高磷鲕状赤铁矿直接还原同步脱磷研究.pdf

第3 l 卷第2 期 2 0 1 1 年0 4 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G v o J ．3 I №2 A p r i l2 0 1 1 高磷鲕状赤铁矿直接还原同步脱磷研究① 李永利1 ，孙体昌1 ，杨慧芬1 ，徐承焱1 ，杨大伟1 ，祁超英2 ，李志祥2 1 ．北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京1 0 0 0 8 3 ；2 ．武汉钢铁集团矿业有限责任公司，湖北武汉4 3 0 0 8 0 摘要对含铁品位为4 3 ．5 8 ％、含磷0 ．8 3 ％的鄂西某宁乡式高磷鲕状赤铁矿进行了直接还原焙烧脱磷试验研究。研究了焙烧温 度、还原剂用量、焙烧时间、脱磷剂用量对商接还原铁指标的影响。在还原剂用量1 7 ．5 ％， I S 用量5 0 ％，N C P 用量2 ．5 ％，焙烧时间 6 0m i n ，一段磨矿粒度为一0 ．0 7 4m l n 粒级占8 9 ．5 6 ％，磁选磁场强度为8 7 ．5 8k A ／m ；二段磨矿粒度为一0 ．0 2 5n l r l l 粒级占1 0 0 ％，磁 选磁场强度为8 7 ．5 8k A ／m 时可得到铁品位9 1 ．5 8 ％，回收率8 4 ．9 6 ％，磷品位0 ．0 4 9 ％的直接还原铁磁选精矿。 关键词高磷鲕状赤铁矿；直接还原焙烧；脱磷剂；磁选；铁矿选矿 中图分类号T F I l l文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 1 0 2 0 0 6 8 0 3 S t u d yo fD i r e c tR e d u c t i o na n dS y n c h r o n o u sD e p h o s p h o r i z a t i o nf o r H i g h - p h o s p h o r u sO o l i t i cH e m a t i t e L IY o n g l i l ，S U NT i c h a n 9 1 ，Y A N GH u i ．f e n l ，X UC h e n g ．y a n l ，Y A N GD a ．w e i l ，Q IC h a o - y i n 9 2 ，L IZ h i - x i a n 9 2 1 ．K e yL a b o r a t o r yo ft h eM i n i s t r yo fE d u c a t i o no fC h i n af o rH i g h 一4 f 陀i e n tM i n i n ga n dS a f e t yo fM e t a lM i n e s ，B e i j i n g U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ；2 ．W u h a nI r o n S t e e lG r o u pM i n e r a l sC oL t d ，W u h a n 4 3 0 0 8 0 ，H u b e i ，C h i n a A b s t r a c t E x p e r i m e n t a ls t u d i e so nd i r e c tr e d u c t i o nr o a s t i n ga n ds y n c h r o n o u sd e p h o s p h o r i z a t o nw e r ec o n d u c t e df o rs o m e N i n g x i a n gt y p eh i g h p h o s p h o r u so o l i t i ch e m a t i t ew i t hi r o nc o n t e n to f4 3 ．5 8 ％，p h o s p h o r u sc o n t e n to f0 ．