专利名称：：一种高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离方法及装置的制作方法
技术领域：
：本发明属于有价资源低碳分离提取
技术领域：
，特别涉及一种高磷赤铁矿超细磨后，采用流态化技术使磷元素和铁元素不经熔化的物理分离方法。
背景技术：
：含磷约达1%左右的高磷赤铁矿资源约占铁矿石总储量的18%左右，是有重大开发价值的资源，然而使用高磷赤铁矿为原料，其工艺性能不适合现行的球团/烧结——高炉炼铁工艺流程，按现行的钢铁冶金工艺不能以可行的经济代价大规模获得质量合格的钢材。高磷赤铁矿的开发利用是国内外专家做了大量的工作而多年来悬而未解的难题，世界各国都在进行试验研究，努力寻求新突破。针对不同性质的高磷铁矿石，国内外进行了长期、深入的工艺研究。目前，高磷铁矿石的降磷方法主要有选矿方法、化学方法、微生物方法等。特别是在反浮选脱磷方面进行了较为系统深入地研究，取得了一些进展。总而言之，现有各种方法，均存在铁精矿中铁品位富集有限、脱磷率低、分选效果不佳等缺点。
发明内容本发明的目的是力图在高炉炼铁工序之前，在非熔融状态下实现高磷赤铁矿中铁元素与磷元素的分离及分别富集，避免在熔融状态进行分离过程中有害杂质被还原溶于铁熔体中。—种高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离方法，其特征是采用高速气流磨技术将普通细粒度80200目的赤铁矿粉磨至平均粒度为2iim、粒径分布范围为102104nm的超细粒度，实现铁元素与磷、硫等杂质元素的初步解离。进一步设计并制作超细高磷赤铁矿中磷元素、铁元素流态化分离装置，进行流态化分离，流态化分离过程的参数控制为(1)超细赤铁矿粉颗粒粒径分布范围为102nm104nm;(2)分选气体流速为0.0600.250m/s;(3)分选时间为3060min。如上所述赤铁矿粉高速气流磨技术是将赤铁矿粗磨、筛分、烘干后使用超级涡流磨进行超细磨，矿粉超细磨过程中，参数控制如下(1)研磨气体压力>0.6MPa;(2)分选机转速50005500r/min。—种与上述工艺配套使用的超细高磷赤铁矿中磷元素、铁元素流态化分离装置，如附图1所示，主要包括1矿粉，2分离装置，3富铁物料，4收集装置，5富磷物料；对于上述超细高磷赤铁矿中磷元素、铁元素流态化分离过程，分选气体由氮气源提供，气体携带矿粉沿切线方向进入分离装置，调整流体流速，使其大于富P颗粒的悬浮终端速度而低于富Fe颗粒的悬浮终端速度，使得较轻富P颗粒被带出分离装置进入收集装置；而较重富Fe颗粒继续在分离装置内保持流态化状态，不被带出，最终实现Fe、P颗粒的分别富集。不同的细磨程度会造成矿粉颗粒不同的粒度分布以及磷元素、铁元素不同的解离情况，可根据目标产品的要求确定相应的分选速度，并串联多个分离装置，进行逐级分离。本发明基于富铁物料与富磷物料密度的不同Fe203的密度为4.905.30g/cm3，而磷灰石(Ca5[P04]3(F，0H))的密度为3.163.22g/cm3，两者相差1.551.65倍。化学分析表明一般高磷赤铁矿中铁与磷元素的质量比约为40:1，则摩尔比约为23:l，因此，铁元素与磷元素之间不可能全部形成化学结合，进而使用电子显微探针技术观察，发现在矿中铁元素与磷元素之间并非对应均匀的分布，因而认为采用高速气流磨技术将高磷赤铁矿细磨至超细粒度实现铁元素和磷元素适当解离，进而使用流态化方法，利用气体的粘性力和浮力平衡重力使矿粉处于流态化状态和气力输送状态，通过精细调节气体流速以实现铁、磷颗粒的分离和分别富集，分别获得富铁物料和富磷物料。本发明优点是采用超细磨的方法实现高磷赤铁矿中磷元素、铁元素的物理解离，在高炉炼铁工序之前，在非熔融状态下采用流态化方法实现高磷赤铁矿中铁元素与磷元素的分离、分别富集，分别获得富铁物质和富磷物质，避免在熔分过程中有害杂质被还原溶于铁熔体中。本发明技术无添加、无排放，过程温度低，符合清洁生产、低碳经济的要求。图1为本发明设计的高磷赤铁矿磷元素、铁元素流态化分离装置示意图注图中1矿粉，2分离装置，3富铁物料，4收集装置，5富磷物料图2为超细磨后高磷赤铁矿的粒度分布情况(平均粒径2.924iim)注图中q为粒度分布；Q为累积分布图3为超细赤铁矿粉流态化冷态实验装置示意图注图中6氮气源，7减压阀，8流量计，9风室，10气体分布器，11矿粉料层，12U型管测压计。具体实施内容按照本发明将湖北恩施某地高磷赤铁矿(TFe=42.8%，P=0.86%)粗磨、筛分、烘干后采用高速气流磨技术对其进行超细磨，细磨过程中研磨气体压力控制在>0.6MPa、分选机转速控制在50005500r/min;而后分别使用激光衍射散射式粒度分布测定仪和电镜激光衍射分析对超细磨后的高磷赤铁矿粉的粒度以及不同矿粉颗粒中铁元素、磷元素含量进行测定，结果表明采用高速气流磨技术对高磷赤铁矿进行超细磨，获得了平均粒度为2iim，粒径分布范围是102nm104nm的超细铁矿粉，其中磷元素、铁元素解离程度较高的超细矿粉颗粒，分别如表1及附图2所示。