CN109081321B - 一种转炉脱磷渣制取磷酸铁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种转炉脱磷渣制取磷酸铁的方法，属于金属材料领域。本发明利用转炉脱磷渣经“还原提铁提磷‑脱磷造渣‑富磷渣溶解提纯‑沉淀洗涤烘干”多步工序生产磷酸铁。转炉脱磷渣通过碱度调节和配碳还原产出高磷铁水(％P＝1～5％)，向产出的高磷铁水中喷吹Na2CO3进行脱磷造渣，产出合格铁水(％P<0.15％)及富磷炉渣(％P2O5>20％)，合格铁水可返回到钢铁流程中使用，富磷炉渣经水溶解后可获取富含Na+、Fe3+、PO4 3‑的溶液，溶液经提纯后调节pH值，可获得磷酸铁沉淀，经洗涤、烘干后可获得磷酸铁结晶产品。本发明具有能耗低、资源利用率高、产品附加值高、生产成本低、经济效益显著等特点，解决了钢铁企业脱磷炉渣利用和磷的循环富集问题。

Description

一种转炉脱磷渣制取磷酸铁的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金中脱磷炉渣综合回收利用领域，具体涉及脱磷炉渣回收处理获取合格铁水及富磷炉渣生产磷酸铁的方法。
技术背景
转炉双联法具有少渣量、快节奏、钢水质量好等优点，可以适应目前对钢铁质量要求越来越高的形势而具有宽广的前景。但脱磷炉渣的回收利用一直困扰着钢铁企业，由于其中含有大量的CaO使得很大一部分钢渣作为烧结料返回烧结使用，但脱磷炉渣的长期返回烧结使用，会使磷元素的富集程度越来越高，导致转炉脱磷负担加重、成本上升。因此，解决钢铁企业磷的循环富集问题是一项重大技术难题。
磷酸铁的制备一般均使用纯物质配加(CN201110072970、CN201110081116、CN201010565462、CN201110241822)，转炉脱磷炉渣因其富含大量P、Fe等元素，使其成为生产电池级磷酸铁的潜在原料。脱磷炉渣中磷主要以2CaO·P2O5和3CaO·P2O5的形式赋存于硅酸钙相中，在酸碱环境中均难以溶解，因此无法直接利用脱磷炉渣制取磷酸铁。专利号CN101844756 B和CN 101898757 B介绍了将钢渣还原并经磁选分离获得Fe-P合金，Fe-P合金在空气中焙烧获取P、Fe氧化物制备LiFePO4前驱体的方法，但该方法还原后渣与金属的磁选分离成本高且不完全，均未披露所得合金及P、Fe氧化物的杂质含量，未对制得LiFePO4材料进行指标检测分析。
发明内容
针对上述问题，本发明在于提供一种转炉脱磷渣制取磷酸铁的方法，其特征在于首先将脱磷炉渣(％P2O5＝5～8％)破碎，并配加煤粉和含硅物料，调整碱度后R＝m(CaO)/m(SiO2)＝1.2，混合物料在1350℃条件下还原，获得高磷铁水(％P＝1～5％)，还原后炉渣与高炉渣性质相似，水淬后可作为水泥原料；向高磷铁水中添加铁精矿，并以氧化性气体为载气喷吹Na2CO3脱磷，铁水磷可降至0.15％以下来作为炼钢炉料，脱磷后炉渣主要成分为Na2O、Fe2O3、FeO和P2O5；将脱磷后炉渣溶解于水中，并添加稀盐酸，确保渣中大部分Fe2O3和P2O5溶解并过滤，获得以Na+、Fe3+、Fe2+、PO4 3-为主的离子溶液，向溶液中加入H2O2使Fe2+转化为Fe3+，添加NaOH稀溶液，调整pH值为6～8，此时FePO4沉淀析出，过滤后得到滤渣，经去离子水洗涤后烘干获得磷酸铁产品。
具体而言，本发明提供的方法可以处理转炉脱磷渣，并制得磷酸铁产品，采用的技术手段主要包括以下的内容：