8 3 ％i nw e s to f H u b e iP r o v i n c e ．T h ee f f e c t s o fr o a s t i n gt e m p e r a t u r e ，t h er e d u c t a n td o s a g e ，r o a s t i n gt i m ea n dd e p h o s p h o r i z e rd o s a g eo n t h ei n d e xo fD R I D i r e c tR e d u c e dI r o n w e r ei n v e s t i g a t e d ．I r o nc o n c e n t r a t e sw i t hi r o ng r a d eo f9 1 ．5 8 ％，r e c o v e r yo f 8 4 ．9 6 ％a n dp h o s p h o r u sg r a d eo f0 ．0 4 9 ％C a l lb eo b t a i n e dt h r o u g hd i r e c tr e d u c t i o nr o a s t i n ga n dm a g n e t i cs e p a r a t i o n u n d e rc o n d i t i o n sa sf o l l o w s r e d u c t a n td o s a g eo f1 7 ．5 ％，1 “ 3d o s a g eo f5 0 ％，N C Pd o s a g eo f2 ．5 ％，r o a s t i n gt i m eo f6 0 r a i n ．f i r s t s t a g eg r i n d i n gs i z e o f8 9 ．5 6 ％一0 ．0 7 4m mw i t hm a g n e t i cf i e l di n t e n s i t yo f8 7 ．5 8k A ／m ，s e c o n d s t a g e g r i n d i n gs i z eo f1 0 0 ％- 0 ．0 2 5m mw i t hm a g n e t i cf i e l di n t e n s i t yo f8 7 ．5 8k A ／m ． K e yw o r d s h i g hp h o s p h o r u so o l i t i ch e m a t i t e ；d i r e c tr e d u c t i o nr o a s t i n g ；d e p h o s p h o r i z e r ；m a g n e t i cs e p a r a t i o n ；i r o no r e d r e s s i n g 我国鲕状赤铁矿储量丰富，约占我国铁矿石储量 的1 ／9 ，占红矿储量的3 0 ％⋯。鄂西高磷铁矿发现于 1 9 5 9 年，分布面积达1 ．8 万平方公里，储量约2 2 亿 吨，属巨型铁矿。这一探明储量分布在鄂西的宜昌、长 阳、建始、恩施等十个县 市 境内。该铁矿石中含铁 4 1 ．9 5 ％一5 2 ．6 0 ％，含磷0 ．3 ％～1 ．8 ％，S i 0 2 含量也 较高，在1 0 ％一1 5 ％左右，属于“宁乡式”鲕状赤铁 矿【2 1 。鲡状赤铁矿矿物成分比较复杂，且嵌布粒度很 细，还经常与含磷矿物及绿泥石包裹共生，常规的选矿 方法很难得到符合冶炼要求的铁精矿，因此，高磷鲕状 赤铁矿脱磷成为国内外公认的难题。目前高磷铁矿的 脱磷方法主要有选矿方法、化学方法、微生物方法、冶 金和直接还原方法∞1 。国内外研究表明，这些方法在 一定程度上都能实现脱磷的目的，但成本相对较高，并 且在脱磷的过程中铁损失严重1 。北京科技大学对 鄂西高磷鲕状赤铁矿提铁降磷进行了详细研究，结果 表明，常规的选矿方法很难得到满意的提铁降磷效 果一] ，以煤作还原剂，N C P 作脱磷剂，通过直接还原焙 烧磁选可以得到铁品位9 0 ．0 9 ％、回收率8 8 ．