CN102766717A

CN102766717A - 一种利用直接还原工艺处理高磷矿的方法

Info

Publication number: CN102766717A
Application number: CN2012102948118A
Authority: CN
Inventors: 薛庆国; 刘江; 郭占成; 王静松; 王广; 佘雪峰
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2012-11-07

Abstract

本发明是一种利用直接还原工艺处理高磷矿的方法，属于炼铁领域。发明中利用将按照质量百分比分别为45-60%的高磷矿、10-20%的碳质还原剂、15-25%的石灰石和3-10%的助熔剂细磨至-200目，然后与5-10%的水分混匀，取混匀的粉料压制成块，干燥去除水分，得到干燥生料，干燥之后，在转底炉内先后经历1100-1200℃和1350-1400℃的分段还原、熔融分离工艺，有效的实现了渣铁分离、铁磷分离，得到了含铁95%以上、含碳1.5-3.5%、含磷低于0.1%的珠铁，可以直接作为电炉或转炉炼钢的原料使用，为高磷矿的生产利用提供了新的工艺思路，具有一定的经济和社会效益。

Description

一种利用直接还原工艺处理高磷矿的方法

技术领域

本发明是一种利用直接还原工艺处理高磷矿的方法，属于炼铁领域，得到含铁95%以上、含碳1.5~3.5%、含磷0.1% 以下的珠铁。

背景技术

随着我国经济的快速发展，对铁矿石的需求量日益增加，加之近年来进口铁矿石的价格不断上涨，开发利用难处理铁矿石迫在眉睫。我国高磷矿主要分布于湖北、湖南、广西等地，其储量占世界高磷矿总储量的14.86%，达到74.5亿吨，然而目前由于该矿石特殊的赋存状态和物化特性，长期被视为呆矿，开发和利用受到很大制约，如果能合理利用将会产生巨大的经济和社会效益。

高磷矿中含铁在50%左右，主要以赤铁矿的形式存在；含磷很高在0.5~1%左右，以磷灰石形式存在，两者以及其他脉石以鲕粒环状形式紧密镶嵌在一起。采用传统的高炉炼铁工艺，入炉矿石中的磷元素将全部进入铁水而被带入转炉，严重影响转炉吹炼的效率，所以需要控制反应中磷元素走向来实现高磷矿的高效利用。总体来说有两种思路：矿石在入炉前进行预处理脱磷，获得合格的铁精矿用于生产；在冶炼中采用针对性处理脱除磷，如铁水预脱磷。

目前生产中可通过选矿流程在一定程度上降低矿石中的磷含量，并达到富集铁的效果。然而该工艺存在一些问题：铁矿中磷矿物的嵌布粒度较细，细磨难度较大；磁选设备容易堵塞，强磁选机介质腐蚀后表面粗糙易卡矿石，以及一些没有磨细的大颗粒矿石进入强磁选机都易造成堵塞；磷矿物和铁矿物的可浮性差别不大，现有的反浮选捕收剂选择性不高，导致铁的损失较大。

浸出法是使用化学药剂利用矿物之间的性质差异，保证含铁矿物稳定存在的基础上将磷灰石溶解去除的手段。该方法不需要细磨至单体解离，只要使含磷矿物充分暴露即可，脱磷率高，然而浸出过程中部分铁会熔解损失，浸矿后铁精矿产品中的MgO、CaO含量减少，使得精矿碱度下降，自熔性受到破坏，增加了冶炼成本。另外无机酸和有机酸的大量使用导致浸出成本高、对环境污染比较大。

微生物也可以去除矿石中的磷，因为微生物需吸收磷元素来构成细胞组分，如磷脂、三磷酸腺苷等进行能量代谢；而且许多微生物通过代谢产酸降低体系的pH值使含磷矿物溶解，同时代谢酸还会与Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等离子螯合，形成络合物，从而促进含磷矿物的溶解。例

如“CN200710034844.8”，名称为“一种含磷铁矿石脱磷的方法”的专利中，用一定浓度的氧化亚铁硫杆菌菌液浸泡细磨过的高磷矿，实现铁和磷的分离。该方法环境污染小，但是浸矿所需的细菌需要进行采集、分离、培养和驯化，生产成本较高，在实际应用中比较困难。

