鐵礦石是我國(guó)鋼鐵工業(yè)的保障性資源，屬國(guó)家的重大戰(zhàn)略需求。鐵礦綠色開(kāi)發(fā)利用方向針對(duì)我國(guó)鐵礦資源稟賦特點(diǎn)，結(jié)合2011鋼鐵共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心重大任務(wù)，提出了鐵礦資源“劣質(zhì)能用、優(yōu)質(zhì)優(yōu)用”的發(fā)展戰(zhàn)略，凝練出“難選鐵礦石預(yù)富集-懸浮焙燒-磁選技術(shù)與裝備”、“難選鐵礦石煤基深度還原短流程技術(shù)”、“超級(jí)鐵精礦與潔凈鋼基料短流程綠色制備關(guān)鍵技術(shù)”、“鐵礦石新型綠色高效浮選藥劑研制及應(yīng)用”等課題。經(jīng)過(guò)4年來(lái)的理論和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)等基礎(chǔ)研究，形成了系列復(fù)雜難選鐵礦資源高效利用關(guān)鍵技術(shù)，在中試試驗(yàn)和工業(yè)應(yīng)用中取得顯著成果。下面將分別對(duì)上述研究?jī)?nèi)容的成果予以介紹說(shuō)明。
東北大學(xué)鐵礦資源綠色開(kāi)發(fā)利用研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目的支持下，開(kāi)展了極難選鐵礦資源深度還原基礎(chǔ)研究和工藝技術(shù)研發(fā)，建立了難選鐵礦深度還原復(fù)雜體系熱力學(xué)基礎(chǔ)理論，確定了深度還原動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)和限制性環(huán)節(jié)，揭示了礦石微觀結(jié)構(gòu)和物相演變規(guī)律，闡明了金屬相形核及生長(zhǎng)機(jī)制，探討了有害元素磷的微觀相際遷移機(jī)理，開(kāi)發(fā)了深度還原-高效磁選、深度還原富磷-高磷鐵粉脫磷綜合利用、深度還原短流程熔煉等關(guān)鍵技術(shù)，建成了處理能力50噸/天的深度還原短流程熔煉中試系統(tǒng)，完成了紅土鎳礦、釩鈦磁鐵礦等典型難選鐵礦石深度還原短流程熔煉半工業(yè)試驗(yàn)。目前，該技術(shù)得到國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)的高度關(guān)注，正在加速其工業(yè)化推廣應(yīng)用。
針對(duì)常規(guī)選礦方法和磁化焙燒技術(shù)也難以高效經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)利用的極難選鐵礦資源，研究團(tuán)隊(duì)突破選礦-球團(tuán)（燒結(jié)）-高爐的傳統(tǒng)理念，創(chuàng)造性提出了深度還原短流程技術(shù)，即以煤粉為還原劑將礦石中的鐵礦物還原為金屬鐵，之后通過(guò)磁選或熔煉的技術(shù)實(shí)現(xiàn)渣鐵分離，獲得金屬鐵粉或鐵水。通過(guò)對(duì)復(fù)雜難選鐵礦石選冶一體化研究，突破極難選鐵礦資源高效利用的技術(shù)瓶頸，開(kāi)發(fā)了深度還原選冶一體化流程參數(shù)優(yōu)化調(diào)控、金屬相形成過(guò)程調(diào)控、有害元素磷遷移走向控制等關(guān)鍵技術(shù)，以高磷鮞狀赤鐵礦石、羚羊鐵礦石、紅土鎳礦為原料進(jìn)行了半工業(yè)試驗(yàn)，取得了良好指標(biāo)，為該類資源的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
1、基礎(chǔ)研究
針對(duì)深度還原過(guò)程中礦物反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制、物相和結(jié)構(gòu)演變規(guī)律、金屬相的形成生長(zhǎng)機(jī)理、有害元素磷的遷移規(guī)律等開(kāi)展了深入系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究。
1.1難選鐵礦深度還原熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制