9 1 ％、磷 品位O ．0 6 ％的直接还原铁‘6 1 。但是，由于N C P 价格较 贵，煤和N C P 用量较大，导致成本相对较高，所以找到 一种廉价的脱磷剂和合适的工艺条件是实现该工艺流 ①收稿日期2 0 1 0 ．1 l - 0 8 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 0 7 4 0 1 6 作者简介李永利 1 9 8 5 一 ，男，山东菏泽人，博士研究生，研究方向为复杂共生矿产资源综合利用。 万方数据 第2 期 李永利等高磷鲡状赤铁矿直接还原同步脱磷研究 程的关键。本文采用廉价的T s 替代N C P 对鄂西宁乡 式高磷鲕状赤铁矿脱磷进行了系统研究。 1 矿石性质 所用试样为鄂西宁乡式高磷鲕状赤铁矿，原矿 T F e 含量4 3 ．6 5 ％，铁含量较高，是要回收的成分，主要 脉石成分为S i O 、A I O ，、C a O ，主要有害元素为P ，含量 为0 ．8 3 ％，是需要除去的成分。 原矿铁物相分析表明，铁主要以赤褐铁矿存在，分 布率高达9 7 ．8 2 ％。主要的脉石矿物为石英、绿泥石、 粘土、碳酸盐、胶磷矿、氟磷灰石等。 2 试验方法 将破碎成一2m m 的原矿与一2m m 的还原剂、脱 磷剂混匀，放入石墨坩埚中，在马弗炉中一定温度下焙 烧一定时间后，自然冷却。冷却产品破碎到一2m l n ， 在一定磨矿浓度下进行两段磨矿两段磁选得到直接还 原铁磁选精矿，为叙述方便，以下简称还原铁。还原剂 和脱磷剂的用量用其相对矿石的质量分数表示。主要 考察指标为还原铁中铁的品位、回收率和磷的品位。 3 结果与讨论 3 ．1 只加还原剂情况下焙烧试验 在不添加脱磷剂细磨条件下进行了不同温度下的 脱磷实验，条件为还原剂 惠民褐煤 用量为5 0 ％，焙 烧时间为6 0r a i n ，自然冷却，一段磨矿粒度为一0 ．0 7 4 t o n i 占4 1 ．5 2 ％，磁选磁场强度为8 7 ．5 8k A ／m ；二段磨 矿粒度为一0 ．0 2 5n l l n 占1 0 0 ％，磁选磁场强度为 8 7 ．5 8k A ／m ，试验结果如图l 所示。 焙烧温度／℃ 图l焙烧温度对还原铁指标的影响 零 ＼ 趔 喀 髓 从图l 可以看出，还原铁的铁品位随焙烧温度的 升高而增加，温度在l1 5 0 ℃到l2 0 0 ℃之间时铁品位 增加得更快。在11 0 0 ℃之前，磷品位和铁的回收率 受温度影响不大；在l1 0 0 ℃到l1 5 0 ℃之间，铁的回 收率和磷品位都大幅度提高。此外，在图中所示温度 区间磷品位偏高，都在0 ．2 ％以上，且随温度的升高有 升高的趋势。考虑还原铁的3 个指标，最佳温度在 l1 0 0 ℃和l2 0 0 ℃之间，超过12 0 0 ℃时，易生成金属 铁颗粒，且磷也可能与金属铁生成合金，不利于后续的 磨矿磁选和脱磷。 在焙烧温度为11 0 0 ℃时，进行了焙烧时间试验， 其他条件同前，结果见图2 。 倍饶时间，h 图2 焙烧时间对还原铁指标的影响 图2 表明，焙烧时间在l 一1 ．5h 之间时，焙烧时 间对还原铁铁回收率影响较大，1 ．5h 后焙烧时间对 还原铁指标影响不大，延长焙烧时间对高磷鲕状赤铁 矿提铁脱磷效果不佳。 3 ．2 添加脱磷剂的影响 上述试验表明，不使用脱磷剂很难达到提铁降磷 的目的，磷的品位难以降到0 ．1 ％以下。因此，研究了 添加分析纯N C P 和码两种脱磷剂对直接还原焙烧过 程的影响。 3 ．2 ．1 T s 用量对还原铁指标的影响研究表明， N C P 脱磷剂A 的脱磷效果比较明显，但是价格较贵， 在配合添加廉价髑的条件下，研究鸭用量对还原铁 指标的影响。焙烧温度为11 5 0 ℃，b l C P 用量为1 0 ％， 其他试验条件同前，结果见图3 。 “ I S 用量1 0 ／o 图3T S 用量对还原铁指标的的影响 零 ＼ 璺 瑶 誉 万方数据 矿冶工程 第3 1 卷 由图3 可知，随着髑用量的增加，还原铁的铁品 位一直增加，回收率先上升，在用量为2 0 ％左右时铁 回收率达到最大值，T s 用量继续增加，铁的回收率稍 有下降。