铁矿石基础培训

1、铁矿石基础知识 铁矿石分类及其特性、有害及有益元素 铁矿石冶炼前的准备和处理 铁矿粉造块 炼铁、炼钢流程铁矿石分类及其特性铁矿石分类及其特性 1.1 铁矿石简介铁矿石简介 铁矿石是由含铁矿物与脉石矿物组成，是钢铁生产企业的重要原料，天然矿石（铁矿石）经过破碎、磨碎、磁选、浮选、重选等程序逐渐选出铁。在理论上来说，凡是含有铁元素或铁化合物的矿石都可以叫做铁矿石；但是，在工业上或者商业上来说，铁矿石和锰矿不同，铁矿石不但是要含有铁的成分，而且必须有利用价值才行。1.2 铁矿石的分类及主要特性铁矿石的分类及主要特性1.2.1 铁矿石的用途简介铁矿石的用途简介铁矿石主要用于钢铁工业冶炼含碳量不同的生铁

2、（含碳量一般在2%以上）和钢（含碳量一般在2%以下）。铁是世界上发现最早，利用最广、用量也是最多的一种金属，其消耗量约占金属总消耗量的95%左右。生铁通常按用途不同分为炼钢生铁、铸造生铁、合金生铁。钢按组成元素不同分为碳素钢、合金钢。合金钢是在碳素钢的基础上，为改善或获得某些性能而有意加入适量的一种或多种元素的钢，加入钢中的元素种类很多，主要有铬、锰、钒、钛、镍、钼、硅等。此外，铁矿石还用于合成氨的催化剂（纯磁铁矿），天然矿物颜料（赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿）、饲料添加剂（磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿）和名贵药石（磁石）等，但用量很少。铁矿石分类及其特性铁矿石分类及其特性铁矿石分类及其特性铁矿石分类及其

3、特性 1.2.2 铁矿石的主要分类铁矿石的主要分类 在自然界中，金属状态的铁是极少见的，一般都和其他元素结合成化合物存在。目前已发现的铁矿物和含铁矿物约300余种，其中常见的有170余种。但在当前技术条件下，具有工业利用价值的主要是磁铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。 （1）磁铁矿 磁铁矿的化学成分为Fe3O4，其中FeO=31%，Fe2O3=69%。理论含铁量为72.4%。磁铁矿具有磁性，颜色为铁黑色，条痕呈现黑色，金属光泽或半金属光泽、不透明，摩氏硬度5.5-6，比重4.8-5.3，脉石主要是石英及硅酸盐。磁铁矿还原性差，一般含有害杂质硫、磷较高。 在自然界，纯磁铁矿矿石很

4、少遇到，常常由于地表氧化作用使部分磁铁矿氧化转变成半假象赤铁矿和假象赤铁矿。所谓假象赤铁矿就是磁铁矿（Fe3O4）氧化成赤铁矿（Fe2O3），但它仍保留原来磁铁矿的外形，所以叫做假象赤铁矿。铁矿石分类及其特性铁矿石分类及其特性 （2）赤铁矿 赤铁矿为无水氧化铁矿石，其化学式为Fe2O3，理论含铁量为70%。这种矿石在自然界中经常形成巨大的矿床，从埋藏和开采量来说，它都是工业生产的主要矿石。 赤铁矿含铁量一般为50%60%，含有害杂质硫、磷较少，还原性较磁铁矿好，是一种比较优良的炼铁原料。赤铁矿具有半金属光泽，结晶者硬度为5.56，土状赤铁矿硬度很低，相对密度4.95.3，仅有弱磁性，脉石为硅酸

