高磷鮞狀赤鐵礦氫還原-熔分制備直接還原鐵的研究.pdf

1、我國高磷鮞狀赤鐵礦資源儲量豐富，但因其復雜的礦物組成，特殊的鮞粒結構和高的磷含量，傳統物理選礦難以對其實現有效的經濟開發(fā)和利用。本文以鄂西高磷鮞狀赤鐵礦為原料，采用氫氣還原-熔融分離工藝處理該礦石，不僅鐵磷分離問題得到解決，同時其他硅鋁脈石礦物也能得以有效去除。
　　實驗采用的鄂西高磷鮞狀赤鐵礦粒度為120-160目，鐵品位為56.27wt％，主要賦存于赤鐵礦中，磷含量達065wt％，主要賦存于磷灰石中，礦石內部石英、綠泥石和磷灰

2、石等脈石礦物與赤鐵礦緊密嵌布形成同心環(huán)狀的鮞粒結構。
　　基于上述礦石的礦物學特征，利用HSC chemistry(R)51軟件對氫氣與磷灰石在不同脈石體系下可能的化學反應進行了熱力學計算，結果表明，氟磷灰石和羥磷灰石中的磷被氫氣還原后較易以P2的形式揮發(fā)，在Ca5(PO4)3F-SiO2-Al2O3和Ca5(PO4)3OH-SiO2-Al2O3體系中，當PP2=100Pa時，P2生成反應的開始溫度可分別降低至1350K和1248

3、K。綜合考慮到鐵氧化物與磷灰石的選擇性還原，選取還原溫度為1073K，將約200g礦粉于旋轉臥式電阻爐內通1L/mm的氫氣還原5h，礦粉金屬化率可達至87.12％，還原后的礦粉表面變得稀疏多孔，同時還原前后高磷鮞狀赤鐵礦的鮞狀結構以及脈石元素的分布情況均未發(fā)生明顯變化，其中磷仍以磷灰石的形式存在于還原礦粉中，這為后續(xù)渣鐵分離實驗中去除脈石礦物提供了有利條件。
　　在渣鐵熔融分離過程中，將約11-12g氫氣還原后的礦粉與適量的CaO

4、和CaF2混勻后，放入氧化鋁坩堝，于感應爐中在1400-1600℃熔分，通過不斷優(yōu)化各熔分因素，得到最優(yōu)的熔分條件為:熔分溫度為1873K，堿度為2，熔分時間為10min，CaF2添加量為4％和還原礦粉金屬化率為8591％，在此條件下，脫磷、鋁和硅率分別為97.54％、99.94％和99.99％，鐵中磷，鋁和硅含量可分別降低至0027wt.％，0004wt.％和00013wt.％，鐵回收率達86.3％，可同時實現降磷、除雜和提鐵。此外，

5、在各熔分因素中，堿度較之于熔分時間和添加劑CaF2對P的脫除作用更為顯著，且由于硅鋁脈石礦物與鐵氧化物和CaO之間形成了較低熔點的化合物，所以Al和Si與P相比更容易脫除，而還原礦粉金屬化率的提高會導致礦粉中未被還原的鐵氧化物的含量減少，熔渣的氧化性和流動性有所降低，對脫磷不利。
　　熔分后，將得到的鐵塊和渣塊經鑲樣、磨樣和拋光處理后，通過對含磷夾渣在渣鐵兩相中的SEM-EDS分析表明:在1873K下，當堿度為1，熔分時間為8mi

6、n時，含磷夾渣以Fe3(PO4)2為主，且鐵中可發(fā)現少量溶解的[P]，當堿度增至2，熔分時間增至10mm時，含磷夾渣為由明暗兩部分構成的復合夾渣，深色區(qū)域為Fe3(PO4)2相，淺色區(qū)域為FeO相，在上述熔分實驗條件下，于還原礦粉中加入4％的CaF2，含磷夾渣深色區(qū)域有所減小，逐漸轉變成單一的FeO夾渣，因此含磷夾渣在鐵塊中的演變規(guī)律為Fe2P+Fe3(PO4)2→Fe3(PO4)2→FeO。熔分后渣樣物相主要由富磷相，富鐵相和基體相組

7、成，富磷相多呈不規(guī)則灰黑色多邊形或橢圓狀，粒徑在5-10μm之間，其形成過程為在較高熔分溫度和較長熔分時間內，渣中磷不斷向2CaO SiO2顆粒表面擴散并最終形成了2CaO SiO2-3CaO P2O5固溶體的富磷相。
　　因此，本文在對高磷鮞狀赤鐵礦的礦物學分析之上，探明了氫還原過程中磷礦物的反應行為，確定了熔分過程中適宜的渣鐵分離條件，揭示了熔分條件對磷元素在各相間分布規(guī)律的影響，為高磷鮞狀赤鐵礦的氫氣還原-熔融分離工藝的進一