DOI：10.1021/acsomega.1c06563

内蒙古科技大学稀土产业学院柴轶凡教授团队在期刊《ACS Omega》上发表了题为“Kinetics of Reduction in Stages of Pellets Prepared from the Bayan Obo Iron Ore Concentrate”的论文。研究分析了氧化铁还原铁矿的不同动力学阶段与膨胀行为的关联分析。

研究背景

白云鄂博铁精矿是包头钢铁集团唯一的自产含铁原料，但其含有K、Na、F等有害元素，对球团矿的还原膨胀性能影响较大，限制了其在球团矿制备过程中的高比例应用。白云鄂博铁精矿是包头钢铁集团唯一的自产含铁原料，但其含有K、Na、F等有害元素，对球团矿的还原膨胀性能影响较大，限制了其在球团矿制备过程中的高比例应用。

研究方法

◆ 材料组成：

该铁精矿Fe含量为65.06%，含量为CaO-1.95%和和SiO-22.78%。

◆ 分阶段还原设计

1)阶段Ⅰ：Fe₂O₃ → Fe₃O₄（400-600℃, CO 20-40%）

2)阶段Ⅱ：Fe₃O₄ → FeO（800-900℃, CO 60%）

3)阶段Ⅲ：FeO → Fe（800-900℃, CO 100%）

◆ 原位表征技术

1)热重分析：实时检测还原度

2)投影面积法：量化膨胀指数RSI

使用天津中环电炉的可视化高温变形分析仪TA-16A用于记录球团在各还原阶段的投影面积变化，其原理是通过球团还原过程中投影面积的变化来表征球团的还原膨胀指数（RSI）。

3)SEM - EDS：观察碳沉积及微观结构演变 

研究结果

白云鄂博铁精矿制备的球团矿在还原过程中经历了三个阶段。每个阶段的反应机理和动力学参数不同，导致球团矿的还原膨胀行为差异显著。通过分阶段动力学调控——抑制碳沉积（阶段Ⅰ）、优化界面反应（阶段Ⅱ）、加速扩散（阶段Ⅲ），可显著改善膨胀问题，推动高比例球团冶炼技术发展。

中环产品

可视化高温形变分析仪，光学非接触发测量材料烧结过程膨胀收缩。材料在变温过程中形状、尺寸及物态变化在线实时观测，并通过智能化数据采集与图像处理系统给出直观、准确的数据及图形报告。产品性能与国际同类产品相当，处于国内领先水平。可视化高温形变分析仪用于材料研发与制造，有助于精确制定材料烧结工艺或热处理工艺，提高产品质量，降低生产成本。

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