【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高磷铁矿的冶炼方法，特别涉及一种利用高磷铁矿低温还原制备低磷铁粉，同时提取有价元素磷的火法-湿法联合工艺。
技术介绍
1、近年来，随着我国钢铁工业的高速发展，粗钢产量不断攀升，2020年中国粗钢产量已超过10亿吨，占据世界粗钢总产量的一半以上。目前我国对铁矿石的对外依存度过高，同时进口铁矿石价格的大幅攀升，对中国钢铁工业的发展有着严重的制约作用。针对国内钢铁冶炼生产，想办法就地取材，开发挖掘我国现有低品位铁矿石资源，有着决定性的战略意义。国内储量巨大、价格低廉且尚未得到开发利用的高磷铁矿石资源越来越受到关注。
2、在中国南部地区，蕴藏着大量尚待开发的高磷铁矿石资源，如分布于湖北、湖南、贵州、江西、广西及云南等地的“宁乡式”高磷鲕状赤铁矿，埋藏浅易开采，已探明储藏量超30亿吨，其特点时原矿磷含量较高(平均磷含量0.8％)，巨大的储量可有效缓解矿石紧缺问题。但由于鲕状赤铁矿为沉积型铁矿，其结构致密且不均匀，赤铁矿相常与杂质如石英、鲕绿泥石和磷灰石等共生或相互包裹，形成圈层的鲕状结构。
3、采用物理方法很难将磷、铁有效分离，常见的物理方法包括磨矿、选矿；选矿方法有重选、磁选和浮选，物理方法操作简单，成本低，能耗低，但受到高磷鲕状赤铁矿结构复杂、矿相极细的特点，这类方法存在铁的回收率低，脱磷困难，效果欠佳等问题。化学浸出与生物浸出等方法虽然可以在一定程度上脱磷，但反应活性低、浸出效率低，导致工艺流程长，生产成本高等问题。目前对于高磷鲕状赤铁矿提铁降磷工艺中效果较好的是还原焙烧-磁选工艺，但是由于
4、专利《基于高磷铁矿金属化产物高温熔分制备低磷铁水的方法》(申请号：202310007584.4)提出通过制备孔隙化处理的高磷铁矿金属化产物，同时需要制备脱磷剂和熔分添加剂；将经孔隙化处理的高磷铁矿金属化产物与脱磷剂、熔分添加剂分批次加入矿热炉中进行高温熔分；出渣和出铁，从而达到提铁脱磷，获得低磷铁水的目的。但该法需要先氧化再还原，并后续熔分，工艺流程复杂，同时各种添加剂的使用也大大提高了生产成本，同时并未考虑高磷铁矿石资源的开发问题，无法实现提升高磷铁矿中磷资源价值。专利《一种高磷铁矿分离磷和铁的方法》(申请号：202110633819.1)将高磷铁矿与添加剂、粘结剂并还原剂进行制球后焙烧，焙烧温度为950-1100℃，时间控制在25-200min，经分离后，可以得到还原率＞85％，全铁质量百分含量＞91％的金属铁粉。但该法并未对高磷铁矿含磷脉石与富铁相嵌布紧密，还原动力学条件差的问题进行针对性解决，从而需要加入大量脱磷剂，以及造成后续磁选过程复杂繁琐，生产成本高等问题。
5、为了突破高磷铁矿多年来选矿成本高，利用难的“瓶颈”，推动国内高磷铁矿石资源的综合利用，并为我国在储量丰富但难处理的高磷铁矿资源利用领域提供新的战略技术支撑，特提出此专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术为开发利用国内高磷铁矿资源，解决现有高磷铁矿石因开发成本高而无法实现工业化利用的问题，本专利技术采用针对高磷铁矿矿石粒度细从而导致还原成本高、有价元素磷无法利用的问题，从提高反应物活性的角度，采用低温快速还原，提供了一种高磷铁矿的磷铁分离并得到还原铁粉及纯度较高磷酸盐的方法。
2、本专利技术的设计思路为：利用球磨等将矿石与还原剂混匀，同时受到机械活化以及细化作用，可将赤铁矿在很低的温度下还原为金属铁，同时，低温下磷灰石又很难被还原，从而使铁进入还原铁粉中，磷进入尾渣中。同时，较低的还原温度下，由于没有添加低熔点的添加剂，渣中各组分之间不会出现烧结效应，保证了团块的空隙率，提高了还原效果，同时大大降低了还原后渣铁破碎的难度，而且优于没有添加任何助熔剂，还原后，产物只需经过简单破碎后即可进行磁选得到还原铁粉，实现铁元素的利用。另一方面，磨细后的富磷尾渣中的含磷物质经过机械活化和低温焙烧后，反应活性大大提升，通过酸浸将其中的磷元素进行提取，可以得到较纯净的磷酸盐作为高附加值的伴生产品。该方法从提高反应物活性的角度，采用低温快速还原，提供了一种高磷铁矿的磷铁分离并得到还原铁粉及磷酸盐的方法。充分利用高磷铁矿中磷、铁矿相热力学性质的不同，在相同前期处理工艺下实现分别资源化，突破传统“提铁降磷”处理方式的成本“瓶颈”，为高磷铁矿的发展和利用提供了新的思路。
