CN104451132A - 还原含磷铁矿石的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种还原含磷铁矿石的方法，包括：(1)将所述含磷铁矿石进行细磨处理，以便得到矿石粉末；(2)将矿石粉末和石灰石进行混合造球，以便得到矿石球团；(3)将所述矿石球团进行干燥处理，以便得到经过干燥的矿石球团；(4)将所述经过干燥的矿石球团进行焙烧处理，以便使得所述经过干燥的矿石球团中的石灰石与三氧化二铁反应生成铁酸钙，得到含有铁酸钙的焙烧球团；以及(5)将所述焙烧球团在竖炉中进行气基还原处理，以便得到金属化球团。该方法可以有效解决含磷铁矿造球难的问题，并且可以得到金属化率为85～90％的金属化球团。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体而言，本发明涉及一种还原含磷铁矿石的方法。
背景技术
随着优质铁矿资源的逐渐枯竭，数百亿吨高磷矿的有效利用成为亟需解决的难题。高炉冶炼在还原气氛下进行，该工艺无法脱磷，故探索一种冶炼新工艺是利用高磷矿的关键。竖炉直接还原技术因反应过程还原温度低，高磷矿中的磷不被还原，为高磷矿脱磷提供了技术依据。然而，高磷矿黏性较大，造球过程中母球相互粘结，形成的球团形状不规则，生球质量很难满足竖炉冶炼要求，故而球团质量是竖炉直接还原高磷矿的技术关键。
受限于当前高磷矿脱磷技术水平，高磷矿脱磷效果很难满足入炉铁矿石中磷含量的指标要求，冶炼过程中对高磷矿的使用很少，因此高磷矿造球技术未引起更多的重视。目前主要的的造球技术报道在改进造球机技术工艺方面，或针对高炉用精矿进行造球工艺改进，对高磷矿造球技术鲜有报道。
申请号为201010275087.5的发明专利公开了一种用高磷矿石制备的球团，其中将磷含量≤0.2％的铁矿粉配加氧化镁、膨润土以及丙烯酸乳胶粉混合而成的粘结剂混合均匀造球，各组分的粒度均≤74微米。然而此工艺只对针对磷含量较低的混合料进行造球，且混合料粒度要求严格。
申请号为201210220998.7的发明专利公开了一种低品位磷矿转底炉法生产黄磷的方法，其中将磷矿粉、煤粉和硅石按一定比例均匀混合造球，小于74微米的颗粒占混合料整体粒径的80％以上，此方法造的球用于转底炉，对球团的抗压强度要求不高。
因此，现有的含磷铁矿石的还原技术有待进一步改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种还原含磷铁矿石的方法，该方法可以有效解决含磷铁矿造球难的问题，并且可以得到金属化率为85～90％的金属化球团。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种还原含磷铁矿石的方法，包括：
(1)将所述含磷铁矿石进行细磨处理，以便得到矿石粉末；
(2)将矿石粉末和石灰石进行混合造球，以便得到矿石球团；
(3)将所述矿石球团进行干燥处理，以便得到经过干燥的矿石球团；
(4)将所述经过干燥的矿石球团进行焙烧处理，以便使得所述经过干燥的矿石球团中的石灰石与三氧化二铁反应生成铁酸钙，得到含有铁酸钙的焙烧球团；以及
(5)将所述焙烧球团在竖炉中进行气基还原处理，以便得到金属化球团。
根据本发明实施例的还原含磷铁矿石的方法通过将磨细后的含磷铁矿石粉末与石灰石进行混合造球，由于矿石粉末间接触面积减小，因此石灰石可以起到很好的破黏作用，从而可以有效解决造球过程中母球相互粘结的问题，同时焙烧过程中石灰石易与矿石粉末中三氧化二铁生成低熔点的铁酸钙，使得生成的液相可以有效粘结未熔物质，从而可以显著提高矿石球团的强度，另外，采用竖炉对焙烧球团进行气基还原处理，可以制备得到金属化率为85～90％的金属化球团。
另外，根据本发明上述实施例的还原含磷铁矿石的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述含磷铁矿石中磷的含量为0.6～1.4wt％。由此，可以拓宽含磷铁矿石的来源。
在本发明的一些实施例中，所述含磷铁矿石中铁的含量为40～50wt％。
在本发明的一些实施例中，所述矿石粉末中粒径低于74微米的颗粒占50重量％以上。由此，可以使得后续混合造球过程中矿石粉末与石灰石均匀混合。