5、盐。 赤铁矿的集合体有各种形态，形成一些矿物亚种，即： 1、镜铁矿 为具金属光泽的玫瑰花状或片状赤铁矿的集合体。 2、云母赤铁矿 具金属光泽的晶质细鳞状赤铁矿。 3、肾状赤铁矿 形态呈肾状的赤铁矿。铁矿石分类及其特性铁矿石分类及其特性 （3）褐铁矿 褐铁矿是含有氢氧化铁的矿石，是由其他矿石风化后生成的，在自然界中分布得最广泛，但矿床埋藏量大的并不多见。褐铁矿中绝大部分含铁矿物是以 2Fe2O3H2O形式存在的。化学成分变化大，含水量变化也大。一般褐铁矿石含铁量为37%55%，有时含磷较高。褐铁矿的吸水性很强，一般都吸附着大量的水分，在焙烧或入高炉受热后去掉游离水和结晶水，矿石气孔率因而增加，大

6、大改善了矿石的还原性。所以褐铁矿比赤铁矿和磁铁矿的还原性都要好。同时，由于去掉了水分相应地提高了矿石的含铁量。铁矿石分类及其特性铁矿石分类及其特性 （4）菱铁矿 菱铁矿是含有碳酸铁的矿石，主要成份为FeCO3，呈现青灰色，理论含铁量48.2%，比重在 3.8左右。在自然界中，有工业开采价值的菱铁矿比其他三种矿石都少。菱铁矿很容易被分解氧化成褐铁矿。一般含铁量不高，但受热分解出CO2以后，不仅含铁量显著提高，而且也变得多孔，还原性很好。这种矿石多半含有相当多数量的钙盐和镁盐。由于碳酸根在高温约800900时会吸收大量的热而放出二氧化碳，所以多半先把这一类矿石加以焙烧之后再加入鼓风炉。铁矿石分类及

7、其特性铁矿石分类及其特性 1.3.1 矿石中的有害杂质是指那些对冶炼有妨碍或使矿石冶炼时不易获得优质产品的元素。主要有S、P、Pb、Zn、As、K、Na、Cu等。 （1）硫（S） 硫在矿石中主要以硫化物状态存在。硫的危害主要表现在： a.当钢中的含硫量超过一定量时，会使钢材具有热脆性。这是由于FeS和Fe结合成低熔点(985)合金，冷却时最后凝固成薄膜状，并分布于晶粒界面之间，当钢材被加热到11501200时，硫化物首先熔化，使钢材沿晶粒界面形成裂纹。 b.对铸造生铁，会降低铁水的流动性，阻止Fe3C分解，使铸件产生气孔、难于切削并降低其韧性。铁矿石铁矿石中中的有害元素的有害元素 c.会显著地

8、降低钢材的焊接性，抗腐蚀性和耐磨性。 国家标准对生铁的含硫量有严格规定，炼钢生铁，最高允许含硫质量分数不能超过0.07，铸造铁不超过0.06。虽然高炉冶炼可以去除大部分硫，但需要高炉温、高炉渣碱度，对增铁节焦是不利的。因此矿石中的硫含量必须小于0.3。铁矿石铁矿石中的有害元素中的有害元素 （2）磷（P） 磷也是钢材的有害成分。以Fe2P、Fe3P形态溶于铁水。因为磷化物是脆性物质，冷凝时聚集于钢的晶界周围，减弱晶粒间的结合力，使钢材在冷却时产生很大的脆性，从而造成钢的冷脆现象。由于磷在选矿和烧结过程中不易除去，在高炉冶炼中又几乎全部还原进入生铁。所以控制生铁含磷的惟一途径就是控制原料的含磷量。

9、 铁矿石铁矿石中的有害元素中的有害元素 （3）铅（Pb）：铅在高炉中几乎全部被还原，由于密度高达11.34t/Mm，故沉于死铁层之下，易破坏炉底砖缝，有可能会造成炉底烧穿。在高炉内铅是易还原元素，但铅又不溶解于铁水，其密度大于铁水，所以还原出来的铅沉积于炉缸铁水层以下，渗入砖缝破坏炉底砌砖，甚至使炉底砌砖浮起。铅又极易挥发，在高炉上部被氧化成PbO，粘附于炉墙上，易引起结瘤。一般要求矿石中的铅含量低于0.1。铁矿石铁矿石中的有害元素中的有害元素 （4）锌（Zn）： 锌很容易气化，锌蒸汽容易进入砖缝，氧化成为ZnO后膨胀，破坏炉身上部耐火砖衬。高炉冶炼中锌全部被还原，其沸点低(905)，不熔于铁

