CN109136540B - 强化高磷铁矿石提铁降磷的微波流态化焙烧-浸出方法 - Google Patents

强化高磷铁矿石提铁降磷的微波流态化焙烧-浸出方法 Download PDF

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Abstract

一种强化高磷铁矿石提铁降磷的微波流态化焙烧‑浸出方法，按以下步骤进行：(1)准备高磷铁矿石作为原料；(2)破碎后磨矿获得铁矿粉；(3)送入微波流态化焙烧炉，在还原气氛条件下焙烧；(4)将焙烧矿磨细后进行弱磁选；(5)用硫酸进行酸浸脱磷，酸浸脱磷后过滤分离出固体物料；将固体物料水洗烘干。本发明的方法实现了高磷铁矿石高效综合利用，铁品位和回收率高，除磷效果显著，工艺更为节能降耗，且提铁降磷效果更为显著，实现了高磷鲕状赤铁矿石的资源化和高效化的开发利用。

Description

强化高磷铁矿石提铁降磷的微波流态化焙烧-浸出方法
技术领域
本发明属于矿物加工技术领域，具体涉及一种强化高磷铁矿石提铁降磷的微波流态化焙烧-浸出方法。
背景技术
我国铁矿石总量大，但大量的“贫、细、杂”弱磁性铁矿资源未能得到有效开发利用，其中以鲕状赤铁矿资源储量达100多亿吨，约占国内铁矿资源总储量的12％，占我国赤铁矿储量的30％，湖北鄂西铁矿、河北宣龙铁矿、湖南宁乡铁矿、广西屯秋铁矿等都属于鲕状赤铁矿类型；鲕状赤铁矿石主要以鲕状、肾状和豆状构造为主；鲕粒以赤铁矿(或者石英、粘土矿物)为核心，由赤铁矿、石英、绿泥石相互包裹逐层凝结成鲕状颗粒，形成胶体化学沉积作用形成的鲕状构造；由于其自身特点鲕状赤铁矿一直无法得到有效的开发利用，成为国内外公认的最难选的铁矿石类型之一。
我国部分鲕状赤铁矿含磷量高，一般在0.4～1.2％，称为高磷鲕状赤铁矿；我国现已探明高磷鲕状赤铁矿储量37.2亿吨，主要由赤铁矿、鲕绿泥石、方解石、白云石、胶磷矿等矿物组成，此类矿石中的磷主要以胶磷矿的形式存在，胶磷矿与其它矿物紧密共生，嵌布粒度甚至小于2μm，不易分离；在烧结过程和高炉冶炼过程中，矿石中的磷将全部转入烧结矿及生铁中，磷对钢材性能的影响很大，磷是绝大多数钢种中的有害元素，因此，在选冶过程中，高效提铁降磷是决定该矿综合开发利用的关键。
近年来，围绕高磷鲕状赤铁矿高效综合利用这一重要课题，众多学者开展了大量的基础研究工作，也取得一定的成果，其主要工艺方法可以分为物理选矿、化学选矿、生物选矿和冶炼法；其中选矿法包括强磁-反浮选、磁化焙烧-弱磁选、磁化焙烧-弱磁选-反浮选等工艺；冶炼法包括烧结法和熔炼法；物理选矿、化学选矿、生物选矿、冶炼法等每一种方法都能在一定程度上实现磷铁分离；但由于这类矿石鲕状结构复杂、嵌布粒度较细，单体解离度小等原因，导致每种方法分选效果均不佳，且能耗大，经济效益差，难以满足工业生产要求。
发明内容
针对现有高磷鲕状赤铁矿选别指标不显著等上述技术问题，本发明提供一种强化高磷铁矿石提铁降磷的微波流态化焙烧-浸出方法，将高磷铁矿石经过微波流态化焙烧后，再经过磨矿、弱磁选后得到得到弱磁精矿，酸浸后得到降磷铁精矿。通过微波流态化焙烧改变矿石内部鲕状致密结构，使其有利于后续酸浸，节能降耗的同时提高提铁降磷效果。
本发明的方法中具体包括以下步骤：
1、准备高磷铁矿石作为原料，其铁品位20～50％，磷的质量百分含量0.4～1.2％；
2、将原料破碎至粒径≤2mm，然后磨矿至粒径≤0.074mm的部分占总质量的60～90％，获得铁矿粉；
3、将铁矿粉送入微波流态化焙烧炉，在还原气氛条件下加热至反应温度500～650℃，焙烧5～10min反应结束，得到焙烧矿；