基于礦石的物質(zhì)組成，借助熱力學(xué)計(jì)算軟件對(duì)深度還原熱力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)地模擬計(jì)算。鐵礦物的還原歷程為Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe，要實(shí)現(xiàn)礦石中赤鐵礦的完全還原，深度還原的溫度應(yīng)高于1000℃；赤鐵礦還原的中間產(chǎn)物FeO可能與SiO2、Al2O3生成鐵橄欖石、鐵尖晶石等鐵復(fù)雜化合物，隨著溫度的升高，鐵復(fù)雜化合物會(huì)被固體碳還原為金屬鐵；礦石主要雜質(zhì)成分SiO2、Al2O3、CaO之間可能發(fā)生固相反應(yīng)，生成CaO·SiO2、CaO·Al2O3、CaO·Al2O3·SiO2等復(fù)雜化合物；還原溫度高于1343℃時(shí)，磷礦物會(huì)被固體碳還原為單質(zhì)磷，SiO2的存在會(huì)促進(jìn)磷礦物的還原；還原體系組分越多，反應(yīng)平衡時(shí)的物相組成越復(fù)雜，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)所需的溫度越高。由此，建立了難選鐵礦深度還原熱力學(xué)基礎(chǔ)理論體系，對(duì)于優(yōu)化還原條件、促進(jìn)鐵礦物還原具有重要指導(dǎo)意義。
利用自行組建的試驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)等溫和非等溫兩種熱分析技術(shù)對(duì)深度還原動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，考察了還原溫度、C/O摩爾比、升溫速率對(duì)還原度及還原速率的影響規(guī)律，并對(duì)機(jī)理函數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了求解，獲得了反應(yīng)活化能和指前因子，建立了深度還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型；隨著還原的進(jìn)行，還原機(jī)理發(fā)生改變；還原前期階段，發(fā)生還原反應(yīng)的主要物質(zhì)為Fe2O3、Fe3O4和FeO，反應(yīng)由界面化學(xué)反應(yīng)控制；還原后期階段則主要是Fe2SiO4和FeAl2O4，固相擴(kuò)散為還原反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。
1.2礦石物相轉(zhuǎn)化及微觀結(jié)構(gòu)演化規(guī)律
鐵礦石組成礦物的物相轉(zhuǎn)化及微觀結(jié)構(gòu)的演變過(guò)程對(duì)于探明難選鐵礦石深度還原機(jī)制、優(yōu)化調(diào)控還原過(guò)程具有非常重要的意義。采用XRD、SEM檢測(cè)技術(shù)，查明了深度還原過(guò)程中鐵礦物及雜質(zhì)組分的反應(yīng)歷程，闡述了鐵礦物還原反應(yīng)機(jī)理，探明了礦石微觀結(jié)構(gòu)的破壞過(guò)程，建立了深度還原過(guò)程的簡(jiǎn)化物理模型，如圖1所示。
▲圖1難選鐵礦深度還原過(guò)程中鐵礦物還原及微觀結(jié)構(gòu)演變示意圖
研究發(fā)現(xiàn)，深度還原過(guò)程中存在著復(fù)雜的物相轉(zhuǎn)化，不僅包含鐵礦物的還原，還有鐵復(fù)雜化合物的生成及還原，以及Si、Al、Ca主要雜質(zhì)成分之間的反應(yīng)。鐵礦物按照Fe2O3→Fe3O4→FeO（Fe2SiO4，F(xiàn)eAl2O4）→Fe的順序發(fā)生一系列反應(yīng)相變，最終還原為金屬鐵。雜質(zhì)組分則主要依據(jù)Fe-Al-Si-O→Fe-Ca-Al-Si-O→Ca-Al-Si-O的歷程發(fā)生反應(yīng)，最終形成渣相。礦石微觀結(jié)構(gòu)將按照由外至內(nèi)的空間順序逐漸發(fā)生破壞，演變過(guò)程可分為邊緣破壞、內(nèi)部破壞、完全破壞三個(gè)階段。金屬相及渣相的形成與聚集生長(zhǎng)是礦石微觀結(jié)構(gòu)破壞的直接動(dòng)力。礦石物相轉(zhuǎn)化與微觀結(jié)構(gòu)演變并不是兩個(gè)孤立的過(guò)程，二者之間相輔相成，同時(shí)進(jìn)行。物相轉(zhuǎn)化是微觀結(jié)構(gòu)改變的根本原因，微觀結(jié)構(gòu)的演變是物相轉(zhuǎn)化的必然結(jié)果，同時(shí)微觀結(jié)構(gòu)的破壞對(duì)物相轉(zhuǎn)化也具有一定的促進(jìn)作用。