10、水。但很容易挥发，在炉内又被氧化成ZnO，部分ZnO沉积在炉身上部炉墙上，形成炉瘤，部分渗入炉衬的孔隙和砖缝中，引起炉衬膨胀而破坏炉衬。矿石中的锌含量应小于01。铁矿石铁矿石中的有害元素中的有害元素 （5）砷（As）： 砷对钢材来说也是有害元素之一，它使钢材产生冷脆性，使得钢材焊接性能变差。铁矿石中砷基本还原进入生铁，影响生铁质量。此外砷在烧结过程中挥发，对环境影响较大。与磷相似，在高炉冶炼过程中全部被还原进入生铁，钢中含砷也会使钢材产生“冷脆”现象，并降低钢材焊接性能。要求矿石中的砷含量小于007。铁矿石铁矿石中的有害元素中的有害元素 （5）碱金属（K、 NA） 碱金属主要指钾和钠。一般以硅

11、酸盐形式存在于矿石中。冶炼过程中，在高炉下部高温区被直接还原生成大量碱蒸气，随煤气上升到低温区又被氧化成碳酸盐沉积在炉料和炉墙上，部分随炉料下降，从而反复循环积累。其危害主要为：与炉衬作用生成钾霞石(K2OA12O32SiO2)，体积膨胀40而损坏炉衬；与炉衬作用生成低熔点化合物，粘结在炉墙上，易导致结瘤；与焦炭中的碳作用生成插入式化合物(CK8、CNa8)体积膨胀很大，破坏焦炭高温强度，从而影响高炉下部料柱透气性。因此要限制矿石中碱金属的含量。 K2O+Na2O0.25%铁矿石铁矿石中的有害元素中的有害元素 （6）铜（Cu） 铜在钢材中具有两重性，铜易还原并进入生铁。当钢中含铜质量分数小于0

12、3时能改善钢材抗腐蚀性。当超过0.3时又会降低钢材的焊接性，并引起钢的“热脆”现象，使轧制时产生裂纹。一般铁矿石允许铜含量不超过0.2。 Pb0.1%、Zn0.1%、As0.07%、Cu0.2%、K2O+Na2O0.25%。铁矿石铁矿石中的有害元素中的有害元素 1.3.2 有益元素有益元素 矿石中有益元素主要指对钢铁性能有改善作用或可提取的元素。如锰(Mn5%)、铬(Cr0.6%)、钴(Co0.03%)、镍(Ni0.2%)、钒(V0.1%)、钛(Ti)等。当这些元素达到一定含量时，可显著改善钢的可加工性，强度和耐磨、耐热、耐腐蚀等性能。同时这些元素的经济价值很大，当矿石中这些元素含量达到一定数

13、量时，可视为复合矿石，加以综合利用。铁矿石铁矿石中的有益元素中的有益元素铁矿石冶炼前的准备和处理铁矿石冶炼前的准备和处理 从矿山开采出来的铁矿石，无论是粒度还是化学成分都不能满足高炉冶炼的要求，一般要经过以下加工处理过程： 破碎、 筛分、 混匀、 焙烧、 选矿、 造块 2.1破碎破碎 破碎是铁矿石准备处理工作中的基本环节，当矿石粒度很大时，破碎一般都要分段进行，根据破碎的粒度，可分为粗碎、中碎、细碎和粉碎。 粗碎：从l300500mm破碎到400125mm； 中碎：从400125mm破碎到10025mm； 细碎：从l0025mm破碎到255mm； 粉碎：从小于5mm破碎到小于1mm。铁矿石冶炼