表1为超细磨后高磷赤铁矿粉磷元素、铁元素的解离情况<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由表l可以看出，仅颗粒1、2、3、6检测到磷含量，最高为11.83%，对应铁含量为16.73%;其余颗粒未检测到磷含量，说明高磷赤铁矿超细磨后磷元素、铁元素解离程度较高，可分别用于生产富磷及富铁物质。为了得到富磷及富铁物质，本发明设计、制造了实验室规模的流态化装置，如附图3所示，对超细矿粉的流态化特征进行了实验研究，实验结果如表2所列，表明超细赤铁矿粉的流态化特征与O.0740.154mm(100200目)的常规粒度赤铁矿粉流态化特征不同沟流一有时形成节涌一崩裂(崩裂速度远超过理论初始流化速度临界值)一聚团流化。冷态流态化实验的工艺参数为氮气密度PN2=1.14kg/m3;气体粘度iiN2=1.8X10—5Pas(kg/ms);赤铁矿粉密度P矿=5300kg/m3;矿粉粒度0.125-0.154mm、0.105-0.125mm、0.098-0.105mm、0.090-0.098mm、0.074-0.090mm、<0.074mm、2iim;流化床装置长1100mm;内径d50mm;壁厚10mm;连接管外径10mm。表2为超细赤铁矿粉冷态流态化实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>实施例一在流态化实验基础上，按照附图3装置进行流态化分离实验，设计分选速度为O.1270.170m/s，分选时间为3060min，分别获得了P二0.7X左右、Fe=45%左右的富铁物料，其中P品位降低了18.6%、Fe品位提高了5.1%;同时获得了P=1.0%左右、Fe=40%左右的富磷物料，其中P品位提高了16.3%、Fe品位降低了6.5%。实施例二在附图3装置的基础上串联2级分离装置进行流态化分离实验，设计1级分选速度为0.1700.250m/s，2级分选速度为0.0850.127m/s，分选时间为3060min，分别获得了P=0.05%左右、Fe=60.1%左右的富铁物料，其中P品位降低了94.2%、Fe品位提高了40.4%;同时获得了P二1.93X左右、Fe二19.9%左右的富磷物料，其中P品位提高了124%、Fe品位降低了53.5%。权利要求一种高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离方法及装置，其特征是采用高速气流磨技术将普通细粒度80～200目的赤铁矿粉磨至平均粒度为2μm、粒径分布范围为102～104nm的超细粒度，实现铁元素与磷、硫等杂质元素的初步解离；进一步设计并制作超细高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离装置，进行流态化分离；其中赤铁矿粉高速气流磨技术是将赤铁矿粗磨、筛分、烘干后使用超级涡流磨进行超细磨，矿粉超细磨过程中，参数控制如下(1)研磨气体压力＞0.6MPa；(2)分选机转速5000～5500r/min；超细高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离装置包括矿粉(1)、分离装置(2)、富铁物料(3)、收集装置(4)和富磷物料(5)；高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离过程为分选气体由氮气源提供，气体携带矿粉沿切线方向进入分离装置，调整流体流速，使流速大于富P颗粒的悬浮终端速度而低于富Fe颗粒的悬浮终端速度，使得较轻富P颗粒被带出分离装置进入收集装置；而较重富Fe颗粒继续在分离装置内保持流态化状态，不被带出，最终实现Fe、P颗粒的分别富集；不同的细磨程度会造成矿粉颗粒不同的粒度分布以及磷元素和铁元素不同的解离情况，根据目标产品的要求确定相应的分选速度，并串联多个分离装置，进行逐级分离；流态化分离过程的参数控制为(1)超细赤铁矿粉颗粒粒径分布范围为102nm～104nm；(2)分选气体流速为0.060～0.250m/s；(3)分选时间为30～60min。全文摘要本发明属于有价资源低碳分离提取
技术领域：
，特别涉及一种高磷赤铁矿中磷元素和铁元素流态化分离方法及装置。其特征是采用高速气流磨技术将常规80～200目细粒度的赤铁矿粉磨至平均粒度为2μm的超细粒度，细磨后的高磷赤铁矿粒径分布范围是102nm～104nm，磷元素、铁元素解离程度较高。进一步设计并制作超细高磷赤铁矿中磷元素、铁元素流态化分离装置，进行流态化分离。本发明在高炉炼铁工序之前，在非熔融状态下采用流态化方法实现高磷赤铁矿中铁元素与磷元素的分离、分别富集，获得富铁物质和富磷物质，避免在熔分过程中有害杂质被还原溶于铁熔体中。本发明技术无添加、无排放，过程温度低，符合清洁生产、低碳经济的要求。文档编号B02C19/06GK101780433SQ20101003379公开日2010年7月21日申请日期2010年1月12日优先权日2010年1月12日发明者侯娜娜,刘润藻,刘锦霞,朱荣,李士琦,李瑾,王玉刚,谷林,赵传,陈代明,陈培钰,高金涛申请人:北京科大国泰能源环境工程技术有限公司