一种用高磷铁矿制备富磷直接还原铁的方法技术

本发明专利技术属于资源综合利用领域，特别涉及一种用高磷铁矿制备富磷直接还原铁的方法。本发明专利技术针对现有还原焙烧工艺中存在磷挥发严重的问题，通过向高磷铁矿中配加适量Al2O3，使得体系中Al与Si的摩尔比为0.8

【技术实现步骤摘要】
一种用高磷铁矿制备富磷直接还原铁的方法


[0001]本专利技术属于资源综合利用领域，提供了一种用高磷铁矿制备富磷直接还原铁的方法，特别涉及一种从高磷鲕状赤铁矿中实现磷铁同步富集制备富磷直接还原铁的方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国钢铁行业发展迅速，粗钢产量逐年攀升，带动了铁矿石的旺盛需求。目前，我国的铁矿石资源主要依赖于进口，但近期进口铁矿石价格大幅上涨，给我国的钢铁生产带来了一定程度的挑战。因此，作为内循环发展的重要一环，亟需开发我国储量丰富且价格低廉的高磷铁矿石资源。传统高磷铁矿的处理方式提倡“提铁降磷”，即在选矿过程中遵循提高铁品位和降低磷含量的路径，磷的存在会降低钢铁产品的质量，要求铁精矿含磷必须低于 0.2％～0.3％。然而，由于特殊的鲕状结构，铁和磷的分离特别困难，导致选矿过程成本高。虽可获得高品质铁精矿，但磷的资源价值未得体现，难以突破加工成本“瓶颈”。另一方面，与铁矿石中的磷视为有害元素不同，磷在农业上是重要的营养元素，在世界范围内正面临枯竭，为应对磷短缺、促进磷资源的可持续利用，从高磷铁矿中回收磷具有非常重要的意义，因此，高磷铁矿应用的关键在于矿石中磷铁资源的同步价值转化。
[0003]直接还原炼铁法是指在低于矿石软化温度下，添加还原剂将铁矿石还原成金属铁的方法，该方法使得铁矿石不需要采用烧结、炼铁流程，而被直接还原为金属铁，提高了能量利用效率，具有显著低碳减排冶炼优势。在还原工艺中，由于铁的还原行为是钢铁冶金的基础，已进行了大量研究。但是，对于高磷铁矿的利用，基于传统的“提铁降磷”处理观念，大多数研究的关注点为如何使磷气化溢出和提升铁的磁选收得率，而非利用含铁矿相去吸收被还原的磷。若利用磷灰石还原时磷易富集于金属铁这一现象，尽可能多的将磷灰石中的磷转移至金属铁中，后经磨矿磁选将磷铁同步富集于富磷直接还原铁中，从而可以实现磷铁资源的同步价值转化。但目前直接还原高磷铁矿过程中存在磷挥发现象严重，如何降低气化磷损是制备富磷直接还原铁面临的难题之一。
[0004]专利《利用高磷铁矿和中低品位磷矿制备磷铁合金的方法》(申请号：201310123248.2) 利用高磷铁矿和中低品位磷矿进行配矿，使用煤作还原剂在1150℃～1200℃进行直接还原，后经破碎、磨矿及弱磁选得到铁品位可达70％～85％，磷含量可达5％～20％粗磷铁合金，从而达到磷铁富集的目的。该专利简单实用，但没有考虑到如何同步提升铁与磷的回收率。专利《一种高磷赤铁矿直接还原脱磷提铁的方法》(申请号：201010534858.8)提出将高磷铁矿粉、还原剂、生石灰及脱磷剂按一定比例混合，在高温炉中直接还原，后经研磨和磁选将生铁颗粒与渣分离，最终获得铁回收率达80％以上，脱磷率最高可达95％的低磷富铁精粉，该专利在传统的“提铁脱磷”基础上对高磷铁矿的直接还原，未考虑高磷铁矿石资源的开发成本问题，无法实现高磷铁矿中有价元素磷的利用。
[0005]本专利技术旨在推动高磷铁矿的综合利用，抑制直接还原焙烧过程中磷的挥发损失，实现磷铁同步高效富集和高效回收；降低高磷铁矿开发成本，增强我国在资源利用领域的战略技术储备，特提出此专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术为利用国内蕴藏的大量尚待开发的高磷铁矿资源，解决直接还原高磷铁矿过程中存在磷挥发现象严重，而无法实现矿石中磷铁资源的同步价值转化和高效回收的问题，本专利技术采用向高磷铁矿中添加适量的Al2O3促进直接还原焙烧过程液相中磷的聚集，进而被还原生成的金属铁吸收，在抑制抑制磷的挥发损失的同时，实现其高效富集和高效回收，后经磁选分离来实现磷铁同步富集于直接还原铁中。
[0007]本专利技术的设计思路为：在固定碳存在的条件下高磷铁矿直接还原过程中，铁氧化物在737℃以上逐步还原为金属铁，见式(1)
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式(3)；而磷灰石还原温度较高，在石英参与还原反应下，需要高于1250℃才能还原出磷，见式(4)。若能利用矿石中含量较多的SiO2，再通过添加适量的Al2O3来固定磷灰石还原后产生的CaSiO3，生成稳定的CaAl2Si2O8，见式(5)，促进直接还原焙烧过程液相中磷的聚集，这不仅仅能抑制磷的气化损失，提升磷在金属铁中的富集率，而且还能提升P的回收率，同时由于适量的Al2O3的引入还能促进铁的高效高品质回收。最后，利用磨矿磁选获得富磷直接还原铁，残留的脉石和少量的CaAl2Si2O8可用作其它冶炼环节的添加料或作为无污染尾矿处理。
[0008]3Fe2O3+C＝2Fe3O4+CO
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(1)
[0009]Fe3O4+C＝3FeO+CO
