CN101780433B

CN101780433B - 一种高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离方法及装置

Info

Publication number: CN101780433B
Application number: CN2010100337943A
Authority: CN
Inventors: 李士琦; 谷林; 李瑾; 陈培钰; 高金涛; 侯娜娜; 刘锦霞; 赵传; 陈代明; 朱荣; 刘润藻; 王玉刚
Original assignee: GUOTAI ENERGY ENVIRONMENT ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: GUOTAI ENERGY ENVIRONMENT ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2030-01-12
Also published as: CN101780433A

Abstract

本发明属于有价资源低碳分离提取技术领域，特别涉及一种高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离方法及装置。其特征是采用高速气流磨技术将常规80～200目细粒度的赤铁矿粉磨至平均粒度为2μm的超细粒度，细磨后的高磷赤铁矿粒径分布范围是10²nm～10⁴nm，磷元素、铁元素解离程度较高。进一步设计并制作超细高磷赤铁矿中磷元素、铁元素流态化分离装置，进行流态化分离。本发明在高炉炼铁工序之前，在非熔融状态下采用流态化方法实现高磷赤铁矿中铁元素与磷元素的分离、分别富集，获得富铁物质和富磷物质，避免在熔分过程中有害杂质被还原溶于铁熔体中。本发明技术无添加、无排放，过程温度低，符合清洁生产、低碳经济的要求。

Description

一种高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离方法及装置

技术领域

本发明属于有价资源低碳分离提取技术领域，特别涉及一种高磷赤铁矿超细磨后，采用流态化技术使磷元素和铁元素不经熔化的物理分离方法。

背景技术

含磷约达1％左右的高磷赤铁矿资源约占铁矿石总储量的18％左右，是有重大开发价值的资源，然而使用高磷赤铁矿为原料，其工艺性能不适合现行的球团/烧结——高炉炼铁工艺流程，按现行的钢铁冶金工艺不能以可行的经济代价大规模获得质量合格的钢材。高磷赤铁矿的开发利用是国内外专家做了大量的工作而多年来悬而未解的难题，世界各国都在进行试验研究，努力寻求新突破。针对不同性质的高磷铁矿石，国内外进行了长期、深入的工艺研究。目前，高磷铁矿石的降磷方法主要有选矿方法、化学方法、微生物方法等。特别是在反浮选脱磷方面进行了较为系统深入地研究，取得了一些进展。总而言之，现有各种方法，均存在铁精矿中铁品位富集有限、脱磷率低、分选效果不佳等缺点。

发明内容

本发明的目的是力图在高炉炼铁工序之前，在非熔融状态下实现高磷赤铁矿中铁元素与磷元素的分离及分别富集，避免在熔融状态进行分离过程中有害杂质被还原溶于铁熔体中。

一种高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离方法，其特征是采用高速气流磨技术将普通细粒度80～200目的赤铁矿粉磨至平均粒度为2μm、粒径分布范围为10²～10⁴nm的超细粒度，实现铁元素与磷、硫等杂质元素的初步解离。进一步设计并制作超细高磷赤铁矿中磷元素、铁元素流态化分离装置，进行流态化分离，流态化分离过程的参数控制为：

