[发明专利]从含磷铁矿石中分离金属铁的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体而言，本发明涉及一种从含磷铁矿石中分离金属铁的方法。

背景技术

随着全球钢铁工业急剧扩张，传统优质铁矿石资源逐渐枯竭，低品位铁矿石的开发利用成为亟需解决的难题。数百亿吨的高磷铁矿因其选矿过程中极难去除磷，而高炉冶炼工艺又无法脱磷，一直没得到大量利用。磷进入金属中，发生“冷淬”，严重影响生铁和钢的质量，因此入炉原料要求磷含量低于0.20％。

目前高磷矿脱磷的主要工艺有：反浮选、酸浸、高梯度磁选、生物浸出、氯化焙烧-酸浸等。

随着新型、高效浮选药剂的研制成功及不断工业化，反浮选脱磷这一方法得到更加广泛的推广和应用，为高磷铁矿石反浮选脱磷提供了一条重要途径。但磷矿物和铁矿物的可浮性差别不大，现有的反浮选捕收剂选择性不高，导致铁的损失较大。

酸浸脱磷以硝酸、盐酸或硫酸对矿石进行浸出脱磷.该法只需矿石中磷矿物暴露出来接触浸出液即可降磷，但耗酸量大且易导致矿石中的可溶性铁矿物溶解，造成铁损增大。另外无机酸和有机酸的大量使用导致浸出成本高、对环境污染比较大。

高梯度磁选的弱磁选-强磁选降磷工艺，能较大幅度地降低有效分选粒度下限，较好地解决了堵塞与夹杂问题，为高磷铁矿石的脱磷提供了一条新的途径。高梯度磁选机的鼓动脉动结构使高梯度磁选效率得到明显提高，有效分选粒度下限可达10μm。

生物浸出脱磷主要是通过微生物的代谢产酸降低体系的pH值，使磷矿物溶解，同时代谢酸还会与Ca²⁺，Mg²⁺，A1³⁺等离子耦合，形成配合物，从而促进磷矿物的溶解。如名称为“一种含磷铁矿石脱磷的方法”的专利中，用一定浓度的氧化亚铁硫杆菌菌液浸泡细磨过的高磷矿，实现铁和磷的分离。该方法环境污染小，但是浸矿所需的细菌需要进行采集、分离、培养和驯化，生产成本较高，在实际应用中比较困难。

氯化焙烧-酸浸是将矿石与氧化钙混合，在1173～1273K条件下焙烧，然后用无机酸浸出磷。所用酸的种类不同，磷的浸出率也不同。一般情况下，硝酸的浸出率最高，其次是盐酸，硫酸浸出率最低。从技术上看，氯化焙烧-酸浸工艺从红铁矿中脱磷较为成功，脱出率可达90％以上，但因成本高使其应用受到限制。

专利号为“CN200610019950.4”，名称为“一种鲕状高磷赤铁矿脱磷提铁的生产方法”的专利中，将含碳物料在高温下直接还原，使赤铁矿还原成金属铁，在高温下聚集长大，冷却后经过细磨、磁选使金属铁颗粒和含磷脉石分离。然而该技术直接还原过程中煤基做还原剂，能耗和污染较大，高磷矿的利用率低，磁选后金属铁中的磷含量仍较高，且金属铁回收率低。

申请公布号为“CN102766717A”，名称为“一种利用直接还原工艺处理高磷矿的方法”，其技术方案为一种利用转底炉设备，将高磷矿配加10％～20％的碳质还原剂、15％～25％的石灰石和3％～10％的助熔剂细磨至200目以下，然后与5％～10％的水分混匀，取混匀的粉料压制成块，干燥去除水分，得到干燥生料，干燥之后，在转底炉内先后经历1100℃～1200℃和1350℃～1400℃的分段还原、进行直接还原，对还原后的铁料进行熔分，实现脱磷。然而，转底炉直接还原过程中煤基做还原剂，金属化率较低，且球团中加入大量碳质还原剂，降低了球团中铁的品位，同时高温熔分时高磷矿中的磷易被还原进入铁水，脱磷效果较差。

论文《鄂西高磷鲕状赤铁矿直接还原焙烧同步脱磷机理》中使用直接还原赤铁矿焙烧还原--磁选的工艺中，煤用量40％(质量分数)，脱磷剂用量30％(质量分数)，焙烧温度1000℃，焙烧时间60min，然后进行分段磁选。该技术直接还原过程中添加大量煤和脱磷剂，很大程度降低铁的品位，且磁选过程中铁矿中磷矿物的嵌布粒度较细，细磨难度较大，强磁选机介质腐蚀后表面粗糙易卡矿石，以及一些没有磨细的大颗粒矿石进入强磁选机都易造成堵塞。

《高磷铁矿气基还原冶炼低磷铁》文章中，用管式炉将粒度1mm的高磷铁矿在H₂和CO气氛下进行还原，然后将还原后的金属铁熔分脱磷。文章通过热力学模拟证明了低温还原后高磷矿中磷仍以铁酸钙的形式存在的，熔分脱磷的可行性。然而该条件下，还原后的高磷矿金属化率低于65％，铁的利用率很低，金属化铁粉末在渣铁熔分过程中需要的温度在1600℃，熔分后铁中磷含量高达0.33％，脱磷效果不佳，并且含磷铁水必须进行二次脱磷才能满足钢水中对磷含量的限定要求。

因此，现有的矿石脱磷技术有待进一步改进。

发明内容