3、本专利技术主要通过以下技术方案实现：
4、步骤一
5、按摩尔比计，c/o比为1.1-1.5，配取高磷铁矿和固体还原剂，将高磷铁矿、固体还原剂在球磨机中进行破碎至粒径小于等于40μm的粉料占所有粉料质量的50％以上；破碎后的产品压块进行低温还原得到富金属化产品；所述高磷铁矿的磷含量大于等于0.5wt％；所述富金属化产品中金属铁占总铁的比例大于等于85wt％、优选为大于等于90wt％，还原时控制还原温度为950℃-1000℃；
6、步骤二
7、将步骤一所得富金属化产品简单破碎后，直接进行磁选；得到全铁含量大于等于85％、磷含量小于等于0.1wt％的还原铁粉和磷含量大于4.0wt％，铁含量＜2.0wt％的尾渣；
8、步骤三
9、将步骤三所得富磷尾渣经酸浸，过滤，滤液中和沉淀出磷酸盐，其纯度在85％以上。
10、其余尾渣可直接作为保护渣等的工业原料。
11、作为优选方案，一种高磷铁矿的冶炼方法；步骤一中富金属化产品通过下述方案得到：
12、高磷铁矿先经破碎至粒度小于等于2.5mm、优选为2mm左右，作为备用原矿。然后按备用原矿与还原剂的质量比10:1-5:1配取备用原矿和还原剂，且配取的备用原矿和还原剂中c、o的摩尔比为1.1-1.5，装入球磨机进行破碎和混匀并机械活化，破碎后得到粒度在2-80μm，且2-40μm的粉料占比在50％以上的球团粉料。球团粉料经造球或压块得到含碳球团，将含球团在加热炉中进行还原，还原时控制还原温度为950℃-1000℃(优选为950-975℃)、还原时间为30min-120min、优选为60-120min。本专利技术将破碎后较粗的铁矿粉和还原剂一起再经破碎，混匀的同时提高两者的活性及接触面积。充分利用高磷铁矿中磷、铁矿相热力学性质的不同，在低温下实现提铁降磷。这也为后续得到纯度较高的浸出物提供了必要条件。
13、在本专利技术中，该步骤没有额外引入助熔剂、脱磷剂、粘接剂、造孔剂等任何添加剂，助熔剂等会在低温下出现烧结，恶化还原动力学条件且不利于还原后富金属化产品的破碎及铁的磁选分离、磷的酸浸提取。
14、在本专利技术中，混料后进行还原，还原时的温度关系到后续铁的金属化率以及铁的回收率。同时，还原温度视磨矿效果而定，球团粉料越细，则还原时控制的温度越低，故应尽量将矿石和还原剂破碎。作为进一步的优选方案；破碎后粒径2-40μm的球团粉料占比控制在70％以上。
15、作为更进一步的优选方案；破碎后粒本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高磷铁矿的低温还原制备铁粉及尾渣酸浸提磷的冶炼方法；其特征在于：包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿的低温还原制备铁粉及尾渣酸浸提磷的冶炼方法，其特征在于：高磷铁矿先经破碎至粒度小于等于2.5mm，作为备用原矿；然后按备用原矿与还原剂的质量比10:1-5:1配取备用原矿和还原剂，且配取的备用原矿和还原剂中C、O的摩尔比为1.1-1.5，装入球磨机进行破碎和混匀并机械活化，破碎后得到粒度在2-80μm，且2-40μm的粉料占比在50％以上的球团粉料；球团粉料经造球或压块得到含碳球团，将含碳球团在加热炉中进行还原，还原时控制还原温度为950℃-1000℃、还原时间为30min-120min。
3.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿的冶炼方法，其特征在于：还原后的球团需再次破碎至粒度在2-80μm，磁选得到还原铁粉和高磷尾渣。
