含磷鐵礦石化學與生物浸出脫磷新工藝及其基礎研究.pdf

1、本研究課題是在國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體項目和國家重點基礎研究發(fā)展生物973項目資助下完成的。 隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，我國有限的富礦及易選的鐵礦資源已逐漸枯竭，可利用的鐵礦資源日益趨向于貧、細、雜。在我國的湘、鄂地區(qū)、長江流域，均埋藏大量含磷鐵礦石，梅山鐵礦含磷達0.38％，“寧鄉(xiāng)式”赤鐵礦、烏石山礦區(qū)含磷均高于0.5％。進入20世紀90年代后，隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，冶煉對入爐物料的要求日益苛刻。Cleveland Clefts

2、Inc提出鐵精礦含磷應低于0.024％。國內對鐵精礦含磷的要求則為0.05～0.30％。因此，研究鐵礦石脫磷，對提高國內鐵礦質量和促進我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展具有重要現實意義。 低含磷量是鐵礦石的一個重要質量指標，因為磷作為鋼鐵生產中的主要有害雜質，在礦石的燒結過程中不能有效脫除，容易導致鋼鐵冷脆。論文對高磷鐵礦石化學浸出和生物浸出脫磷兩種工藝進行了系統(tǒng)研究，并對浸出過程中可能發(fā)生的主要化學反應進行了熱力學計算，同時繪制了浸出過程中的

3、主要電位一pH圖并對其進行了分析。 堿浸試驗表明，氫氧化鈉與磷灰石不發(fā)生反應，但是當有．SiO<,2>，存在時，氫氧化鈉與siO<,2>以及磷灰石共同反應的標準自由能負值很大，即反應可以進行且反應程度很徹底，因此，采用氫氧化鈉浸出可以脫除包裹在硅酸鹽中的磷灰石。 酸浸試驗表明，在硫酸、鹽酸、硝酸三種酸中，采用硫酸浸出脫磷效果最好且最經濟。通過熱力學計算得出，硫酸、硝酸、鹽酸與磷灰石反應的△G<,298><'θ>依次增大，

4、K<,p><'θ>依次減小，即反應進行程度逐漸減小。酸浸時，采用硫酸浸出的最佳溫度為30℃，鹽酸和硝酸浸出的最佳溫度則為40℃。礦石脫磷率與礦漿濃度呈直線關系，可用方程式y(tǒng)=107.20714-1.62370x表示。采用1％濃度的硫酸，礦漿濃度為10％，攪拌轉速為620r／min時，室溫下浸出20min鐵礦石脫磷率可達91.61％，浸出體系pH變化范圍為0.80～1.22，電位變化范圍為0.544～0.322V。采用酸浸工藝，鐵品位可提

5、高2～3個百分點，鐵損小于0.25％。 對生物浸出脫磷的研究表明，有菌浸出體系下，礦石的脫磷率及脫磷速率遠高于無菌體系，浸出培養(yǎng)基采用缺P培養(yǎng)基浸出效果最好。試驗中，若添加一定配比的黃鐵礦可提高礦石的脫磷率。適當加大細菌的接種量，可提高培養(yǎng)基中的初始菌濃度，加快re<'2+>氧化速率，使浸出體系中的細菌濃度提前達到最大值，當細菌接種量從5％增大到10％時，礦石脫磷率僅從78.84％增大到79.95％，增加幅度不明顯。浸出脫磷時，

6、培養(yǎng)基中需要有Fe<'2+>，但是過量的Fe<'2+>對浸出過程反而不利。生物浸出時，礦石粒度采用75～150um效果最佳。另外，浸出過程中在pH達到穩(wěn)定值后定期更新浸出液可以提高脫磷率，最佳溶液更新量為6％。適量的表面活性劑可以提高細菌活性，降低體系的終點pH，提高脫磷率，而過量的表面活性劑反而會抑制細菌的活性，對生物浸出不利，表面活性劑最佳用量為0.003％。從Fe—H<,2>O系E—pH圖分析可知，pH在2.5～1.25、電位在0

7、.434～0.498V范圍內，亞鐵離子在無菌體系下幾乎不被氧化。當有氧化亞鐵硫桿菌存在時，細菌降低了亞鐵氧化反應的電位，使得亞鐵的氧化反應在上述區(qū)域中可發(fā)生。通過對E—pH圖的分析說明，Tf—Fe—H<,2>O系E—pH圖決不是T.f菌生長的E-pH圖和Fe—H<,2>O系E—pH圖兩個圖簡單的相加重疊。要繪制T.f-Fe-H<,2>O系E—pH圖只有先通過試驗測定各反應的吉布斯自由能或反應電位后來繪制。從S—H<,2>O系E—pH圖分