本發明專利技術公開了一種強化氣基還原聯合高溫熔分實現鮞狀高磷鐵礦除磷提鐵的方法。實現了利用鮞狀高磷鐵礦直接制備低磷鐵水。本發明專利技術的特征是其方法包括：物料破碎；微波預處理；流化床氣基還原；渣系調整；高溫熔分。本發明專利技術與現有的處理鮞狀高磷鐵礦的方法相比其顯著的有益效果是：礦粉不必細磨處理，可以降低磨礦的能耗。微波預處理破壞了高磷鐵礦礦粉的鮞粒狀結構和致密的磷灰石層，并在礦粉顆粒中形成眾多微裂。微波預處理后的礦粉在流態化氣基還原過程中在較短時間內實現了深還原，礦粉的金屬化率可以達到85%以上。對礦粉的渣系微調后，還原后的礦粉通過高溫熔分可以直接制備磷含量為0.2-0.4%的熱態低磷鐵水，同時金屬鐵回收率達到85%以上。本發明專利技術具有鐵回收率高和脫磷效果好的特點。為難處理的鮞狀高磷鐵礦的利用提供一種新的選冶技術。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鮞狀高磷鐵礦的除磷提鐵的工藝，特別是一種高效回收金屬鐵和直接制備熱態低磷鐵水的工藝。屬鋼鐵冶金-煉鐵領域。
技術介紹
在中國的湘、鄂地區以及長江流域，埋藏大量鮞狀含磷鐵礦石，在鄂西地區已探明儲量約70億噸。該礦物主要類別為赤鐵礦、白云石、斜綠泥石、石英和磷灰石(氟或羥氟磷灰石)。磷在其中主要以磷灰石(羥基磷灰石或氟磷灰石)形式存在；該種磷灰石有一部分是充填在鮞粒中間，但也有相當部分是呈環狀和赤鐵礦形成間層，形成一種洋蔥狀的分層結構。如何高效利用該類礦產資源已經開始得到國內多個大型鋼鐵公司和礦業公司的高度關注。同時國內的許多科研單位和大學都開始了對該礦除磷提鐵的研究。目前國內外對于高磷鐵礦的脫磷研究可以分成以下五大類型(i)生物除磷多數細菌、真菌、放線菌都具有溶磷作用。近年來，利用微生物脫磷的研究非常活躍，這些微生物通過代謝產酸降低體系P值使磷礦物溶解。同時代謝酸與Ca2+、Mg2+、Al3+離子整合形成的絡合物進一步促成磷礦物的溶解，其次某些細菌的過量攝磷特性也為應用微生物進行高磷鐵礦石脫磷提供了條件。生物脫磷主要指采用硫桿菌對高磷礦樣用進行預處理，不溶性的硫化物轉化為可溶性的硫酸，使包藏在鐵礦石內部微細的磷酸鈣得以暴露在溶液中便于和溶磷劑發生化學反應溶出。針對鮞狀高磷鐵礦除磷問題采用生物除磷工藝的包括了專利(CN200710034844. 8)和專利(CN200910088966. 4)。但生物脫磷方法的主要缺點是脫磷周期長(一般需要3-6個月的時間)，難于滿足鋼鐵工業大規模生產的需要。(ii)化學浸取除磷化學方法脫磷采用硫酸、鹽酸或硝酸等無機強酸對礦石進行酸浸脫磷，礦石中的磷礦物無須完全單體解離，浸出液能迅速將溶解出來的含磷物質脫除。Zhang(Hydrometallurgy,21 (1998) :255-275)和 Chen(Minerals Engineering,,12(1999) :1083-1092.)的結果表明硫酸對鐵礦石的的脫磷效果最好.其次為硝酸，鹽酸由于其具有較強的揮發性脫磷效果相對較差.當硫酸濃度為1%時，室溫下浸出20min.脫磷率為91. 61%.適宜的攪拌速度為624r/min.適宜的浸出時間為20min.酸浸過程中的鐵損低于O. 25%。專利(CN200910094153. 6)公開一種以超聲波輔助強化酸浸的工藝進行脫磷的工藝。專利(CN201110221510. 8)采用酸浸的同時對廢酸的排放也采取了相關措施。這些工藝路線具有一定的工業用前景。其缺點是化學試劑用量大，成本高，鐵損失也比較大，無法在工業生產中得以應用。而且廢酸容易造成對環境的影響，難于處理。