在本发明的一些实施例中，所述矿石球团的粒径为12～16mm。由此，可以显著提高矿石球团的焙烧效率。
在本发明的一些实施例中，将所述矿石粉末和所述石灰石按照质量比为1：0.03～0.05进行所述混合造球。由此，可以形成规则的矿石球团，且保证矿石球团强度。
在本发明的一些实施例中，所述矿石球团中含水量为7～8wt％。
在本发明的一些实施例中，所述焙烧处理是采用下列方式进行的：以12℃/min升温速率从室温升至600℃，并在600恒温15min，然后以22℃/min升温速率从600℃升至1280℃，并在1280℃恒温10min。由此，可以进一步提高矿石球团的焙烧效率。
在本发明的一些实施例中，所述气基还原处理是在含有氢气和一氧化碳的混合还原气氛下于800～900℃下进行2～3小时，其中，所述混合还原气氛中氢气和一氧化碳的总体积不低于90％，所述氢气含量不低于所述混合还原气氛总体积的60％。由此，可以显著提高焙烧球团的还原效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的还原含磷铁矿石的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种还原含磷铁矿石的方法。下面参考图1对本发明实施例的还原含磷铁矿石的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：将含磷铁矿石进行细磨处理
根据本发明的实施例，将含磷矿石进行细磨处理，从而可以得到矿石粉末。由此，可以显著降低矿石颗粒间的接触面积。
根据本发明的实施例，含磷铁矿石中磷的含量可以为0.6～1.4wt％，铁的含量可以为40～50wt％。因此，较以前处理低磷含量的铁矿石相比，本发明可以有效解决高磷矿无法有效利用的难题，从而有效拓宽铁矿原料的来源。
根据本发明的实施例，矿石粉末的粒径并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，矿石粉末中粒径低于74微米的颗粒可以占50重量％以上。发明人发现，若矿石粉末粒度太粗，使得成球率降低，同时由于高磷矿粘性较大，若粒度低于74微米的颗粒可以占50重量％以下，使得粉末颗粒之间毛细压力增大，形成的母球相互粘结，形成的球形状不规则，且粒径分布不均匀。
S200：将矿石粉末和石灰石进行混合造球
根据本发明的实施例，将矿石粉末和石灰石进行混合造球，从而可以得到矿石球团。发明人发现，含磷铁矿石粉末粘度很大，造球过程中母球间相互粘结，容易形成不规则球且很难长大，同时球团强度得不到保障，发明人通过大量实验意外发现，通过将矿石粉末与石灰石进行混合造球，由于矿石粉末间接触面积减小，因此石灰石可以起到很好的破黏作用，从而可以有效解决造球过程中母球相互粘结的问题，同时在后续焙烧过程中石灰石易与矿石粉末中三氧化二铁生成低熔点的铁酸钙，使得生成的液相可以有效粘结未熔物质，从而可以显著提高矿石球团的强度。
根据本发明的实施例，矿石粉末和石灰石的混合比例并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，矿石粉末和石灰石可以按照质量比可以为1：0.03～0.05进行混合造球。发明人发现，若石灰石含量过低，不能抑制造球过程中母球的相互粘结，形成的小球形状不规则，成分不稳定，而混合料中石灰石的配比过高，成球率没有变大趋势，但由于石灰石的加入，球团中铁的品位下降，产量也随之降低，由此将矿石粉末和石灰石按照质量比可以为1：0.03～0.05进行混合造球可以有效避免母球相互粘结，并且可以保证球团中铁具有较高的品位。
根据本发明的实施例，矿石球团中含水量可以为7～8wt％。发明人发现，造球过程中水分过高或过低均影响球团的强度，由此，选择矿石球团中含水量为7～8wt％时能确保球团的冷强度。
根据本发明的实施例，矿石球团的粒径并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，矿石球团的粒径可以为12～16mm。由此，可以显著提高矿石球团的焙烧效率。
