鲕状高磷赤铁矿超细粉的气基还原实验研究

2011 年 8 月 The Chinese Journal of Process Engineering Aug. 2011

收稿日期：2010−08−19，修回日期：2010−11−21

作者简介：李士琦(1942−)，男，湖南省安乡市人，博士，教授，主要研究方向为钢铁冶金等，E-mail: lishiqi@ .

鲕状高磷赤铁矿超细粉的气基还原实验研究

李士琦1

， 张颜庭1

， 高金涛1

， 李 瑾

1,2

， 陈培钰

1,3

， 刘润藻1， 王玉刚1

(1. 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083；2. 北京市环境保护科学院，北京 100037；3. 天津钢管集团股份有限公司，天津 300301)

摘 要：使用新开发装置对高磷赤铁矿超细粉进行气基还原实验研究. 该矿中P 主要以磷灰石形式嵌布于鲕状赤铁矿和其他脉石颗粒之间，但Fe 和P 元素未处于化学结合状态. 采用超级涡流磨技术将高磷赤铁矿磨成平均粒度为2 µm 的超细粉，实现Fe 和P 元素较好的解离. 还原实验结果表明，使用新开发的还原装置实现了矿粉的高度还原；粒度对还原结果的影响最显著，超细矿粉(2 µm)的还原度可达90%，较常规粒度矿粉(150 µm)提高约30%；还原产物颗粒间并未发生烧结，采用简易磁选设备对还原产物进行磁选分离，初步实现矿粉中Fe 与P 元素分离和富集. 关键词：鲕状高磷赤铁矿；超细粉；Fe 与P 解离；气基还原

中图分类号：TF03+1，TF533.1 文献标识码：A 文章编号：1009−606X(2011)04−0599−07

1 前 言

随着钢铁工业高速发展，富铁矿和易选铁矿资源逐步枯竭，已成为制约我国钢铁工业发展的重要因素[1−3]， 低品位以及含杂质(磷、硫)高的铁矿石的利用显得十分重要. 我国蕴藏着丰富的高磷赤铁矿资源，其中磷含量较高，有的甚至超过1.0%. 由于高炉炼铁过程需高温熔融，且炉内为还原气氛，磷元素等杂质几乎全部进入铁熔体[4−6]，只能在转炉冶炼中再氧化去除，势必给转炉冶炼带来更大的压力，因此急需开发合理的利用技术.

传统的高磷赤铁矿利用多集中在选矿工艺的改进和开发上，瑞典Kituna 选矿厂应用Airac 系列捕收剂，采用预选磁选−反浮选(脱磷)−磁选工艺流程可获得铁品位大于71%、含磷小于0.025%的优质铁精矿[7]；支全[8]以CaCl 2为石英活化剂，淀粉为铁矿物抑制剂，RA-315为捕收剂进行磷硅混合反浮选，取得了铁品位为65.50%，含磷0.030%的精矿粉.

选矿工艺虽取得一定成果，但由于我国的高磷赤铁矿的矿物组成比较复杂，磷矿物嵌布粒度细小，选矿法脱磷仍存在不少问题[9]；且其成本相对较高，加入浮选剂处理后的残渣存在很大程度的污染. 单纯以脱磷除杂为目的，势必造成磷资源浪费，排放的废渣污染环境[10]. 目前冶炼脱磷，微生物脱磷工艺等也取得了进展

[11,12]

. 本研究基于前期实验存在的还原度较低、还原时间较长等问题[13]，对高磷赤铁矿的矿物组成和其中Fe 和P 元素的微观分布进行研究；进一步开发新还原装置，改善还原条件，实现了矿粉的高度还原，考察了温度、时间、粒度和气氛的影响规律；对还原产物中Fe 和P 的分离富集进行了初步探讨研究.

2 实 验

2.1 实验原料

取样湖北恩施地区的高磷赤铁矿，其化学成分分析结果显示，高磷赤铁矿中TFe=44.04%(其中Fe 2O 3= 60.98%；FeO=1.74%)，P=0.80%.

通过矿粉原料的XRD 分析(图1)，确定研究所用高磷赤铁矿中Fe 主要以赤铁矿形式存在，同时含有石英、磷灰石和粘土类物质等脉石，其中P 以氟磷灰石和氯磷灰石形式存在.

10

20

30

40

5060

70

80

90

5001000150020002500

30002θ (o )

I n t e n s i t y (C o u n t s )

图1 高磷赤铁矿X 射线衍射图

Fig.1 XRD pattern of the high-phosphorus hematite

2.2 实验过程

实验流程如图2所示，通过机械破碎、细磨筛分和超级涡流磨技术，得到不同粒度的矿粉原料，对150 µm(100目)、96 µm(160目)、小于75 µm(200目)及2 µm 4种粒度矿粉的矿相组成、Fe 和P 的微观分布等进行分析，取150和2 µm 的矿粉，在不同气氛、温度和时间条件下进行还原实验，对还原产物进行初步磁选，

O r e pow der O r e pow der

图2 实验流程

Fig.2 Experimental flow sheet

为Fe 和P 的分离富集提供基础. 2.3 实验装置与分析仪器 2.3.1 实验装置

使用GJ200-1密封式化验制样粉碎机对高磷赤铁矿进行机械破碎，逐级筛分，获得75~150 µm(100~200目)间不同粒级的矿粉颗粒；使用超级涡流磨(如图3所示)

将矿粉进一步细磨，得到平均粒径为2 µm 的超细铁矿粉.

新型还原装置如图4所示. 采用卧式管式电阻炉可延长气体在反应炉内与矿粉的接触时间，增大气体与矿粉的接触面积，改善还原条件. 还原过程升温、降温均在N 2保护下进行.

图3 超级涡流磨设备示意图

Fig.3 Schematic diagram of ultra-eddy grinding device

图4 气基还原实验装置图

Fig.4 Schematic diagram of experimental apparatus for gas-based reduction

1. Compressed air

2. Automatic feeder

3. Grinder

4. Cyclone separator

5. Filter

6. Supplement of N 2

7. Compressed air

8. Powder exit

9. Circulating water 10. Compressor 11. Fine powder exit

1. Generating device of CO

2. CO 2

3. H 2

4. N 2

5. Purification device of CO

6. Flowmeter

7. Gas mixing chamber

8. Thermocouple

9. Resistor furnace 10. Control cabinet 11. Crucible