(iii)磁化(或還原)焙燒，煤基直接還原+磁選分離對高磷鮞狀赤、褐鐵礦，艾光華(礦冶工程，29 (2009) 45-50)采用還原焙燒+磁選的流程，能夠得到鐵品位60%以上，鐵回收率70%以上的鐵精礦，并且把鐵精礦中磷的含量從O. 65%左右降低到O. 2%較好的指標，李廣濤(礦業快報，465 (2008) 27-3)采用類似的方法使礦粉中的磷含量降到0.3%。專利(CN201010269488. X和CN 201110108641. 5)分別公布了兩種種高磷鐵礦微波還原-磁選降磷的方法。但是由于該磷鐵礦中磷礦物嵌布粒度過于細小，必須對礦粉進行細磨處理。這種除磷方法并不理想，且此法的綜合成本仍高。(iv)選擇性團聚加反浮選反浮選是當前鐵礦石脫磷的主要方法之一由于磷灰石等雜質礦物嵌布粒度極細，細磨使其單體解理后捕收困難，回收率低.結合反浮選脫磷工藝的優勢，選擇性聚團分選為微細粒含磷礦物的分離提供了一條有效途徑。林祥輝(礦冶工程，27 (2007) 28-29)報導了對含鐵42. 05%，含磷O. 98%的鐵礦采用磁選一選擇性聚團脫泥一反浮選工藝，獲得了含鐵56. 29% .回收率59. 21%，含磷O. 10%的鐵精礦。但是對于洋蔥狀結構的鮞狀高磷鐵礦，這種比較傳統的選礦方法的效果差，鐵損高。該工業同樣也存在著礦粉必須細磨和工藝流程長的缺陷。(V)火法冶煉方法脫磷主要指HISMELT法處理高磷鐵礦石和鐵水預處理，轉爐法脫磷。HISMELT熔融還原法處理高磷礦石，是需要與其他高品位礦石按比例混合使用，同時是以渣中高FeO含量為代價的(鋼鐵，47(2012) :20-26)。這是以降低鐵的回收率為代價。綜上所述，總體而言，目前這些工藝設想不但存在工藝流程復雜或處理周期長的缺點，而且難以達到能耗，磷含量和金屬回收率同時最優的目標。本專利技術人一直致力于流態化粉鐵礦氣基還原和微波冶金的研究項目。并在研究過程中完成了本專利技術。針對目前鮞狀高磷鐵礦除磷工藝中所存在的問題，本專利技術人認為在傳統的高爐+轉爐冶金流程中，由于流程本身的原因，鐵礦石中的一些有害雜質元素，如P 等在高 爐煉鐵過程中不能脫除，爐料中的磷全部進入鐵水中，主要的原因是由于鐵水中[C] 飽和。通過反應(I)使得爐料P全部進入鐵水中。(P2O5)+5 [C] = 2 [P]+5C0 (g)。(I)由于以煤或焦炭為主要還原劑的煉鐵工藝高磷鐵礦中的鐵轉變為鐵水時，反應 (I)無法避免。礦粉中磷礦物的還原造成了無法除磷。但在以氣基還原處理高磷鐵礦脫磷的工藝路線，可以避免反應(I)對脫磷的不利影響。含磷礦物在CO或H2氣氛下可能存在的反應有Ca3 (PO4) 2+5C0 (g) = 3Ca0+P2 (g) +5C02 (g) Δ G = 934. 67-0. 16T (kj)，(2)Ca3(PO4)2+8H2(g) = 3Ca0+2PHs(g) +5H20(g) AG = 961. 47-0. IOT (kj)。(3)對反應(2-3)的平衡常數計算可知，這兩個反應平衡常數是很小的，因此反應很難正向進行。利用還原氣h2、CO對該礦進行高溫氣基還原，可以避免還原后礦樣中的過多的殘碳的出現，就可以在高溫熔分過程中可以避免反應(I)的出現，從而達到使礦中的磷富集在渣相的目的。申請人在對氣基還原+高溫熔分工藝路線處理鮞狀高磷鐵礦中發現該工藝可以有效地除磷并直接制取熱態低磷鐵水。但由于鮞狀高磷鐵礦獨特的洋蔥狀結構以及環狀磷灰石層的致密性，礦粉的氣基還原金屬化率低。在研究中，我們發現在CO或H2氣氛，還原溫度800-1000°C，還原時間2-5h的條件下，該礦粉的金屬化率很難超過70%，嚴重影響下一步渣鐵熔分工藝中的渣鐵分離效果。