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(2)
[0010]FeO+C＝Fe+CO
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(3)
[0011]2Ca5(PO4)3F+9SiO2+15C＝9CaSiO3+CaF2+3P2+15CO
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(4)
[0012]2Ca5(PO4)3F+18SiO2+9Al2O3+15C＝9CaAl2Si2O8+CaF2+3P2+15CO
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(5)
[0013]本专利技术主要通过以下技术方案实现：
[0014]本专利技术一种用高磷铁矿制备富磷直接还原铁的方法；包括下述步骤：
[0015]步骤一：高磷铁矿的预处理
[0016]以高磷铁矿为原料，将高磷铁矿磨细至
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0.074mm质量比占80％以上；
[0017]步骤二：添加Al2O3与高磷铁矿混合直接还原焙烧
[0018]向原料中添加一定量的Al2O3充分混匀，然后添加还原剂进行直接还原焙烧；添加Al2O3后，混合物中存在的Al与Si的摩尔比为0.8
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1.2、优选为0.9
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1.1；所述还原焙烧温度为 1200℃～1400℃，还原时间大于等于25min、优选为30min～120min。
[0019]在本专利技术添加Al2O3后，控制体系中存在的Al与Si的摩尔比为0.8
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1.2、优选为0.9
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1.1 尤为重要，太低了会出现还原生成的FeO与SiO2反应生成铁橄榄石(FeSiO4)，见式(6)，不利于FeO的还原，太高了会出现还原生成的FeO与Al2O3反应生成铝铁尖晶石(FeAl2O4)，见式(7)，抑制FeO的还原。
[0020]FeO+SiO2＝FeSiO3ꢀꢀꢀ
(6)
[0021]FeO+Al2O3＝FeAl2O4ꢀꢀꢀ
(7)
[0022]步骤三：对还原产物进行磨矿磁选
[0023]还原产品经冷却后进行球磨，磨至磨矿产品粒度0.074mm以下占90％；磁选得到富磷直接还原铁和尾矿；磁选时磁场强度为0.8kGs～2.4kGs。
[0024]本专利技术一种用高磷铁矿制备富磷直接还原铁的方法；以TFe 30wt％～50wt％，P 0.3wt％～1.5wt％、二氧化硅含量为5wt％
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20wt％、三氧化二铝含量为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用高磷铁矿制备富磷直接还原铁的方法；其特征在于；包括下述步骤：步骤一：高磷铁矿的预处理以高磷铁矿为原料，将高磷铁矿磨细至
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0.074mm质量比占80％以上；步骤二：添加Al2O3与高磷铁矿混合直接还原焙烧向原料中添加一定量的Al2O3充分混匀，然后添加还原剂进行直接还原焙烧，得到还原产物；添加Al2O3后，混合物中存在的Al与Si的摩尔比为0.8
‑
1.2；所述还原焙烧温度为1200℃～1400℃，还原时间大于25min、优选为30min～120min；步骤三：对还原产物进行磨矿磁选还原产品经冷却后进行球磨，磨至磨矿产品粒度0.074mm以下占90％；磁选得到富磷直接还原铁和尾矿；磁选时磁场强度为0.8kGs～2.4kGs。2.根据权利要求1所述的一种用高磷铁矿制备富磷直接还原铁的方法，其特征在于：以TFe 30wt％～50wt％，P 0.3wt％～1.5wt％、二氧化硅含量为5wt％
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20wt％、三氧化二铝含量为2wt％
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15wt％的高磷铁矿为原料。3.根据权利要求1所述的一种用高磷铁矿制备富磷直接还原铁的方法，其特征在于：添加Al2O3后，混合物中存在的Al与Si的摩尔比为0.9
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【专利技术属性】
技术研发人员：高旭，棘广恒，周游，肖慈弘，王万林，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：