在目前的转炉双联炼钢过程中，脱磷炉处理后所产生的炉渣中磷含量较高，若返回冶金流程中使用，会造成产品中磷的富集，增大后续处理过程中脱磷的难度。并且由于目前脱磷过程中主要依靠石灰作为磷的固定剂，通过对磷的氧化并固定成为磷酸二钙或磷酸三钙的形式稳定的存在于渣中，达到金属液脱磷的目的，而通过这种处理工艺得到的渣成分较为复杂，不易进行分离处理，并且即使分离得到的大量磷酸钙物质，其不易溶于水且酸碱均较难处理，难以将其进行资源化利用。而本发明所述的脱磷炉渣处理方法，首先通过碳热还原的方法得到仅含有Fe、C、P的较为纯净的铁水，并且通过使用苏打取代石灰作为磷的固定剂，苏打不仅有更强的脱磷固定能力，并且其脱磷产物物相主要为磷酸钠，有着较好的水溶性，对其后的磷酸铁的制备十分有利。
综上所述，本发明所采用的方法可以有效的处理炉渣中的磷，降低其危害性，并有效的利用其中的磷、铁资源，转化后产出的磷酸铁可以作为制造磷酸铁锂电池的原料，附加值较高。
附图说明
图1为本发明的流程工艺图
具体实施方式
实施例1：含P2O5质量分数为5.2％的脱磷炉渣处理工艺
脱磷炉渣具体成分如下表：
成分 CaO SiO<sub>2</sub> MgO P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> MnO FeO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> S R
含量％ 32.5 16.1 7.4 5.2 6.7 13.7 14.9 3.4 0.1 2.0
在电弧炉中处理10吨上述成分的脱磷炉渣，向其中配入1200kg的硅石(含SiO2＝95％，CaO＝5％)，此时得到的渣系碱度为1.20，随后向其中配入煤粉(含固定碳80％，挥发分10％，灰分10％)，过剩系数取1.2，加入量为1350kg，在1350℃的条件下进行熔融还原。
得到的渣与高炉渣成分相似，通过水淬后可作为水泥原料，具体成分如下表：
成分 CaO SiO<sub>2</sub> MgO P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> MnO TFe Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> S R
含量％ 41.4 34.4 9.6 0.4 7.8 1.5 4.3 0.1 1.2
同时得到含P＝3.28％的高磷铁水共2435.0kg，成分如下表：
成分 Fe C Si Mn P
含量％ 88.13 4.24 <0.01 4.35 3.28
向得到的高磷铁水中吹入共47.7m3的氧气，并以此为载气喷入584.4kg的碳酸钠粉末，氧化脱磷后得到含P＝0.12％的低磷铁水共2293.9kg，可以作为炼钢炉料返回转炉炼钢或电炉炼钢流程使用，具体成分如下表：
成分 Fe C Mn P
含量％ 93.56 1.72 4.61 0.11
同时得到脱磷后的炉渣共407.4kg，成分为Na2O、Fe2O3、FeO和P2O5，通过稀盐酸溶解后，可以获得可溶性磷源及铁源，经处理后即可得到FePO4产品。
实施例2：含P2O5质量分数为7.5％的脱磷炉渣处理工艺
脱磷炉渣具体成分如下表：
成分 CaO SiO<sub>2</sub> MgO P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> MnO FeO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> S R
含量％ 30.1 16.7 6.8 7.5 7.1 10.4 15.2 6.1 0.1 1.8
