Reducibility of iron ore pellets and effect of additions

Abstract

The effect of lime and silica addition on the reducibility, of sintered iron ore and synthetic hematite pellets was investigated. The addition of lime and/or silica (up to about 10% total) to sintered synthetic hematite pellets has little effect on the reducibility at 900°C. Lime additions (with or without silica) lower the reducibility of sintered hematite and magnetite ore pellets. When silica alone is added, the reducibility of the pellet is not much affected. In the reduction of pellets made from a high-grade iron ore with no lime addition, there is initially rapid internal reduction of hematite to wustite; subsequently, the porous iron layer begins to form. When lime (with or without silica) is added, the familiar layers of reduction products are formed; hematite is present in the core up to about 90% oxygen removal. This effect of lime on the mode of reduction is attributed to the blockage of interconnected pores in the hematite by molten calcium ferrite that is formed during sintering of pellets to which lime was added. The gas permeability measurements confirmed this anticipation. Beyond about 50% oxygen removal, the rate of reduction in hydrogen or in carbon monoxide is controlled primarily by gas diffusion in the porous iron layer. The effective gas diffusivity estimated from the reduction data decreases with increasing amounts of lime and silica additions. This finding suggests that partially reduced glassy ferrites remaining in the pores of the iron layer continues to hinder the gas diffusion. Résumé On a étudié l'influence d'additions de chaux et de silice sur la réductibilité d'un minerai de fer et de boulettes d'hématite synthétique, sintérisés. Des additions de chaux et/ou de silice (jusqu'à un total d'environ 10%) à des boulettes sintérisées d'hématite synthétique influencent peu leur réductibilité a 900°C. L'addition de chaux (avec ou sans silice) réduit la réductibilité des boulettes sintérisées de minerai d'hématite et de magnétite. L'addition de silice seule influence peu la réductibilité de la boulette. Au cours de la réduction, sans addition de chaux, de boulettes obtenues à partir de minerai à haute teneur en fer, il y a d'abord une rapide réduction interne de l'hématite en wustite; la couche de fer poreux commence ensuite à se former. Lorsqu’on ajoute de la chaux (avec ou sans silice), il y a formation des couches habituelles des produits de la réduction; on retrouve de l'hématite dans Ie noyau jusqu'à ce qu'environ 90% de l'oxygène soit enlevé. Cette influence de la chaux sur le mode de réduction est attribuée à l'obstruction du réseau de pores interconnectées présent dans l'hématite; cette obstruction étant causé par de la ferrite de calcium fondue qui se forme au cours de la sintérisation de boulettes auxquelles de la chaux a été ajoutée. Les mesures de perméabilité gazeuse confirment cette hypothése. A partir du moment où environ 50% de l'oxygéne est enlevé, le taux de réduction par l'hydrogène ou le monoxyde de carbone est surtout contrôlé par diffusion gazeuse dans la couche de fer poreux. La diffusivité gazeuse effective, évaluée à partir des résu1tats de réduction, diminue lorsque les additions de chaux et de silice augmentent. Cette constatation suggère que la présence de ferrites vitreuses, partiellement réduites dans les pores de la couche de fer, continuent à retarder la diffusion gazeuse.