1.3深度還原過(guò)程中金屬鐵顆粒形成及粒度預(yù)測(cè)模型
借助SEM和化學(xué)分析技術(shù)，對(duì)鐵礦物的金屬化過(guò)程、金屬相的存在形態(tài)及聚集生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)金屬化過(guò)程可以分為金屬相快速形成階段和金屬相含量穩(wěn)定階段。金屬顆粒的形成過(guò)程為：還原生成的Fe原子在礦石表面析出，形成微小的不規(guī)則金屬凸起，成為金屬顆粒生長(zhǎng)的核心；后續(xù)還原生成的Fe原子由渣相擴(kuò)散遷移至金屬顆粒核心表面，與之融合生長(zhǎng)為類球形的金屬顆粒。
光學(xué)顯微圖像分析技術(shù)是測(cè)量深度還原物料中金屬顆粒粒度的最佳方法。利用光學(xué)顯微圖像分析技術(shù)對(duì)還原物料中金屬鐵顆粒粒度進(jìn)行測(cè)量，考察還原溫度和還原時(shí)間對(duì)鐵顆粒粒度的影響，并采用MATLAB軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，建立鐵顆粒粒度與還原條件之間的數(shù)學(xué)模型，模型的計(jì)算值與試驗(yàn)值具有良好的吻合性，可用于預(yù)估深度還原過(guò)程中金屬鐵顆粒的粒度。基于該模型，可通過(guò)調(diào)整T和t以實(shí)現(xiàn)金屬鐵顆粒粒度的優(yōu)化與控制。
1.4深度還原過(guò)程中磷元素的遷移調(diào)控機(jī)制
借助XRD、SEM-EDS、EPMA等檢測(cè)分析技術(shù)對(duì)深度還原過(guò)程中磷礦物的還原特性、磷在各相間的分布規(guī)律、磷在還原物料中的賦存狀態(tài)、以及磷的微觀遷移進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究發(fā)現(xiàn)，SiO2在磷灰石的還原過(guò)程中起著決定性作用，可以顯著降低磷灰石還原反應(yīng)的起始溫度；Fe2O3被還原為金屬鐵之后，因可以提供磷的最易傾向富集位置（金屬相）而促進(jìn)了磷灰石的還原，但這種促進(jìn)作用是以磷灰石還原反應(yīng)的發(fā)生為前提。
在深度還原物料金屬相中，磷以Fe3P化合物和Fe-P固溶體的形式存在；在渣相中，磷主要賦存于磷灰石和CaO-SiO2-P2O5固溶體中。深度還原過(guò)程中，磷在金屬相、渣相和氣相中分布，在金屬相中的含量及分布率明顯高于渣相和氣相，在氣相中的分布率最低，磷傾向富集的順序?yàn)椋航饘傧啵驹啵練庀唷Ａ椎母患较驗(yàn)樵唷饘傧啵w移過(guò)程包括渣相中擴(kuò)散、鐵-磷化合物形成和金屬相中擴(kuò)散三個(gè)環(huán)節(jié)。磷的遷移路徑為：還原生成的單質(zhì)磷通過(guò)渣相中的孔隙擴(kuò)散至渣-鐵界面；到達(dá)界面后被金屬鐵捕獲，發(fā)生反應(yīng)生成Fe3P化合物；金屬相邊界處的磷以固溶擴(kuò)散的方式逐漸遷移至金屬相內(nèi)部。
2、關(guān)鍵技術(shù)
基于深度還原熱力學(xué)基礎(chǔ)、動(dòng)力學(xué)機(jī)理、物相及微觀結(jié)構(gòu)演變規(guī)律、金屬鐵顆粒形成及生長(zhǎng)、有害元素磷的遷移與控制機(jī)制等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的揭示，本研究創(chuàng)新性地提出了深度還原-高效磁選選冶一體化技術(shù)、深度還原富磷-高磷鐵粉脫磷綜合利用技術(shù)和煤基深度還原短流程熔煉技術(shù)。
2.1深度還原-高效磁選選冶一體化技術(shù)