4、将焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm占总质量的40～85％，然后进行弱磁选，弱磁选的磁场强度为80～85kA/m，弱磁选后得到磁选铁精矿；
5、将磁选铁精矿用硫酸进行酸浸脱磷，酸浸脱磷后过滤分离出固体物料；将固体物料水洗后烘干去除水分，制成脱磷铁精矿。
上述方法中，步骤3发生的主要反应的反应式为：
3Fe2O3(s)+CO(g)＝2Fe3O4(s)+CO2(g)；ΔrGm＝-39.94-5.71×10-2·T kJ/mol。
上述方法中，所述的还原气氛为还原性气体和氮气组成的混合气体，其中还原性气体占混合气体总体积的15～35％；所述的还原性气体为CO、H2或CH4。
上述方法中，脱磷铁精矿的铁品位≥60％，磷元素的去除率≥80％，铁的回收率≥80％。
上述方法中，酸浸脱磷时使用的硫酸浓度为0.1～0.6mol/L，硫酸与磁选铁精矿的液固比为1～4mL/g，酸浸脱磷的时间为10～60min。
上述的微波流态化焙烧炉包括反应室及套在其外部的微波腔体，反应室为上下两端封闭的筒状，内部设有石英网；热电偶从反应室顶端插入，热电偶的底端与石英网之间有间隙；反应室底端设有保护性气体进气口和还原性气体进气口，顶端设有排气口；微波腔体外部装配有微波发生装置，微波发生装置由波导、磁控管和天线帽组成，波导与电源连接，波导上方装配有磁控管，磁控管上方装配有微波功率仪，磁控管下方的天线帽插入波导内。
上述的微波流态化焙烧炉进行焙烧时，先将铁矿粉置于石英网上，通过保护性气体储存罐向反应室通入保护性气体，经排气口排出，并使铁矿粉处于流化状态；开启电源，磁控管产生微波，天线帽防止微波发射时损坏波导内腔，通过微波功率仪控制微波功率大小，微波通过波导传输进入微波腔体，对铁矿粉加热，通过热电偶监测铁矿粉温度；当铁矿粉温度升至反应温度时，通过还原性气体储存罐向反应室通入还原性气体，使还原性气体与保护性气体同时在反应室内流通形成还原气氛，铁矿粉发生微波-流态化焙烧反应；反应结束后停止通入还原性气体，关闭电源；当反应室温度降至常温后，停止通入保护性气体，取出反应室内生成的焙烧矿。
上述的微波流态化焙烧炉中，热电偶外套有屏蔽管，热电偶与测温仪连接。
上述的微波流态化焙烧炉中，保护性气体进气口和还原性气体进气口分别与保护性气体储存罐和还原性气体储存罐连通。
与现有技术相比，本发明的突出优点包括：
1、实现了高磷铁矿石高效综合利用，铁品位和回收率高，除磷效果显著；
2、所用微波流态化焙烧-浸出工艺，相比较常规浸出工艺，流态化焙烧过程中传热效率高、矿物颗粒分散性好、气固接触充分、焙烧产品均匀等特点和微波加热过程中选择性快速加热、能耗低等特点强强结合，可快速有效改变矿石内部鲕状致密结构，更有利于后续酸浸工艺的进行，极大改善浸出降磷的效果；
3、相较于目前较为常见的“直接还原-磁选”技术，微波流态化焙烧-浸出工艺更为节能降耗，且提铁降磷效果更为显著，实现了高磷鲕状赤铁矿石的资源化和高效化的开发利用。
附图说明
图1为是本发明的微波流态化焙烧炉结构示意图；
图中，1、保护性气体储存罐，2、反应室，3、微波腔体，4、电源，5、波导，6、天线帽，7、还原性气体储存罐，8、磁控管，9、微波功率仪，10、热电偶，11、屏蔽管，12、排气口，13、测温仪，14、铁矿粉，15、石英网。
具体实施方式
以下结合实例对本发明做进一步说明。
本发明实施例中的反应室的材质为石英管。
本发明实施例中的石英网的孔径为600目；
本发明实施例中采用的微波功率仪的功率调控范围为100～1400W。
本发明实施例中铁矿粉温度升至反应温度的时间≤10min。