该步骤中，具体的，将矿石粉末和石灰石混合后的混合物料在圆盘造球机上进行造球，造球过程中采用边加粉料边喷水的方式进行。
S300：将矿石球团进行干燥处理
根据本发明的实施例，将矿石球团进行干燥处理，从而可以得到经过干燥的矿石球团。根据本发明的实施例，干燥处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，干燥处理可以在200℃下进行180min。由此，通过干燥处理可以显著提高后续焙烧处理的焙烧效率。
S400：将经过干燥的矿石球团进行焙烧处理
根据本发明的实施例，将上述得到的经过干燥的矿石球团进行焙烧处理，可以使得经过干燥的矿石球团中的石灰石与三氧化二铁反应生成含有铁酸钙，从而得到含有铁酸钙的焙烧球团。发明人发现，在将矿石球团进行还原处理之前，将矿石球团进行焙烧处理，可以将含磷铁矿石中粒度较细的、难还原的铁硅酸盐(辉石和橄榄石)转化为较易还原且熔点较低的铁酸钙，且使颗粒进一步富集长大，进而可以显著降低后续还原处理的时间，从而显著降低处理成本，同时由于铁酸钙熔点较低，使得生成的液相可以有效粘结未熔物质，从而可以显著提高球团的强度。
根据本发明的实施例，焙烧处理的条件并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，焙烧处理可以采用下列方式进行的：以12℃/min升温速率从室温升至600℃，并在600恒温15min，然后以22℃/min升温速率从600℃升至1280℃，并在1280℃恒温10min。发明人发现，该条件下可以显著提高矿石球团焙烧质量，同时提高铁硅酸盐(辉石和橄榄石)转化为铁酸钙的转化率，并且所得到的焙烧球团抗压强度可以高于2500N。
S500：将焙烧球团在竖炉中进行气基还原处理
根据本发明的实施例，将上述得到的焙烧球团在竖炉中进行气基还原处理，从而可以得到金属化球团。由此，可以制备得到金属化率高的金属化球团。
根据本发明的实施例，气基还原处理可以在含有氢气和一氧化碳的混合还原气氛下于800～900℃下进行2～3小时，根据本发明具体实施例，混合还原气氛中氢气和一氧化碳的总体积不低于90％，所述氢气含量不低于所述混合还原气氛总体积的60％。发明人发现，通过采用竖炉对焙烧球团进行气基还原处理，可以得到金属化率为85～90％的金属化球团，并且在该温度下进行，可以使得含磷矿石中铁元素被还原为金属铁，而磷元素仍以磷酸钙的形式存在，从而显著提高后续过程中金属铁的纯度。该步骤中，具体的，将焙烧球团装入竖炉中，升温至300℃时通入氮气保护以防止球团被氧化，然后持续升温至800～900℃后切换成含有氢气和一氧化碳的混合还原气氛进行气基还原处理，反应结束后再通氮气保护。
根据本发明实施例的还原含磷铁矿石的方法通过将磨细后的含磷铁矿石粉末与石灰石进行混合造球，由于矿石粉末间接触面积减小，因此石灰石可以起到很好的破黏作用，从而可以有效解决造球过程中母球相互粘结的问题，同时焙烧过程中石灰石易与矿石粉末中三氧化二铁生成低熔点的铁酸钙，使得生成的液相可以有效粘结未熔物质，从而可以显著提高矿石球团的强度，另外，采用竖炉对焙烧球团进行气基还原处理，可以制备得到金属化率为85～90％的金属化球团。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
含磷铁矿石：湖北黑石板鲕状高磷赤铁矿，其中，铁品位45.58wt％，磷含量0.9wt％；
处理步骤：将高磷赤铁矿进行细磨处理，得到矿石粉末，其中，矿石粉末中粒径低于74微米的颗粒占55wt％，然后将矿石粉末和石灰石按照质量比为1:0.035进行混合后在造球机中边喷水进行造球，得到矿石球团(水含量为7wt％)，接着将矿石球团进行干燥处理，然后将得到的经过干燥的矿石球团以12℃/min升温速率从室温升至600℃，并在600恒温15min，然后以22℃/min升温速率从600℃升至1280℃，并在1280℃恒温10min，得到抗压强度高于2500N的焙烧球团，接着在800℃下，将焙烧球团在竖炉中于含氢气和一氧化碳的混合还原气氛(H2和CO的总体积含量为90％，其中H：C＝4：1)中进行气基还原处理2.5h，得到金属化率为85.94％的金属化球团。
实施例2