在T S 增加的过程中，还原铁中磷的品位一直 下降，在髑用量达到3 5 ％时，磷品位已降至0 ．0 7 5 ％ 左右，继续增加鸭用量，对还原铁磷品位影响不大。 3 ．2 ．2 还原剂用量对还原铁指标的影响为了确保 精矿中磷在0 ．1 ％以下，且获得相对较高的铁回收率， 选用T S 用量5 0 ％，N C P 用量1 0 ％，其他条件不变，研 究还原剂用量对还原铁脱磷的影响。 还原荆用量／％ 图4 还原剂用量对还原铁指标的影响 由图4 可以看出，随着还原剂用量的增加，还原铁 的铁品位总体趋势是下降的，当还原剂用量从1 0 ％增 加到4 0 ％时，铁品位从9 2 ．9 8 ％降到了9 0 ．0 8 ％。而直 接还原铁中铁回收率和磷品位随着还原剂用量的增加 一直增加，且在还原剂用量低于1 7 ．5 ％时，铁回收率 和磷品位增加较快。 3 ．2 ．3 N C P 用量对还原铁指标的影响由还原剂用 量试验可知，还原剂用量为1 7 ．5 ％时，再增加还原剂 用量，还原铁指标变化不太明显，所以选还原剂用量 1 7 ．5 ％， I S 用量5 0 ％，其他条件不变，研究N C P 用量 对还原铁指标的影响，结果见图5 。 由图5 看出，随着N C P 用量从0 增加到1 0 ％，还 原铁的铁品位基本不变。在N C P 用量在0 2 ．5 ％之 间时铁回收率增加较快，N C P 用量在2 ．5 ％～1 0 ％之 间时增加较为缓慢。随N C P 用量的增加，磷品位变化 不大，但是还原铁磷品位指标较为理想，都在0 ．0 5 ％ 左右。在还原剂用量1 7 ．5 ％，T S 用量5 0 ％，N C P 用量 2 ．5 ％时，可得到铁品位9 1 ．5 8 ％、铁回收率8 4 ．9 6 ％、 磷品位0 ．0 4 9 ％的还原铁；N C P 用量增加到1 0 ％时，铁 零琴 掣静 喀擎 蝼臣 图5N C P 用量对还原铁指标的影响 品位和磷品位基本不变，铁的回收率可提高5 个百分 点，由于N C P 价格昂贵，N C P 用量的选择要根据需要 来定。 4 结论 1 针对鄂西宁乡式高磷鲕状赤铁矿，若不添加脱 磷剂难以使还原铁中磷品位降至0 ．1 ％以下。 2 T s 有较好的脱磷作用，且对直接还原铁磁选 精矿的品位和回收率有较大影响，一定条件下r I ’s 可以 部分替代N C P 。 3 在还原剂用量1 7 ．5 ％， I S 用量5 0 ％，N C P 用 量2 ．5 ％，焙烧6 0r a i n ，一段磨矿粒度为一0 ．0 7 4m m 粒级占8 9 ．5 6 ％，磁选磁场强度为8 7 ．5 8k A ／m ；二段磨 矿粒度为- 0 ．0 2 5m m 粒级占1 0 0 ％，磁选磁场强度为 8 7 ．5 8k A ／m 时，可得到铁品位9 1 ．5 8 ％、回收率 8 4 ．9 6 ％、磷品位0 ．0 4 9 ％的直接还原铁磁选精矿。 4 髓用量较多，最佳条件有待进一步优化。 参考文献 [ 1 ] 毕学工，周进东，黄冶成，等．高磷铁矿脱磷工艺研究[ J 】．河南 冶金，2 0 0 7 ，1 5 6 3 4 ． [ 2 ]张锦瑞，胡力可，梁银英，等．难选颤状赤铁矿的研究利用现状及 展望[ J ] ．中国矿业，2 0 0 7 ，1 6 7 7 4 7 5 ． [ 3 】惠士成。戴惠新．铁矿降磷的现状及展望[ J ] ．云南冶金，2 0 0 8 ，3 7 6 1 6 ～1 9 ． [ 4 ]李成秀，文书明．浅谈铁矿降磷的现状[ J ] ．国外金属矿选矿。 2 0 0 4 8 4 7 ． [ 5 ]杨大伟，孙体昌，徐承焱．等．鄂西某高磷鲕状赤铁矿提铁降磷选 矿试验研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 9 1 0 8 1 8 4 ． [ 6 ]杨大伟，孙体吕，徐承焱．高磷鲕状赤铁矿还原焙烧同步脱磷工 艺研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 0 。3 0 I 2 9 3 1 ． 万方数据