針對鮞狀高磷鐵礦礦粉氣基還原效果差的問題，本專利提出采用微波預處理方法來強化礦粉的氣基還原效果。利用微波對鮞狀高磷鐵礦進行預處理，可以實現對鮞粒中各種礦相在不同升溫速率下加熱而達到改變鮞狀高磷鐵礦顆粒的微觀孔隙結構的目的。從而改善該礦粉的氣基還原性能，使礦粉的氣基還原得到強化。針對渣鐵分離效果差的問題，本專利技術在熔分過程中添加少量的碳酸鹽添加劑，利用高溫下碳酸鹽的分解所產生產物(CO2)對熔分體系起到攪拌作用，碳酸鹽分解留下的固體產物可以成為渣系中的脫磷劑和化渣劑，從而以提高熔分體系中渣的脫磷能力。利用此手段實現渣鐵的徹底分離，最大限度地提高金屬回收率和達到低碳鐵水除磷的目的。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了實現高效脫磷和高效率回收金屬鐵。主要是針本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種強化氣基還原聯合高溫熔分實現鮞狀高磷鐵礦脫磷的方法，其特征在于，具體包括以下步驟：（1）物料破碎：取難處理鮞狀高磷鐵礦為原料，用破碎機將其破碎成細粒狀，破碎后的礦粉在300℃下干燥3小時以上直至徹底干燥；（2）微波預處理：將一定量的礦粉放入微波加熱爐中；礦粉的目標溫度設為800℃；調節微波功率使礦粉升溫速率達到150?200℃/min；礦粉溫度達到目標溫度，恒溫1?3min后，開始降溫；礦粉溫度降到室溫后，得到微波預處理后的礦粉；(3)?流化床還原：微波預處理后的礦粉加入流化床反應器中，利用還原氣進行流態化還原60?90?min，流化氣速為0.20?m/s，流化床內還原溫度為1000?℃；（4）渣系調整：根據礦粉的脈石組成，在還原好的礦粉中配加粉狀添加劑，還原后的礦粉和添加劑充分混勻；（5）高溫熔分：將上述混好的礦粉料批量壓塊后，在高溫爐中熔分后實現渣鐵分離；直接制備得到熱態低磷鐵水和高磷渣；實現鮞狀高磷鐵礦脫磷。
【技術特征摘要】
1.一種強化氣基還原聯合高溫熔分實現鮞狀高磷鐵礦脫磷的方法，其特征在于，具體包括以下步驟 (1)物料破碎取難處理鮞狀高磷鐵礦為原料，用破碎機將其破碎成細粒狀，破碎后的礦粉在300°C下干燥3小時以上直至徹底干燥； (2)微波預處理將一定量的礦粉放入微波加熱爐中；礦粉的目標溫度設為800°C;調節微波功率使礦粉升溫速率達到150-200°C /min ;礦粉溫度達到目標溫度，恒溫l_3min后，開始降溫；礦粉溫度降到室溫后，得到微波預處理后的礦粉； (3)流化床還原微波預處理后的礦粉加入流化床反應器中，利用還原氣進行流態化還原60-90 min，流化氣速為0. 20 m/s，流化床內還原溫度為1000 V ； (4)渣系調整根據礦粉的脈石組成，在還原好的礦粉中配加粉狀添加劑，還原后的礦粉和添加劑充分混勻； (5)高溫熔分將上述混好的礦粉料批量壓塊后，在高溫爐中熔分后實現渣鐵分離；直接制備得到熱態低磷鐵水和高磷渣；實現鮞狀高磷鐵礦脫磷。2.根據權利要求I所述鮞狀高磷鐵礦脫磷提鐵的方法，其特征在于，所述步驟(I)中，將鮞狀高磷鐵礦為原料，用破碎機將其破碎至粒度小于1mm。3.根據權利要求I所述鮞狀高磷鐵礦脫磷提鐵的方法，其特征在于，所述步驟(I)中，鮞...
【專利技術屬性】
技術研發人員：唐惠慶，郭占成，王軍偉，劉偉迪，
申請(專利權)人：北京科技大學，
類型：發明
國別省市：
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