冶炼脱磷法是用碱性氧化物与铁矿或铁水中的磷反应形成磷渣脱除，目前研究较多的是利用各种脱磷剂进行铁水脱磷。例如“CN201010275087.5”，名称为“用高磷铁矿石制备的球团”的专利中，在氧化气氛下，通过加入氧化镁使高磷矿在高炉冶炼过程中，磷元素进入渣中而被脱除。

转炉渣是转炉炼钢的主要排放废弃物，具有较高的碱度和氧化性，既满足脱磷剂的要求又可降低生产成本。在1350~1450℃的温度范围内，采用转炉渣—CaF₂的复合剂对铁水脱磷预处理，脱磷率可达到70%以上。另外造渣、吹氧工艺等也会去除含磷铁水中磷，米塔尔钢铁公司在其转炉吹炼高磷铁水时，根据入炉铁水磷含量多少选择合适的造渣、吹氧工艺，获得高流动性、过氧化、高碱度渣，使铁水磷含量由0.35%降低到0.012%。

然而冶炼脱磷法处理对象是含磷铁水，需要良好的动力学条件，而且在紧凑的生产流程中增加脱磷工序会降低生产效率。

直接还原法可以处理高磷矿，即在非高炉条件下，含碳混合物料以固体形态被还原成金属化球团、海绵铁或珠铁的方法。直接还原技术在国外已取得较大发展，近年来我国在消化国外技术的同时也取得一定突破，自主研究开发出转底炉法和回转窑法生产金属化球团工艺，已投入实际工业生产。例如“CN200610019950.4”，名称为“一种鲕状高磷赤铁矿脱磷提铁的生产方法”的专利中，将含碳物料在高温下还原，冷却后经过细磨、磁选使金属铁颗粒和含磷脉石分离。鉴于此，本发明用直接还原工艺处理高磷矿。

发明内容

本发明针对传统高炉炼铁技术对高磷矿中磷元素控制不足的缺陷，使用直接还原工艺处理高磷矿，获得可以直接用于电炉或转炉炼钢的珠铁，具有一定的经济和社会效益。

本发明的技术方案是：一种利用直接还原工艺处理高磷矿的方法，具体步骤如下：

(a) 将45~60%的高磷矿、10~20%的碳质还原剂、15~25%的石灰石和3~10%的助熔剂细磨至-200目，然后与5~10%的水分混匀，取混匀的粉料压制成块，干燥去除水分，得到干燥生料，备用；

(d) 在转底炉底部耐火材料上铺50~100mm的铺底料，将上述步骤干燥好的生料单层铺在所述铺底料上面，随着炉底旋转经历不同的还原温度后取出冷却，其中，首先置于1100~1200℃区域保持30~40分钟，然后随炉旋转置于1350~1400℃区域保持10~20分钟，冷却充分后破碎得到含铁在95%以上，含碳在1.5~3.5%，含磷在0.1%以下，可以作为电炉和转炉炼钢的原料的珠铁。

进一步，所述高磷矿主要含有赤铁矿、磷灰石、石英等矿物，分别占70%、2.5%、10%左右，主要元素铁有40~60%、磷有0.3~1%；

进一步，所述还原所用碳质材料是0~50%的石墨和无烟煤的混合剂，其中该无烟煤固定碳在80%以上，灰分在10%左右；

进一步，所述石灰石中有效氧化钙在50~55%之间；

进一步，所述助熔剂为萤石。

该方法经过高温分段还原后，混合矿料实现渣铁分离，简单破碎即可获得珠铁。据分析发现该珠铁含碳量为1.5~3.5%，磷含量能保持在0.1%甚至0.05%以下，完全可以作为电炉或转炉炼钢的原料直接使用，作为高炉炼铁的有力补充具有一定的开发潜力和实际意义。

该发明属于直接还原技术针对高磷矿的应用，原理如下：高磷矿中主要有用成分是铁氧化物，在碳质还原剂存在条件下可以在高于1000℃时被还原为金属铁，当渗碳2%以上时铁相熔点会减低到1400℃左右，而此温度下，脉石混合物也处于熔融状态，基于两者不同的密度和表面张力，可以实现渣铁的顺利分离。另外该矿石中含有相当数量的磷灰石，在1250~1300℃以上碳质和二氧化硅并存的条件下会被逐步还原为单质磷，而磷元素在液态铁相中溶解度很大，为了得到含磷很低的纯铁相就需要抑制磷灰石的还原和扩散。所以本发明选择高碱度分段式直接还原，第一阶段将铁氧化物还原完全同时保证渗碳充足，第二阶段高温促进铁相的快速析出凝聚长大，而磷元素尽可能固定在渣相中。