(1)超细赤铁矿粉颗粒粒径分布范围为10²nm～10⁴nm；

(2)分选气体流速为0.060～0.250m/s；

(3)分选时间为30～60min。

如上所述赤铁矿粉高速气流磨技术是：将赤铁矿粗磨、筛分、烘干后使用超级涡流磨进行超细磨，矿粉超细磨过程中，参数控制如下：

(1)研磨气体压力：＞0.6MPa；

(2)分选机转速：5000～5500r/min。

一种与上述工艺配套使用的超细高磷赤铁矿中磷元素、铁元素流态化分离装置，如附图1所示，主要包括：1矿粉，2分离部件，3富铁物料，4收集部件，5富磷物料，其中分离部件承载富铁物料，收集部件承载富磷物料，矿粉承载部件与分离部件通过管路连接，分离部件与收集部件通过管路连接；对于上述超细高磷赤铁矿中磷元素、铁元素流态化分离过程，分选气体由氮气源提供，气体携带矿粉沿切线方向进入2分离部件，调整流体流速，使其大于富磷颗粒的悬浮终端速度而低于富铁颗粒的悬浮终端速度，使得较轻富磷颗粒被带出2分离部件进入4收集部件；而较重富铁颗粒继续在2分离部件内保持流态化状态，不被带出，最终实现铁元素、磷元素的分别富集。不同的细磨程度会造成矿粉颗粒不同的粒度分布以及磷元素、铁元素不同的解离情况，可根据目标产品的要求确定相应的分选速度，并串联多个分离部件，进行逐级分离。

本发明基于富铁物料与富磷物料密度的不同：Fe₂O₃的密度为4.90～5.30g/cm³，而磷灰石(Ca₅[PO₄]₃(F，OH))的密度为3.16～3.22g/cm³，两者相差1.55～1.65倍。化学分析表明一般高磷赤铁矿中铁与磷元素的质量比约为40∶1，则摩尔比约为23∶1，因此，铁元素与磷元素之间不可能全部形成化学结合，进而使用电子显微探针技术观察，发现在矿中铁元素与磷元素之间并非对应均匀的分布，因而认为采用高速气流磨技术将高磷赤铁矿细磨至超细粒度实现铁元素和磷元素适当解离，进而使用流态化方法，利用气体的粘性力和浮力平衡重力使矿粉处于流态化状态和气力输送状态，通过精细调节气体流速以实现铁、磷颗粒的分离和分别富集，分别获得富铁物料和富磷物料。

本发明优点是采用超细磨的方法实现高磷赤铁矿中磷元素、铁元素的物理解离，在高炉炼铁工序之前，在非熔融状态下采用流态化方法实现高磷赤铁矿中铁元素与磷元素的分离、分别富集，分别获得富铁物质和富磷物质，避免在熔分过程中有害杂质被还原溶于铁熔体中。

本发明技术无添加、无排放，过程温度低，符合清洁生产、低碳经济的要求。

附图说明

图1为本发明设计的高磷赤铁矿磷元素、铁元素流态化分离装置示意图

注：图中1矿粉，2分离部件，3富铁物料，4收集部件，5富磷物料

图2为超细磨后高磷赤铁矿的粒度分布情况(平均粒径：2.924μm)

注：图中q为粒度分布；Q为累积分布

图3为超细赤铁矿粉流态化冷态实验装置示意图

注：图中6氮气源，7减压阀，8流量计，9风室，10气体分布器，11矿粉料层，12U型管测压计

具体实施内容

按照本发明将湖北恩施某地高磷赤铁矿(TFe＝42.8％，P＝0.86％)粗磨、筛分、烘干后采用高速气流磨技术对其进行超细磨，细磨过程中研磨气体压力控制在＞0.6MPa、分选机转速控制在5000～5500r/min；而后分别使用激光衍射散射式粒度分布测定仪和电镜激光衍射分析对超细磨后的高磷赤铁矿粉的粒度以及不同矿粉颗粒中铁元素、磷元素含量进行测定，结果表明：采用高速气流磨技术对高磷赤铁矿进行超细磨，获得了平均粒度为2μm，粒径分布范围是10²nm～10⁴nm的超细铁矿粉，其中磷元素、铁元素解离程度较高的超细矿粉颗粒，分别如表1及附图2所示。

表1为超细磨后高磷赤铁矿粉磷元素、铁元素的解离情况

由表1可以看出，仅颗粒1、2、3、6检测到磷含量，最高为11.83％，对应铁含量为16.73％；其余颗粒未检测到磷含量，说明高磷赤铁矿超细磨后磷元素、铁元素解离程度较高，可分别用于生产富磷及富铁物质。

