铁矿石是钢铁工业的主要原料,它的开发利用与钢铁工业的稳定发展密切相关。近年来,由于我国高品位的铁矿资源不断减少以及对钢铁材料需求的日益增加,铁矿石进口依存度高成为影响我国钢铁工业经济平稳发展的重大安全隐患。因此,研究开发利用我国低品位、难选赤铁矿资源具有重要意义。目前,磁化还原-弱磁选选矿技术被认为是利用低品位、难选铁矿制备高品位铁资源的有效方法。但此方法中关键技术——煤炭磁化还原存在温度高、产生温室气体以及使铁矿中部分铁由可选成为不可选等缺点。因此,本文提出采用低温氢还原磁化新方法。与煤基磁化还原相比,该方法具有还原温度低,能得到高的品位和铁回收率的磁选精矿;同时以焦化副产物焦炉煤气中主要成分氢气作为还原剂,使得焦炉煤气得到利用。本论文选取山西广灵赤铁矿作为原料,采用搅拌式流化床反应器进行氢气磁化还原以及采用磁选管进行弱磁选的实验;运用电感耦合等离子体发射光谱仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、X-射线衍射仪和化学分析等手段,研究氢气还原磁化对样品矿物组成、物相、晶粒和结构的影响;通过正交实验考察H2磁化还原各因素对样品磁化影响的主次关系,并依据正交实验分析结果进行相应的单因素实验;借助H2程序升温还原实验技术考察样品的还原性能和获取H2磁化还原动力学参数。主要结论如下:①山西广灵原矿为沉积型铁矿石,结晶粒度细,呈胶结物存在,结构为鳞片状结构、针状结构、隐晶质结构、交代结构。构造主要为砂状胶结构造,少见鲕状构造。矿石品位较低,TFe为28.63%,主要为磁铁矿和赤(褐)铁矿和少量磁铁矿中的铁,理论回收率可达98.52%。总之,山西广灵赤铁矿是一种典型的沉积型、低品位、嵌布复杂、极细粒的难选赤铁矿。②低温氢气磁化还原的温度范围大致为400℃～571℃,H2磁化还原过程是气固相缩核反应。当磁化还原时间一定时,随着磁化还原温度的升高,磁化还原过程的H2的平均利用率增大并趋于一恒定值。磁化还原过程中,新生成的Fe304的晶粒先增大后略有减小,之后接着增大,前期Fe304晶粒的增大有利于铁矿物与脉石的解离,后期Fe304晶粒的增大则不利。③随着Fe203的磁化转化率的增大,磁选精矿的品位降低,但Fe的回收率升高。经强磁抛尾后,山西广灵原矿在450℃下磁化还原0.5h后,磨矿20min,在2A的磁选电流下进行磁选,可获得品位较高的磁选精矿(精矿品位为56.99%,Fe回收率为49.66%);在400℃下磁化还原2.5h后,磨20min,在2A的磁选电流下进行磁选,可获得Fe回收率较高的磁选精矿(精矿品位为52.06%,Fe回收率为72.56%)。④采用程序升温还原技术对广灵赤铁矿的氢气磁化还原过程还原动力学进行研究,得到其动力学方程为:(?)