该发明处理高磷矿较其他处理工艺有显著的优势，具体来说：

(a) 铁矿石不需经过选矿或浸矿，直接细磨后就可以用于生产，得到的产品——珠铁是合格的炼钢原料，快速有效，很好地衔接了炼铁和炼钢工艺，优化了工序节约了成本。

(b) 针对高磷矿磷元素含量高的特殊性，经过处理可以有效的实现铁和磷的分离，为高磷矿的生产利用提供了理论基础参考，具有一定的社会和经济效益。

附图说明

图1为本发明的工艺流程框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1

取充分细磨的高磷矿、煤粉、石墨、石灰石、萤石和水，分别以51.57%、10.63%、2.16%、23.64%、5%、7%混匀；取18g生料压制成柱状团块；干燥去除水分；将生球放置于转底炉炉底铺底料上，首先在1200℃区域保持35分钟，然后直接旋转到1400℃区域保持10分钟；保温结束后冷却，破碎混合物料获得铁珠。高磷矿和铁珠成分分别见表1和表2.

表1 高磷矿成分

成分	Fe₂O₃	SiO₂	CaO	MgO	Al₂O₃	MnO	P₂O₅
								含量/%	69.6	14.6	1.97	0.66	3.38	0.38	0.88

表2 铁珠成分

成分	C	P
			含量/%	1.99	0.033

[0017] 实施例2

按照实施例1进行，调整物料配比：高磷矿为52.27%、煤粉为6.77%、石墨为5.51%、石灰石为23.45%、萤石为5%，水为7%，混匀；取18g生料压制成柱状团块；干燥去除水分；将生球放置于转底炉底部铺底料上，首先在1100℃区域保持40分钟，然后直接旋转到1350℃区域保持20分钟；反应结束后冷却、破碎混合物料获得铁珠。高磷矿成分如上，铁珠成分见表3。

表3 铁珠成分

成分	C	P
			含量/%	2.63	0.048

实施例3

按照实施例1进行，调整物料配比：高磷矿为53.33%、煤粉为10.33%、石灰石为24.34%、萤石为5%，水为7%，混匀；取18g生料压制成柱状团块；干燥去除水分；将生球放置于转底炉底部铺底料上，首先在1150℃区域保持30分钟，然后直接旋转到1375℃区域保持15分钟；反应结束后冷却、破碎混合物料获得铁珠。高磷矿成分如上，铁珠成分见表4

表4 铁珠成分

成分	C	P
			含量/%	3.5	0.045

Claims

1.一种利用直接还原工艺处理高磷矿的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(a) 将按照质量百分比分别为45-60%的高磷矿、10-20%的碳质还原剂、15-25%的石灰石和3-10%的助熔剂细磨至-200目，然后与5-10%的水分混匀，取混匀的粉料压制成块，干燥去除水分，得到干燥生料，备用；

(d) 在转底炉底部耐火材料上铺50-100mm的铺底料，将上述步骤干燥好的生料单层铺在所述铺底料上面，随着炉底旋转经历不同的还原温度后取出冷却，其中，首先置于1100-1200℃区域保持30-40分钟，然后随炉旋转置于1350-1400℃区域保持10-20分钟，冷却充分后破碎得到含铁在95%以上，含碳在1.5~3.5%，含磷在0.1%以下，可以作为电炉和转炉炼钢的原料的珠铁。

2.根据权利要求1所述的直接还原工艺处理高磷矿的方法，其特征在于，所述高磷矿的含铁为40-60%，主要以赤铁矿形式存在；含磷为0.3-1%，主要以磷灰石形式存在；其他的主要脉石是石英，含量在10-15%之间。

3.根据权利要求1所述的直接还原工艺处理高磷矿的方法，其特征在于，所述碳质还原剂为0-50%的石墨和煤粉混合而成，煤粉选用无烟煤，固定碳在80%以上。

4.根据权利要求1所述的直接还原工艺处理高磷矿的方法，其特征在于，所述助熔剂选用萤石。

5.根据权利要求1所述的直接还原工艺处理高磷矿的方法，其特征在于，所述石灰石中有效氧化钙在50-55%。