本发明实施例中的热电偶的测温范围为0～1300℃。
本发明实施例中采用的测温仪为数显测温仪。
本发明实施例中采用的波导型号为BJ26。
本发明实施例中采用的微波腔体材质为不锈钢。
本发明实施例中采用的屏蔽管材质为聚四氟乙烯，用于防止电磁场和静电场的干扰，减小测温误差。
本发明实施例中采用的磁控管的型号为2M343K。
本发明实施例中采用的天线帽材质为不锈钢。
本发明实施例中的微波频率为2450±25MHz。
本发明实施例中保护性气体的流速为100～400ml/min；还原性气体的流速为100～300ml/min；保护性气体和还原性气体在进入反应室内构成流通的混合气体，还原性气体占混合气体总体积的百分比为单位时间内流进反应室的气体体积百分比。
本发明实施例中，原料经清洗去除杂物后，烘干去除水分，
本发明实施例中，酸浸后过滤分离出的固体物料，经水洗至滤液为中性，再烘干去除水分。
本发明实施例中脱磷铁精矿的铁品位64～66％。
实施例1
微波流态化焙烧炉结构如图1所示，包括反应室(2)及套在其外部的微波腔体(3)，反应室(2)为上下两端封闭的筒状，内部设有石英网(15)；热电偶(10)从反应室(2)顶端插入，热电偶(10)的底端与石英网(15)之间有间隙；反应室(2)底端设有保护性气体进气口和还原性气体进气口，顶端设有排气口(12)；微波腔体(3)外部装配有微波发生装置，微波发生装置由波导(5)、磁控管(8)和天线帽(6)组成，波导(5)与电源(4)连接，波导(5)上方装配有磁控管(8)，磁控管(8)上方装配有微波功率仪(9)，磁控管(8)下方的天线帽(6)插入波导(5)内；热电偶(10)外套有屏蔽管(11)，热电偶(10)与测温仪(13)连接；保护性气体进气口和还原性气体进气口分别与保护性气体储存罐(1)和还原性气体储存罐(7)连通；
进行焙烧时，先将铁矿粉(14)置于石英网(15)上，通过保护性气体储存罐(1)向反应室通入保护性气体，经排气口(12)排出，并使铁矿粉(14)处于流化状态；
开启电源(4)，磁控管(8)产生微波，天线帽(6)防止微波发射时损坏波导(5)内腔，通过微波功率仪(9)控制微波功率大小，微波通过波导(5)传输进入微波腔体(3)，对铁矿粉(14)加热，通过热电偶(10)监测铁矿粉(14)温度；当铁矿粉(14)温度升至反应温度时，通过还原性气体储存罐(7)向反应室(2)通入还原性气体，使还原性气体与保护性气体同时在反应室(2)内流通形成还原气氛，铁矿粉(14)发生微波-流态化焙烧反应；反应结束后停止通入还原性气体，关闭电源(4)；当反应室(2)温度降至常温后，停止通入保护性气体，取出反应室(2内生成的焙烧矿；
采用的高磷铁矿石为西南地区的高磷鲕状赤铁矿，其TFe 46.13％，按质量百分比含FeO2.43％，P 1.00％，SiO2 18.81％，Al2O3 5.60％，CaO 1.98％，MgO 0.38％，K 0.52％，Na<0.05，烧失量4.25％；高磷鲕状赤铁矿按质量百分比含金属矿物73.20％，其余为非金属矿物，按质量百分比含赤铁矿72.35％，褐铁矿0.85％，石英13.44％，碳酸盐矿物1.58％，绿泥石+粘土矿物11.78％；
将高磷鲕状赤铁矿破碎至粒径≤2mm，然后磨矿至粒径≤0.074mm的部分占总质量的70％，获得铁矿粉；
将铁矿粉送入微波流态化焙烧炉，在还原气氛条件下加热至反应温度500℃，焙烧5min反应结束，得到焙烧矿；所述的还原气氛为还原性气体和氮气组成的混合气体，其中还原性气体占混合气体总体积的15％；所述的还原性气体为CO；
将焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm占总质量的60％，然后进行弱磁选，弱磁选的磁场强度为84kA/m，弱磁选后得到磁选铁精矿；
将磁选铁精矿用硫酸进行酸浸脱磷，酸浸脱磷时使用的硫酸浓度为0.5mol/L，硫酸与磁选铁精矿的液固比为1mL/g，酸浸脱磷的时间为30min；酸浸脱磷后过滤分离出固体物料；将固体物料水洗后烘干去除水分，制成脱磷铁精矿，其铁品位64.6％，磷元素的去除率87％，铁的回收率81.5％。
实施例2
采用的装置同实施例1；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)高磷鲕状赤铁矿的铁品位45％，磷的质量百分含量0.8％；
(2)磨矿至粒径≤0.074mm的部分占总质量的80％，获得铁矿粉；
(3)在还原气氛条件下加热至反应温度570℃，焙烧6min；还原性气体占混合气体总体积的20％；所述的还原性气体为H2；
(4)将焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm占总质量的75％，弱磁选的磁场强度为82kA/m；
(5)酸浸脱磷时使用的硫酸浓度为0.25mol/L，硫酸与磁选铁精矿的液固比为2mL/g，酸浸脱磷的时间为50min；
(6)脱磷铁精矿的铁品位64.9％，磷元素的去除率88％，铁的回收率83.5％。
实施例3
采用的装置同实施例1；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)高磷鲕状赤铁矿的铁品位46％，磷的质量百分含量0.9％；
(2)磨矿至粒径≤0.074mm的部分占总质量的90％，获得铁矿粉；
(3)在还原气氛条件下加热至反应温度550℃，焙烧8mi；还原性气体占混合气体总体积的25％；所述的还原性气体为H2；
(4)将焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm占总质量的80％，弱磁选的磁场强度为83kA/m；
(5)酸浸脱磷时使用的硫酸浓度为0.3mol/L，硫酸与磁选铁精矿的液固比为4mL/g，酸浸脱磷的时间为60min；
(6)脱磷铁精矿的铁品位65.4％，磷元素的去除率86％，铁的回收率82.5％。
实施例4
采用的装置同实施例1；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)高磷鲕状赤铁矿的铁品位44％，磷的质量百分含量0.79％；
(2)磨矿至粒径≤0.074mm的部分占总质量的60％，获得铁矿粉；
(3)在还原气氛条件下加热至反应温度590℃，焙烧9min；还原性气体占混合气体总体积的30％；所述的还原性气体为CH4；
(4)将焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm占总质量的85％，弱磁选的磁场强度为85kA/m；
(5)酸浸脱磷时使用的硫酸浓度为0.18mol/L，硫酸与磁选铁精矿的液固比为3mL/g，酸浸脱磷的时间为20min；
(6)脱磷铁精矿的铁品位65.8％，磷元素的去除率84％，铁的回收率81.8％。
实施例5
采用的装置同实施例1；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)高磷鲕状赤铁矿的铁品位43％，磷的质量百分含量0.87％；
(2)磨矿至粒径≤0.074mm的部分占总质量的75％，获得铁矿粉；
(3)在还原气氛条件下加热至反应温度540℃，焙烧6min；还原性气体占混合气体总体积的35％；所述的还原性气体为CH4；