为了得到富磷及富铁物质，本发明设计、制造了实验室规模的流态化装置，如附图3所示，对超细矿粉的流态化特征进行了实验研究，实验结果如表2所列，表明：超细赤铁矿粉的流态化特征与0.074～0.154mm(100～200目)的常规粒度赤铁矿粉流态化特征不同：沟流→有时形成节涌→崩裂(崩裂速度远超过理论初始流化速度临界值)→聚团流化。

冷态流态化实验的工艺参数为：

氮气密度ρ_N2＝1.14kg/m³；

气体粘度μ_N2＝1.8×10^-5Pa s(kg/ms)；

赤铁矿粉密度ρ_矿＝5300kg/m³；

矿粉粒度：0.125-0.154mm、0.105-0.125mm、0.098-0.105mm、0.090-0.098mm、0.074-0.090mm、＜0.074mm、2μm；

流化床装置长1100mm；内径d 50mm；壁厚10mm；连接管外径10mm。

表2为超细赤铁矿粉冷态流态化实验结果

矿粉粒度	平均粒度为2μm
		理论临界流化速度上限(m/s)	1.09×10^-5
崩裂速度(m/s)	0.132

实施例一：在流态化实验基础上，按照附图3装置进行流态化分离实验，设计分选速度为0.127～0.170m/s，分选时间为30～60min，分别获得了P＝0.7％左右、Fe＝45％左右的富铁物料，其中磷品位降低了18.6％、铁品位提高了5.1％；同时获得了P＝1.0％左右、Fe＝40％左右的富磷物料，其中磷品位提高了16.3％、铁品位降低了6.5％。

实施例二：在附图3装置的基础上串联2级分离部件进行流态化分离实验，设计1级分选速度为0.170～0.250m/s，2级分选速度为0.085～0.127m/s，分选时间为30～60min，分别获得了P＝0.05％左右、Fe＝60.1％左右的富铁物料，其中磷品位降低了94.2％、铁品位提高了40.4％；同时获得了P＝1.93％左右、Fe＝19.9％左右的富磷物料，其中磷品位提高了124％、铁品位降低了53.5％。

Claims

1.一种高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离装置，其特征是分离装置包括：矿粉(1)、分离部件(2)、富铁物料(3)、收集部件(4)和富磷物料(5)，其中分离部件承载富铁物料，收集部件承载富磷物料，矿粉承载部件与分离部件通过管路连接，分离部件与收集部件通过管路连接；高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离过程为：分选气体由氮气源提供，气体携带矿粉沿切线方向进入分离部件，调整流体流速，使流速大于富磷颗粒的悬浮终端速度而低于富铁颗粒的悬浮终端速度，使得较轻富磷颗粒被带出分离部件进入收集部件；而较重富铁颗粒继续在分离部件内保持流态化状态，不被带出，最终实现铁元素、磷元素的分别富集；不同的细磨程度会造成矿粉颗粒不同的粒度分布以及磷元素和铁元素不同的解离情况，根据目标产品的要求确定相应的分选速度，并串联多个分离部件，进行逐级分离。

2.一种高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离方法，采用如权利要求1所述高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离装置，其特征是采用高速气流磨技术将普通细粒度80～200目的赤铁矿粉磨至平均粒度为2μm、粒径分布范围为10²～10⁴nm的超细粒度，实现铁元素与磷、硫等杂质元素的初步解离；然后通过高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离装置，进行流态化分离；其中赤铁矿粉高速气流磨技术是：将赤铁矿粗磨、筛分、烘干后使用超级涡流磨进行超细磨，矿粉超细磨过程中，参数控制如下：(1)研磨气体压力：＞0.6MPa；(2)分选机转速：5000～5500r/min；流态化分离过程的参数控制为：(1)赤铁矿粉颗粒粒径分布范围为10²nm～10⁴nm；(2)分选气体流速为0.060～0.250m/s；(3)分选时间为30～60min。