針對(duì)鐵和有害元素相對(duì)較低的鐵礦石，創(chuàng)新性提出了深度還原-高效磁選選冶一體化技術(shù)。在低于礦石熔化溫度下將礦石中的鐵礦物還原為金屬鐵，并通過(guò)調(diào)控促使金屬鐵聚集生長(zhǎng)為一定粒度的鐵顆粒，還原物料經(jīng)高效分選獲得煉鋼用金屬鐵粉。將深度還原物料工藝礦物學(xué)特點(diǎn)與深度還原控制技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，揭示了深度還原工藝條件（還原溫度、還原時(shí)間、還原劑用量、還原劑種類等）與分選效果之間的內(nèi)在關(guān)系，查明了礦石粒度、造粒與散料、布料方式、還原劑種類等對(duì)傳質(zhì)傳熱的影響規(guī)律，結(jié)合深度還原物料粉磨和分選條件優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了深度還原選冶一體化流程參數(shù)優(yōu)化調(diào)控技術(shù)。
2.2深度還原富磷-高磷鐵粉脫磷綜合利用技術(shù)
針對(duì)磷含量相對(duì)較高的鐵礦石，開(kāi)發(fā)了深度還原富磷-高磷鐵粉脫磷綜合利用技術(shù)。在深度還原過(guò)程中，鐵礦物還原的同時(shí)將磷礦物也還原為單質(zhì)磷，并促使其進(jìn)入鐵相，通過(guò)磁選得到富磷鐵粉；之后，采用脫磷冶煉技術(shù)對(duì)富磷鐵粉進(jìn)行精煉，在獲得合格鐵水的同時(shí)，得到高磷鋼渣，將高磷鋼渣用于制作磷肥或作為進(jìn)一步提取磷的原料。以高磷鮞狀赤鐵礦為原料，開(kāi)展了深度還原富磷和高磷鐵粉脫磷研究，獲得了鐵含量99.17%、磷含量0.10%、鐵回收率84.41%的鐵水和磷含量5.72%、磷回收率67.23%的富磷渣。該技術(shù)為含磷難選鐵礦資源鐵磷綜合利用開(kāi)辟了新的途徑。資源鐵磷綜合利用開(kāi)辟了新的途徑。
2.3煤基深度還原短流程熔煉新技術(shù)
針對(duì)鐵品位相對(duì)較高或伴生鎳、釩、鈦等金屬的鐵礦資源，創(chuàng)造性提出了煤基深度還原短流程熔煉技術(shù)。以煤粉為燃料和還原劑對(duì)復(fù)雜難選鐵礦石進(jìn)行預(yù)還原，將鐵礦中的鐵氧化物在礦石不融化的溫度下轉(zhuǎn)化為金屬鐵，然后直接進(jìn)入礦熱爐進(jìn)一步還原熔煉得到可深加工的液態(tài)金屬。該技術(shù)流程環(huán)節(jié)熱流不中斷，各工序熱損失小，熱量利用效率高，生產(chǎn)流程短，以煤代焦、以煤代電，大幅降低了生產(chǎn)成本，原燃料適應(yīng)性廣，屬新型冶煉技術(shù)。
3、小型試驗(yàn)研究
基于基礎(chǔ)研究的成果，在實(shí)驗(yàn)室利用自行研制的單行加熱爐，針對(duì)臨江羚羊鐵礦石、凌源鮞狀赤鐵礦石、白云鄂博氧化鐵礦石、官店高磷鮞狀赤鐵礦石等典型難選鐵礦資源，進(jìn)行了深度還原流程優(yōu)化試驗(yàn)研究，取得了良好的技術(shù)指標(biāo)。
3.1臨江羚羊鐵礦石深度還原磁選試驗(yàn)
吉林臨江的羚羊鐵礦石儲(chǔ)量約10億噸，含鐵品位30%-35%，因無(wú)法實(shí)現(xiàn)選礦分離而成為“呆礦”。研究團(tuán)隊(duì)以羚羊鐵礦石為原料進(jìn)行了深度還原-磁選試驗(yàn)，確定了適宜的深度還原條件為：還原溫度1275℃、還原時(shí)間50min、料層厚度30mm、配碳系數(shù)3.0、還原煤粒度-2.0mm和礦石粒度-2.0mm，可獲得全鐵品位46.11%、金屬鐵含量41.30%、金屬化率89.57%的還原物料。還原物料經(jīng)高效選別試驗(yàn)，在磨礦粒度為-45μm占87%條件下，經(jīng)三段磁選，獲得了全鐵品位90.09%、鐵回收率88.32%、金屬化率89.81%的良好指標(biāo)。
3.2白云鄂博氧化鐵礦石深度還原磁選試驗(yàn)
