律尚不清楚。因此,对磁铁矿在赤铁矿磁化焙烧过程中所起的作用进行深入系统的基础理论研究具有重要的意义。根据上述的问题,基于工艺矿物学研究结果,本文对赤铁矿纯矿物进行了悬浮磁化焙烧试验研究,确定了适宜的工艺条件。利用X射线衍射分析、磁性分析、扫描电子显微镜、热重分析等技术手段,采用理论分析与试验研究相结合的方法,开展了磁化焙烧还原动力学等相关研究工作。通过化学分析、XRD等检测方法,对赤铁矿纯矿物、磁铁矿纯矿物进行化学成分分析,赤铁矿纯矿物的TFe品位为67.76%,磁铁矿纯矿物的TFe品位为71.95%。热力学分析表明在磁化焙烧过程中赤铁矿的还原反应是分段进行的,在较低的CO浓度下就能够还原为磁铁矿。赤铁矿悬浮磁化焙烧试验研究表明,在还原温度为823K、气体流量为1000ml/min、CO浓度为20%,还原时间为2min的试验条件下,磁铁矿含量为16%时对赤铁矿诱导效果最佳。XRD分析可知,含磁铁矿时焙烧后物料中磁铁矿的X射线衍射峰更强;微观分析表明磁铁矿对焙烧后物料的颗粒大小及分布未产生明显影响,但赤铁矿表面出现微裂纹。人工赤铁矿在CO气氛中磁化焙烧动力学研究表明,等温过程动力学机理函数为G(α)=[-ln(1-α)]^2/3,活化能为55.06kJ˙mol^-1;非等温过程动力学机理函数为G(α)=[-ln(1-α)]^2/3,活化能为73.90kJ˙mol^-1;含磁铁矿的人工赤铁矿等温过程动力学机理函数为Avrami-Erofeev模型函数G(α)=[-ln(1-α)]^2/3,活化能为48.67kJ˙mol^-1,晶体的成核与一维生长为人工赤铁矿还原反应的限制环节。天然赤铁矿在CO气氛中磁化焙烧动力学研究表明,等温还原反应过程分为反应前期和反应后期。反应前期机理函数为G(α)=1-(1-α)^1/4,由天然赤铁矿还原为磁铁矿的相界面反应收缩核控制,活化能为30.15kJ˙mol^-1,反应后期机理函数为G(α)=[1-(1-α)^1/3]²,由三维扩散控制,活化能为36.26kJ˙mol^-1;非等温过程动力学机理函数为G(α)=[(1+α)^1/3-1]²,由三维扩散控制,活化能为69.47KJ˙mol^-1;添加磁铁矿的天然赤铁矿等温动力学机理函数与单一天然赤铁矿时相同,活化能分别为25.32kJ˙mol^-1和30.64kJ˙mol^-1。相比单一的赤铁矿,添加磁铁矿后赤铁矿反应转化率升高,诱导期时间较短。反应前期赤铁矿的还原会优先从活性较高的位置开始,但前期形成磁铁矿新相的速度较慢。添加磁铁矿后,还原反应开始即存在部分成核的磁铁矿,物料表面活性点增加,降低反应所需的活化能,还原气体CO与活性点碰撞的概率增大,有效碰撞次数增多,因此需要的指前因子降低。本文的研究成果进一步丰富了赤铁矿磁化焙烧理论,不仅为鞍山式难选赤铁矿开发利用提供基础理论,对其它复杂难选铁矿石悬浮磁化焙烧也具有借鉴价值。