(4)将焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm占总质量的75％，弱磁选的磁场强度为81kA/m；
(5)酸浸脱磷时使用的硫酸浓度为0.2mol/L，硫酸与磁选铁精矿的液固比为2.5mL/g，酸浸脱磷的时间为55min；
(6)脱磷铁精矿的铁品位65.4％，磷元素的去除率87％，铁的回收率83.5％。

Claims (5)

1.一种强化高磷铁矿石提铁降磷的微波流态化焙烧-浸出方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）准备高磷铁矿石作为原料，其铁品位20~50%，磷的质量百分含量0.4~1.2%；
（2）将原料破碎至粒径≤2mm，然后磨矿至粒径≤0.074mm的部分占总质量的60~90%，获得铁矿粉；
（3）将铁矿粉送入微波流态化焙烧炉，在还原气氛条件下加热至反应温度500~650℃，焙烧5~10min反应结束，得到焙烧矿；所述的还原气氛为还原性气体和氮气组成的混合气体，其中还原性气体占混合气体总体积的15~35%；所述的还原性气体为CO、H2或CH4；所述的微波流态化焙烧炉包括反应室及套在其外部的微波腔体，反应室为上下两端封闭的筒状，内部设有石英网；热电偶从反应室顶端插入，热电偶的底端与石英网之间有间隙；反应室底端设有保护性气体进气口和还原性气体进气口，顶端设有排气口；微波腔体外部装配有微波发生装置，微波发生装置由波导、磁控管和天线帽组成，波导与电源连接，波导上方装配有磁控管，磁控管上方装配有微波功率仪，磁控管下方的天线帽插入波导内；微 波流态化焙烧炉进行焙烧时，先将铁矿粉置于石英网上，通过保护性气体储存罐向反应室通入保护性气体，经排气口排出，并使铁矿粉处于流化状态；开启电源，磁控管产生微波，天线帽防止微波发射时损坏波导内腔，通过微波功率仪控制微波功率大小，微波通过波导传输进入微波腔体，对铁矿粉加热，通过热电偶监测铁矿粉温度；当铁矿粉温度升至反应温度时，通过还原性气体储存罐向反应室通入还原性气体，使还原性气体与保护性气体同时在反应室内流通形成还原气氛，铁矿粉发生微波-流态化焙烧反应；反应结束后停止通入还原性气体，关闭电源；当反应室温度降至常温后，停止通入保护性气体，取出反应室内生成的焙烧矿；
（4）将焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm占总质量的40~85%，然后进行弱磁选，弱磁选的磁场强度为80 ~85kA/m，弱磁选后得到磁选铁精矿；
（5）将磁选铁精矿用硫酸进行酸浸脱磷，酸浸脱磷后过滤分离出固体物料；将固体物料水洗后烘干去除水分，制成脱磷铁精矿。
2.根据权利要求1所述的一种强化高磷铁矿石提铁降磷的微波流态化焙烧-浸出方法，其特征在于所述的脱磷铁精矿的铁品位≥60%，磷元素的去除率≥80%，铁的回收率≥80%。
3.根据权利要求1所述的一种强化高磷铁矿石提铁降磷的微波流态化焙烧-浸出方法，其特征在于所述的酸浸脱磷时使用的硫酸浓度为0.1~0.6mol/L，硫酸与磁选铁精矿的液固比为4~20mL/g，酸浸脱磷的时间为10~60min。
4.根据权利要求1所述的一种强化高磷铁矿石提铁降磷的微波流态化焙烧-浸出方法，其特征在于所述的热电偶外套有屏蔽管，热电偶与测温仪连接。
5.根据权利要求1所述的一种强化高磷铁矿石提铁降磷的微波流态化焙烧-浸出方法，其特征在于所述的保护性气体进气口和还原性气体进气口分别与保护性气体储存罐和还原性气体储存罐连通。
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