白云鄂博礦由于其礦物成分復(fù)雜，共生關(guān)系密切，嵌布粒度細(xì)而不均及可利用的有價(jià)成分多等原因，導(dǎo)致選礦過(guò)程中鐵礦物和稀土礦物的回收率均較低。研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了還原溫度、還原時(shí)間、配碳系數(shù)、煤粉粒度等因素對(duì)深度還原效果的影響。試驗(yàn)確定的適宜深度還原條件為：還原溫度1225℃，還原時(shí)間30min，配碳系數(shù)2.0，煤粉粒度-1.5mm，礦石粒度-2.0mm。在此條件下制備出的還原物料鐵品位35.30%，金屬鐵含量33.05%，金屬化率93.63%。針對(duì)深度還原物料可磨性差的特點(diǎn)，提出“階段磨礦，粗細(xì)分選”工藝選別流程，獲得了鐵粉品位92.02%，回收率93.27%，金屬化率94.18%的良好指標(biāo)，該產(chǎn)品可直接作為煉鋼原料。
3.3凌源鮞狀赤鐵礦石深度還原磁選試驗(yàn)
鮞狀赤鐵礦石礦物組成復(fù)雜、礦物結(jié)晶粒度細(xì)、加之鮞狀結(jié)構(gòu)獨(dú)特，傳統(tǒng)選礦工藝難以加工利用，被公認(rèn)為是世界上最難選的鐵礦石。研究團(tuán)隊(duì)以煤作為還原劑對(duì)凌源鮞狀赤鐵礦進(jìn)行了深度還原-磁選試驗(yàn)，在還原溫度1275℃、還原時(shí)間40min、配煤量3.0、礦石粒度-2.0mm、配煤粒度-2.0mm、料層厚度30mm、物料堿度0.1的適宜條件下，還原物料金屬化率可達(dá)91.01%。還原物料經(jīng)兩段磨礦-兩段磁選-電磁精選流程處理，可獲得Fe品位86.10%、回收率93.21%、Mn品位1.54%、回收率19.68%的鐵粉產(chǎn)品，鐵粉中Fe、Mn品位總計(jì)87.64%。該流程在回收利用鐵的同時(shí)，綜合回收了礦石中伴生的錳元素。
3.4高磷鮞狀赤鐵礦石深度還原富磷-高磷鐵粉脫磷試驗(yàn)
在我國(guó)部分鮞狀赤鐵礦含磷量高，一般在0.4%-1.1%，稱為高磷鮞狀赤鐵礦，已探明高磷鮞狀赤鐵礦儲(chǔ)量37.2億噸。研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了深度還原富磷和高磷鐵粉脫磷試驗(yàn)。確定適宜深度還原工藝條件為：還原溫度1250℃、還原時(shí)間50min、配碳系數(shù)2.0、CaO用量6%，可獲得金屬化率95.68%的還原物料。采用階段磨礦磁選對(duì)還原物料進(jìn)行分選，獲得了鐵品位91.41%、回收率92.26%、金屬化率93.42%、磷含量1.74%、磷回收率71.70%的高磷鐵粉。高磷鐵粉適宜脫磷條件為：渣系堿度3.5、FeO含量55%和Al2O3含量6%，渣金比0.2、脫磷溫度1600℃、脫磷時(shí)間20min，可將金屬相中的磷降至0.2%、脫磷率達(dá)88.51%，同時(shí)可獲得P2O5含量14.41%的富磷渣。
4、中試試驗(yàn)
根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究的結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)建成了深度還原-高效分選中試試驗(yàn)系統(tǒng)和深度還原短流程熔煉半工業(yè)試驗(yàn)平臺(tái)，先后以臨江羚羊鐵礦石、鮞狀赤鐵礦石和紅土鎳礦為原料進(jìn)行了中試試驗(yàn)，取得了顯著的成果。
4.1深度還原-高效分選中試試驗(yàn)
深度還原-高效分選中試試驗(yàn)系統(tǒng)處理能力為200kg/h，該系統(tǒng)主要由板式深度還原爐、顎式破碎機(jī)、球磨機(jī)、磁選機(jī)組成，系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)系圖如圖2所示。礦石深度還原試驗(yàn)在板式還原爐中進(jìn)行，板式還原爐采用雙層加熱方式，即把燃燒空間分為上下兩層，以承載礦石的托盤(pán)為界。還原爐主體結(jié)構(gòu)為爐體、爐襯、燃燒系統(tǒng)、管道系統(tǒng)、托盤(pán)傳動(dòng)系統(tǒng)。還原爐以液化石油氣為燃料。
▲圖2深度還原-高效分選中試系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)系圖