4.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿的低温还原制备铁粉及尾渣酸浸提磷的冶炼方法，其特征在于：还原剂选自碳粉、石墨、焦炭、活性炭、褐煤、烟煤、无烟煤、木炭中的至少一种，还原剂的添加量按还原剂中固定碳与矿石中
5.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿的低温还原制备铁粉及尾渣酸浸提磷的冶炼方法，其特征在于：步骤二中的富金属化产品经破碎后磁选，得到粒度在2-40μm的细铁粉和含磷4％以上的尾渣。
6.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿的低温还原制备铁粉及尾渣酸浸提磷的冶炼方法，其特征在于：步骤三中富磷尾渣酸浸过程中，控制固液比在1:5-1:20，加入酸控制pH在0.5-1.5，酸浸时间为30-120min。
7.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿的低温还原制备铁粉及尾渣酸浸提磷的冶炼方法，其特征在于：步骤三中的酸浸可以选用的酸为硫酸、盐酸、硝酸、柠檬酸、工业废酸中的至少一种，中和剂选用碱或碱性氧化物。
8.根据权利要求7所述的一种高磷铁矿的低温还原制备铁粉及尾渣酸浸提磷的冶炼方法，其特征在于：酸浸选用硫酸或含硫酸的工业废酸；其浓度控制在0.3-0.6mol/L；富磷浸出液中和沉淀过程中，中和剂与滤液质量比控制在3-6:100，具体加入量视加入中和剂的种类而定。
9.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿的低温还原制备铁粉及尾渣酸浸提磷的冶炼方法，其特征在于：高磷铁矿和还原剂一起球磨后，小于40微米的的颗粒占所有颗粒质量的92％及以上，C/O比为1.3；还原温度为950摄氏度、还原时间控制在60～65min、酸浸时用pH为0.5的硫酸、酸浸时间为60～65min。
...【技术特征摘要】
1.一种高磷铁矿的低温还原制备铁粉及尾渣酸浸提磷的冶炼方法；其特征在于：包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿的低温还原制备铁粉及尾渣酸浸提磷的冶炼方法，其特征在于：高磷铁矿先经破碎至粒度小于等于2.5mm，作为备用原矿；然后按备用原矿与还原剂的质量比10:1-5:1配取备用原矿和还原剂，且配取的备用原矿和还原剂中c、o的摩尔比为1.1-1.5，装入球磨机进行破碎和混匀并机械活化，破碎后得到粒度在2-80μm，且2-40μm的粉料占比在50％以上的球团粉料；球团粉料经造球或压块得到含碳球团，将含碳球团在加热炉中进行还原，还原时控制还原温度为950℃-1000℃、还原时间为30min-120min。
3.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿的冶炼方法，其特征在于：还原后的球团需再次破碎至粒度在2-80μm，磁选得到还原铁粉和高磷尾渣。
4.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿的低温还原制备铁粉及尾渣酸浸提磷的冶炼方法，其特征在于：还原剂选自碳粉、石墨、焦炭、活性炭、褐煤、烟煤、无烟煤、木炭中的至少一种，还原剂的添加量按还原剂中固定碳与矿石中与铁结合的氧二者的摩尔比例即c/o比来添加，c/o比控制在1.1-1.5。
5.根据权利要求1所述的一种高磷铁矿的低温还原制备铁粉及尾渣酸...
【专利技术属性】
技术研发人员：高旭，肖慈弘，棘广恒，周游，王万林，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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