工业纯铁是指含铁量不低于99.5%,含碳量不高于0.04%的一种铁合金。其具有低矫顽力、耐腐蚀性强、高韧性以及良好的导热和软磁性能等优点,常被用于精密合金、电热合金、高温合金、洁净钢等的生产和制造。随着社会科技的进步,人们对工业纯铁的质量及制备技术和成本的要求正变得愈加严格。针对我国传统工业纯铁生产流程长、碳排放量高等现状,现采用基于源头控制杂质元素含量的“铁精矿—高纯铁精矿—直接还原—电炉熔分”工业纯铁短流程、低成本制备新工艺技术,对辽宁某地所产铁精矿开展了工业纯铁制备过程的试验研究。本文首先分析了铁精矿的化学组成,脉石种类及其赋存状态,通过磨矿—磁选两段工艺得到高纯铁精矿,并对其涉及的相关工艺参数进行了研究;将所得高纯铁精矿用H2进行直接还原,得到直接还原铁。通过研究还原过程中的温度、时间、H2流量对还原进程的影响,结合还原热-动力学分析,讨论了H2还原超纯铁精矿的还原过程及反应机理,确定了反应的限制性环节;最后通过电炉熔分技术,探究了不同球团金属化率及高温熔分碱度对熔炼过程的影响因素,制备出高纯度的工业纯铁。研究结果表明:(1)颗粒粉末细化的速率与球磨机转速的平方具有良好的线性关系,转速越高,球料比越大,磨球携带的能量越大,因而传递给粉末的能量也越多,使粉末更易于细化,球磨效率大大提高;随着球磨时间增加,细粒度颗粒含量增多,球磨初期,粉末细化效果明显,随着球磨时间延长,粉末细化效果变差。(2)采用全铁65.97%、Si023.61%的普通铁精矿为原料,通过单一磨选试验流程最终获得全铁含量70.96%、Si02 0.55%,精矿铁回收率为83.90%的高纯铁精矿,工艺简单,经济技术指标理想。(3)初步探讨了高纯铁精矿球团直接还原过程的动力学模型,通过对动力学参数的计算确定了直接还原过程中的控制性环节为界面化学反应,还原反应的表观活化能为85.27KJ·mol-1。(4)直接还原过程考察了还原温度、还原时间分别对球团还原度及金属化率的影响。在850℃～950℃内,提高还原温度,球团还原速率逐渐增大,还原趋于稳定时所需时间逐渐减少,还原球团金属化率升高;在相同的还原时间内,提高还原温度有利于促进铁氧化物的还原,提高还原球团的金属化率,但是这种促进作用在一定程度上会随温度的升高呈减弱趋势。(5)对还原产物进行电炉熔分试验,考察了不同球团金属化率及还原碱度对熔分产物全铁含量的影响。控制金属化球团中含有适量的FeO参与造渣,有助于提高熔分产物全铁含量,降低直接还原阶段还原任务;一定熔分碱度范围内,随碱度提高,熔分产物全铁含量升高,有助于杂质元素的去除。