14、前的准备和处理铁矿石冶炼前的准备和处理对于天然铁矿石的粗、中、细碎作业，目前采用的主要破碎设备有颚式破碎机和圆锥式破碎机两大类，其工作原理如下图所示。 (a)颚式破碎机； (b)圆锥式破碎机； (c)短锥式破碎机铁矿石冶炼前的准备和处理铁矿石冶炼前的准备和处理 2.2 筛分筛分 通过单层或多层筛面，将颗粒大小不同的混合料分成若干不同粒度级别的过程，称为筛分。其目的是筛除粉末，同时也要将大于规定粒度上限的大块筛除进行再破碎，并进行分级。“筛分”既可以提高破碎机的工作效率，又可以改善物料的粒度组成，更好地满足高炉冶炼的要求。 矿石的筛分设备多采用振动筛。其筛分原理是利用筛网的上下垂直振动进行的。筛

15、网的振动可达每分钟l500次左右，振幅达0512mm，筛面与水平面成l040的倾角。矿石规定的入炉粒度若在835mm范围时，可分为二级入炉，820mm为一级，2035mm 为一级，分级入炉比混合入炉的效果好。铁矿石冶炼前的准备和处理铁矿石冶炼前的准备和处理 振动筛的筛分效率高，单位面积产量大，筛孔不易堵塞，调整方便，适用粒度范围广。 通常，矿石在破碎、筛分过程中通过皮带运输机将破碎机械与筛分机械联系起来，构成破碎筛分流程。铁矿石冶炼前的准备和处理铁矿石冶炼前的准备和处理2.3 混匀混匀又称为中和。其目的在于稳定铁矿石的化学成分，从而稳定高炉操作，保持炉况顺行，改善冶炼指标。矿石的混匀方法是按“

16、平铺直取”的原则进行的。所谓平铺，是根据料场的大小将每一批来料沿水平方向依次平铺，一般每层厚度为200-300mm，把料铺到一定高度(首钢原料场规定4.5m)。所谓直取，即取矿时，沿料堆垂直断面截取矿石，这样可以同时截取许多层次的矿石，从而达到混匀的目的。 2.4 铁矿石的焙烧铁矿石的焙烧 铁矿石的焙烧是将其加热到低于软化温度200300的一种处理过程。焙烧的目的是改变矿石的矿物组成和内部结构，去除部分有害杂质，回收有用元素，同时还可以使矿石变得疏松，提高矿石的还原性。焙烧的方法有氧化焙烧、还原磁化焙烧和氯化焙烧等。 氧化焙烧是铁矿石在氧化气氛条件下焙烧，主要用于去除褐铁矿中的结晶水，菱铁矿中

17、的C02，并提高品位，改善还原性。 还原磁化焙烧是在还原气氛中进行，其作用是将弱磁性的赤铁矿及非磁性的黄铁矿转化为具有强磁性的磁铁矿，以便磁选。铁矿石冶炼前的准备和处理铁矿石冶炼前的准备和处理 2. .5 铁矿石的选矿铁矿石的选矿 2.5.1选矿的目的主要是为了提高矿石品位。 在选矿时，根据各矿物的物理性质与物理化学性质的不同，借助各种选矿设备和药剂，将矿石中有用的矿物和脉石加以分离，使有用矿物相对富集，从而提高矿石品位，同时分离回收其他有用成分，除去部分有害杂质，从而充分、经济合理地利用矿产资源。 矿石经过选矿可得到三种产品：精矿、中矿和尾矿。精矿是指选矿后得到的含有用矿物含量较高的产品；中

18、矿为选矿过程中间产品，需进一步选矿处理；尾矿是经选矿后留下的废弃物。铁矿石冶炼前的准备和处理铁矿石冶炼前的准备和处理 2.5.2对于铁矿石，目前常用的选矿方法有： 1)重力选矿法。根据矿物密度的不同，在选矿介质中具有不同的沉降速度而进行选矿。 2)磁力选矿法。磁力选矿法是利用矿物的磁性差别，在不均匀的磁场中，磁性矿物被磁选机的磁极吸引，而非磁性矿物则被磁极排斥，从而达到选别的目的。 3)浮游选矿法。浮游选矿法是利用矿物表面不同的亲水性，选择性地将疏水性强的矿物用泡沫浮到矿浆表面，而亲水性矿物则留在矿浆中，从而实现不同矿物彼此分离。铁矿石冶炼前的准备和处理铁矿石冶炼前的准备和处理选矿流程铁矿粉造

