高磷鮞狀赤鐵礦氫還原-熔分制備直接還原鐵的研究.pdf

1、我國高磷鮞狀赤鐵礦資源儲(chǔ)量豐富，但因其復(fù)雜的礦物組成，特殊的鮞粒結(jié)構(gòu)和高的磷含量，傳統(tǒng)物理選礦難以對(duì)其實(shí)現(xiàn)有效的經(jīng)濟(jì)開發(fā)和利用。本文以鄂西高磷鮞狀赤鐵礦為原料，采用氫氣還原-熔融分離工藝處理該礦石，不僅鐵磷分離問題得到解決，同時(shí)其他硅鋁脈石礦物也能得以有效去除。
　　實(shí)驗(yàn)采用的鄂西高磷鮞狀赤鐵礦粒度為120-160目，鐵品位為56.27wt％，主要賦存于赤鐵礦中，磷含量達(dá)065wt％，主要賦存于磷灰石中，礦石內(nèi)部石英、綠泥石和磷灰

2、石等脈石礦物與赤鐵礦緊密嵌布形成同心環(huán)狀的鮞粒結(jié)構(gòu)。
　　基于上述礦石的礦物學(xué)特征，利用HSC chemistry(R)51軟件對(duì)氫氣與磷灰石在不同脈石體系下可能的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算，結(jié)果表明，氟磷灰石和羥磷灰石中的磷被氫氣還原后較易以P2的形式揮發(fā)，在Ca5(PO4)3F-SiO2-Al2O3和Ca5(PO4)3OH-SiO2-Al2O3體系中，當(dāng)PP2=100Pa時(shí)，P2生成反應(yīng)的開始溫度可分別降低至1350K和1248

3、K。綜合考慮到鐵氧化物與磷灰石的選擇性還原，選取還原溫度為1073K，將約200g礦粉于旋轉(zhuǎn)臥式電阻爐內(nèi)通1L/mm的氫氣還原5h，礦粉金屬化率可達(dá)至87.12％，還原后的礦粉表面變得稀疏多孔，同時(shí)還原前后高磷鮞狀赤鐵礦的鮞狀結(jié)構(gòu)以及脈石元素的分布情況均未發(fā)生明顯變化，其中磷仍以磷灰石的形式存在于還原礦粉中，這為后續(xù)渣鐵分離實(shí)驗(yàn)中去除脈石礦物提供了有利條件。
　　在渣鐵熔融分離過程中，將約11-12g氫氣還原后的礦粉與適量的CaO

4、和CaF2混勻后，放入氧化鋁坩堝，于感應(yīng)爐中在1400-1600℃熔分，通過不斷優(yōu)化各熔分因素，得到最優(yōu)的熔分條件為:熔分溫度為1873K，堿度為2，熔分時(shí)間為10min，CaF2添加量為4％和還原礦粉金屬化率為8591％，在此條件下，脫磷、鋁和硅率分別為97.54％、99.94％和99.99％，鐵中磷，鋁和硅含量可分別降低至0027wt.％，0004wt.％和00013wt.％，鐵回收率達(dá)86.3％，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)降磷、除雜和提鐵。此外，

5、在各熔分因素中，堿度較之于熔分時(shí)間和添加劑CaF2對(duì)P的脫除作用更為顯著，且由于硅鋁脈石礦物與鐵氧化物和CaO之間形成了較低熔點(diǎn)的化合物，所以Al和Si與P相比更容易脫除，而還原礦粉金屬化率的提高會(huì)導(dǎo)致礦粉中未被還原的鐵氧化物的含量減少，熔渣的氧化性和流動(dòng)性有所降低，對(duì)脫磷不利。
　　熔分后，將得到的鐵塊和渣塊經(jīng)鑲樣、磨樣和拋光處理后，通過對(duì)含磷夾渣在渣鐵兩相中的SEM-EDS分析表明:在1873K下，當(dāng)堿度為1，熔分時(shí)間為8mi

6、n時(shí)，含磷夾渣以Fe3(PO4)2為主，且鐵中可發(fā)現(xiàn)少量溶解的[P]，當(dāng)堿度增至2，熔分時(shí)間增至10mm時(shí)，含磷夾渣為由明暗兩部分構(gòu)成的復(fù)合夾渣，深色區(qū)域?yàn)镕e3(PO4)2相，淺色區(qū)域?yàn)镕eO相，在上述熔分實(shí)驗(yàn)條件下，于還原礦粉中加入4％的CaF2，含磷夾渣深色區(qū)域有所減小，逐漸轉(zhuǎn)變成單一的FeO夾渣，因此含磷夾渣在鐵塊中的演變規(guī)律為Fe2P+Fe3(PO4)2→Fe3(PO4)2→FeO。熔分后渣樣物相主要由富磷相，富鐵相和基體相組

7、成，富磷相多呈不規(guī)則灰黑色多邊形或橢圓狀，粒徑在5-10μm之間，其形成過程為在較高熔分溫度和較長熔分時(shí)間內(nèi)，渣中磷不斷向2CaO SiO2顆粒表面擴(kuò)散并最終形成了2CaO SiO2-3CaO P2O5固溶體的富磷相。
　　因此，本文在對(duì)高磷鮞狀赤鐵礦的礦物學(xué)分析之上，探明了氫還原過程中磷礦物的反應(yīng)行為，確定了熔分過程中適宜的渣鐵分離條件，揭示了熔分條件對(duì)磷元素在各相間分布規(guī)律的影響，為高磷鮞狀赤鐵礦的氫氣還原-熔融分離工藝的進(jìn)一