在电弧炉中处理10吨上述成分的脱磷炉渣，向其中配入1400kg的铁尾矿(含SiO2＝60％，Fe2O3＝30％，Al2O3＝10％)，此时得到的渣系碱度为1.20，随后向其中配入煤粉(含固定碳80％，挥发分10％，灰分10％)，过剩系数取1.2，加入量为1400kg，在1350℃的条件下进行熔融还原。
得到的渣与高炉渣成分相似，通过水淬后可作为水泥原料，具体成分如下表：
成分 CaO SiO<sub>2</sub> MgO P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> MnO TFe Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> S R
含量％ 39.3 32.8 7.9 0.5 7.4 2.2 9.4 0.1 1.2
同时得到含P＝4.78％的高磷铁水共2288.6kg，成分如下表：
成分 Fe C Si Mn P
含量％ 87.71 3.96 <0.01 3.55 4.78
向得到的高磷铁水中吹入共49.7m3的氧气，并以此为载气喷入755.2kg的碳酸钠粉末，氧化脱磷后得到含P＝0.12％的低磷铁水共2123.3kg，可以作为炼钢炉料返回转炉炼钢或电炉炼钢流程使用，具体成分如下表：
成分 Fe C Mn P
含量％ 94.31 1.69 3.88 0.12
同时得到脱磷后的炉渣共566.5kg，成分为Na2O、Fe2O3、FeO和P2O5，通过稀盐酸溶解后，可以获得可溶性磷源及铁源，经处理后即可得到FePO4产品。
以上所述，仅是本发明的某几项实施例，本发明不受限于上述实施例的限制，凡依据本发明的技术实质对上述实施例所做的类似修改、变化与替换，仍属于本发明技术方案的范围内。本发明的保护范围仍由权利要求书界定。

Claims (5)

1.一种利用脱磷炉渣制取磷酸铁的方法，其特征在于将炼钢流程中的脱磷炉渣中的磷与脉石成分分离，并将其中不易溶于酸碱的磷酸钙转化为溶解性好的磷酸钠，以作为制取磷酸铁的原料；
所用的脱磷炉渣为转炉双联炼钢过程中脱磷炉产生的炉渣；
具体工艺步骤为：
S1：将％P2O5＝5～8％的脱磷炉渣破碎，并配加煤粉和含硅物料，调整碱度后R＝m(CaO)/m(SiO2)＝1.2，混合物料在1350℃条件下还原，获得％P>1％的高磷铁水，还原后炉渣通过水淬后作为制造水泥的原料；
S2：向高磷铁水中以氧化性气体为载气喷吹Na2CO3粉末脱磷，脱磷后铁水磷可降至0.15％以下，作为炼钢炉料，脱磷后炉渣主要成分为Na2O、Fe2O3、FeO和P2O5；
S3：将脱磷后炉渣溶解于水中，并添加稀盐酸，确保渣中大部分Fe2O3和P2O5溶解并过滤，获得以Na+、Fe3+、Fe2+、PO4 3-为主的离子溶液，向溶液中加入H2O2使Fe2+转化为Fe3+，添加NaOH稀溶液，调整pH值为6～8，此时FePO4沉淀析出，过滤后得到滤渣，经去离子水洗涤后烘干获得磷酸铁产品。
2.根据权利要求1所述利用脱磷炉渣制取磷酸铁的方法，其特征在于：配加的含硅物料为含硅较高的劣质铁矿粉或铁尾矿，或者为硅石。
3.根据权利要求1所述利用脱磷炉渣制取磷酸铁的方法，其特征在于：作为载气的氧化性气体为氧气或氧含量较高的富氧空气。
4.根据权利要求1所述利用脱磷炉渣制取磷酸铁的方法，其特征在于：使用Na2CO3对高磷铁水进行脱磷，高磷铁水中磷含量大于1％，脱磷剂中不含CaO或CaCO3。
5.根据权利要求1所述利用脱磷炉渣制取磷酸铁的方法，其特征在于：以Na2CO3脱磷渣为原料制取磷酸铁，Na2CO3脱磷渣是以Na2O、Fe2O3、FeO和P2O5为主的溶解性良好的富磷渣，富磷渣中的P2O5含量大于30％。
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