19、块铁矿粉造块 铁矿粉造块目前主要有两种方法：烧结法和球团法。两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。铁矿粉造块是为满足高炉冶炼对精料的要求而发展起来的，通过铁矿粉造块，可综合利用资源，扩大炼铁用的原料种类，去除有害杂质，回收有益元素，保护环境，同时可以改善矿石的冶金性能，适应高炉冶炼对铁矿石的质量要求，使高炉冶炼的主要技术经济指标得到改善。 3.1.1 铁矿粉烧结生产铁矿粉烧结生产 烧结法生产烧结矿是重要的造块方法之一。所谓烧结，就是将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上进行烧结的过程。在此过程中借助燃料燃烧产生的高温，使物料发生一系列物理化学变化

20、，并产生一定数量的液相。当冷却时，液相将矿粉颗粒黏结成块，即烧结矿。 铁矿粉造块铁矿粉造块铁矿粉造块铁矿粉造块 3.1.2烧结机类型：A、环式烧结机B、带式烧结机C、步进式烧结机 3.1.3烧结生产的主要技术经济指标：A、生产能力：利用系数B、能耗指标C、生产成本铁矿粉造块铁矿粉造块 3.2.1球团矿生产球团矿生产球团矿是把细磨铁精矿粉或其他含铁粉料添加少量添加剂混合后，在加水润湿的条件下，通过造球机滚动成球，再经过干燥焙烧，固结成为具有一定强度和冶金性能的球型含铁原料。随着高炉炼铁技术的进步和细磨精矿技术的提高，球团技术也有了相应的发展和应用。近30年来，世界上球团矿产量增长很快，成为一种主

21、要的铁矿粉造块方法。我国随着高碱度烧结矿配加酸性球团矿的合理炉料结构的推广，球团矿生产也有较大的发展。铁矿粉造块铁矿粉造块3.2.2球团矿生产迅速发展的原因是：1）天然富矿日趋减少，大量贫矿被采用。贫矿经选矿后使其品位提高，为提高这一选矿技术经济指标，铁矿石需经细磨，选矿后的精矿粉粒度小于0074mm(-200网目)，甚至小于0044mm(-325网目)，这种过细精矿粉用于烧结生产会影响透气性，降低产量和质量。而细磨精矿粉易于造球，粒度越细，成球率越高，球团矿强度也越高。所以，处理细磨铁精矿粉球团法优于烧结法。2）球团法生产工艺的成熟。球团法生产工艺经过半个多世纪的发展，已经基本成熟。它从单一

22、处理铁精矿粉扩展到多种含铁原料，生产规模和操作也向大型化、机械化、自动化方向发展。技术经济指标显著提高。球团产品也已用于炼钢和直接还原炼铁等。3）球团矿的优点和高炉使用球团矿炼铁的技术进步。球团矿具有良好的冶金性能：粒度均匀、微气孔多、还原性好、强度高，有利于强化高炉冶炼。球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。铁矿粉造块铁矿粉造块 球团法 A、链篦机-回转窑 B、竖炉 C、带式（2006年统计：我国链篦机-回转窑：57.22%；竖炉：39.83%；带式：3.40% ）铁矿粉造块铁矿粉造块铁矿粉造块铁矿粉造块球团工艺流程图将金属铁从含铁矿物（将金属铁从含铁矿物（主要为铁的氧化物）中主要为铁的氧化物）中提炼出来的工艺过程，提炼出来的工艺过程，主要有高炉法，直接还主要有高炉法，直接还原法，熔融还原法，等原法，熔融还原法，等离子法。离子法。 高炉炼铁是指把铁