利用深度還原-高效分選中試系統(tǒng)針對(duì)臨江羚羊鐵礦石進(jìn)行了中試試驗(yàn)。深度還原中試條件試驗(yàn)確定最佳的深度還原條件為：還原溫度1275℃、還原時(shí)間60min、配碳系數(shù)3.0、料層厚度30mm。在最佳條件下，深度還原試驗(yàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行10天，生產(chǎn)獲得40噸鐵品位42.29%、金屬化率90.32%的還原物料。針對(duì)深度還原物料進(jìn)行了連續(xù)分選試驗(yàn)。連選試驗(yàn)流程為：還原熟料經(jīng)過(guò)一段捶碎后通過(guò)2mm篩子，捶碎后產(chǎn)品經(jīng)過(guò)一段磁選回收過(guò)剩還原劑，一段磁選精礦給入球磨機(jī)中進(jìn)行磨礦，磨細(xì)后產(chǎn)品經(jīng)過(guò)二段磁選后給入精選機(jī)中進(jìn)行精選，精選后產(chǎn)品為最終產(chǎn)品。連選試驗(yàn)在給礦量180t/h條件下，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行72h，最終可獲得鐵品位為90.49%、回收率88.07%的還原鐵粉產(chǎn)品（圖3）。
▲圖3深度還原鐵粉產(chǎn)品SEM圖像
4.2深度還原短流程熔煉中試試驗(yàn)
在深度還原-高效分選技術(shù)基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步拓展開(kāi)發(fā)出煤基深度還原短流程熔煉新技術(shù)，并于朝陽(yáng)東大礦冶研究院建成日處理量為50噸的半工業(yè)試驗(yàn)系統(tǒng)，如圖4所示。深度還原短流程中試平臺(tái)主要由混料系統(tǒng)、預(yù)還原系統(tǒng)、還原熔煉系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)組成。該平臺(tái)利用一次性能源煤做為燃料和還原劑，用少量的電能輔助完成還原和冶煉的過(guò)程。
▲圖4深度還原短流程熔煉中試平臺(tái)
利用深度還原短流程熔煉中試平臺(tái)，針對(duì)印尼紅土鎳礦進(jìn)行了中試試驗(yàn)，中試試驗(yàn)給礦量為2t/h。通過(guò)試驗(yàn)確定的適宜工藝條件為：預(yù)還原溫度1100℃、熔池溫度1600℃，最終獲得了鐵含量86.18%、鐵回收率95.12%、鎳含量4.34%、鎳回收率94.28%的鎳鐵產(chǎn)品。此外，針對(duì)難選鐵礦石、釩鈦磁鐵礦等典型難選鐵礦資源進(jìn)行了深度還原熔煉半工業(yè)探索試驗(yàn)，鐵水產(chǎn)品化學(xué)組成如表1所示。
鐵礦資源綠色開(kāi)發(fā)利用方向針對(duì)常規(guī)選礦方法不能處理的鐵礦資源，突破了傳統(tǒng)的選礦-球團(tuán)-高爐煉鐵限制，創(chuàng)造性提出了深度還原短流程技術(shù)，并圍繞其開(kāi)展了大量的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)工作，建成了半工業(yè)試驗(yàn)平臺(tái)，完成了多種典型難選鐵礦資源的實(shí)驗(yàn)室和中試試驗(yàn)，取得了良好的技術(shù)指標(biāo)，為我國(guó)復(fù)雜難選鐵礦高效經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)利用提供了新途徑。
難選鐵礦石煤基深度還原短流程新技術(shù)對(duì)鋼鐵生產(chǎn)流程的變革和節(jié)能減排具有深遠(yuǎn)影響。該技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，不僅能高效處理難選鐵礦，還適用于銅、鎳等有色金屬的回收；同時(shí)省去了選礦、球團(tuán)等工藝，從而縮短了鋼鐵生產(chǎn)流程、提高了生產(chǎn)效率并降低了能源消耗。此外，難選鐵礦石煤基深度還原短流程新技術(shù)以普通煤粉為還原劑，擺脫了鋼鐵生產(chǎn)對(duì)焦煤的依賴，可有效地減少因煉焦造成的環(huán)境污染。綜上所述，難選鐵礦石煤基深度還原短流程新技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境效益。
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