含磷铁矿石：宁乡式高磷鲕状赤铁矿，其中，铁品位42.4％，磷含量为1.0％；
处理步骤：将高磷鲕状赤铁矿进行细磨处理，得到矿石粉末，其中，矿石粉末中粒径低于74微米的颗粒占55wt％，然后将矿石粉末和石灰石按照质量比为1:0.05进行混合后在造球机中边喷水进行造球，得到矿石球团(水含量为8wt％)，接着将矿石球团进行干燥处理，然后将得到的经过干燥的矿石球团以12℃/min升温速率从室温升至600℃，并在600恒温15min，然后以22℃/min升温速率从600℃升至1280℃，并在1280℃恒温10min，得到抗压强度高于2500N的焙烧球团，接着在850℃下，将焙烧球团在竖炉中于含氢气和一氧化碳的混合还原气氛(H2和CO的总体积含量为90％，其中H：C＝3：1)中进行气基还原处理3h，得到金属化率为88.75％的金属化球团。
实施例3
含磷铁矿石：鄂西高磷鲕状赤铁矿，其中，铁品位39.3wt％，磷含量为1.1wt％；
处理步骤：将高磷鲕状赤铁进行细磨处理，得到矿石粉末，其中，矿石粉末中粒径低于74微米的颗粒占60wt％以上，然后将矿石粉末和石灰石按照质量比为1:0.04进行混合后在造球机中边喷水进行造球，得到矿石球团(水含量为8wt％)，接着将矿石球团进行干燥处理，然后将得到的经过干燥的矿石球团以12℃/min升温速率从室温升至600℃，并在600恒温15min，然后以22℃/min升温速率从600℃升至1280℃，并在1280℃恒温10min，得到抗压强度高于2500N的焙烧球团，接着在850℃下，将焙烧球团在竖炉中于含氢气和一氧化碳的混合还原气氛(H2和CO的总体积含量为90％，其中H：C＝3：1)中进行气基还原处理3h，得到金属化率为90.56％的金属化球团。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种还原含磷铁矿石的方法，其特征在于，包括：
(1)将所述含磷铁矿石进行细磨处理，以便得到矿石粉末；
(2)将矿石粉末和石灰石进行混合造球，以便得到矿石球团；
(3)将所述矿石球团进行干燥处理，以便得到经过干燥的矿石球团；
(4)将所述经过干燥的矿石球团进行焙烧处理，以便使得所述经过干燥的矿石球团强度满足冶炼性能；以及
(5)将所述焙烧球团在竖炉中进行气基还原处理，以便得到金属化球团。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含磷铁矿石中磷的含量为0.6～1.4wt％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含磷铁矿石中铁的含量为40～50wt％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿石粉末中粒径低于74微米的颗粒占50重量％以上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿石球团的粒径为12～16mm 。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述矿石粉末和所述石灰石按照质量比为1：0.03～0.05进行所述混合造球。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿石球团中含水量为7～8wt％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙烧处理是采用下列方式进行的：以12℃/min升温速率从室温升至600℃，并在600恒温15min，然后以22℃/min升温速率从600℃升至1280℃，并在1280℃恒温10min。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气基还原处理是在含有氢气和一氧化碳的混合还原气氛下于800～900℃下进行2～3小时，其中，所述混合还原气氛中氢气和一氧化碳的总体积不低于90％，所述氢气含量不低于所述混合还原气氛总体积的60％。
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