专利名称：一种利用直接还原工艺处理高磷矿的方法
技术领域：
本发明是一种利用直接还原工艺处理高磷矿的方法，属于炼铁领域，得到含铁95%以上、含碳I. 5^3. 5%、含憐O. 1%以下的珠铁。
背景技术：
随着我国经济的快速发展，对铁矿石的需求量日益增加，加之近年来进口铁矿石的价格不断上涨，开发利用难处理铁矿石迫在眉睫。我国高磷矿主要分布于湖北、湖南、广西等地，其储量占世界高磷矿总储量的14. 86%， 达到74. 5亿吨，然而目前由于该矿石特殊的赋存状态和物化特性，长期被视为呆矿，开发和利用受到很大制约，如果能合理利用将会产生巨大的经济和社会效益。高磷矿中含铁在50%左右，主要以赤铁矿的形式存在；含磷很高在O. 5 1%左右，以磷灰石形式存在，两者以及其他脉石以鮞粒环状形式紧密镶嵌在一起。采用传统的高炉炼铁工艺，入炉矿石中的磷元素将全部进入铁水而被带入转炉，严重影响转炉吹炼的效率，所以需要控制反应中磷元素走向来实现高磷矿的高效利用。总体来说有两种思路矿石在入炉前进行预处理脱磷，获得合格的铁精矿用于生产；在冶炼中采用针对性处理脱除磷，如铁水预脱磷。目前生产中可通过选矿流程在一定程度上降低矿石中的磷含量，并达到富集铁的效果。然而该工艺存在一些问题铁矿中磷矿物的嵌布粒度较细，细磨难度较大；磁选设备容易堵塞，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；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。浸出法是使用化学药剂利用矿物之间的性质差异，保证含铁矿物稳定存在的基础上将磷灰石溶解去除的手段。该方法不需要细磨至单体解离，只要使含磷矿物充分暴露即可，脱磷率高，然而浸出过程中部分铁会熔解损失，浸矿后铁精矿产品中的MgO、CaO含量减少，使得精矿碱度下降，自熔性受到破坏，增加了冶炼成本。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。微生物也可以去除矿石中的磷，因为微生物需吸收磷元素来构成细胞组分，如磷月旨、三磷酸腺苷等进行能量代谢；而且许多微生物通过代谢产酸降低体系的PH值使含磷矿物溶解，同时代谢酸还会与Ca2+、Mg2+、Al3+等离子螯合，形成络合物，从而促进含磷矿物的溶解。例
如“CN200710034844.8”，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。冶炼脱磷法是用碱性氧化物与铁矿或铁水中的磷反应形成磷渣脱除，目前研究较多的是利用各种脱磷剂进行铁水脱磷。例如“CN201010275087. 5”，名称为“用高磷铁矿石制备的球团”的专利中，在氧化气氛下，通过加入氧化镁使高磷矿在高炉冶炼过程中，磷元素进入渣中而被脱除。转炉渣是转炉炼钢的主要排放废弃物，具有较高的碱度和氧化性，既满足脱磷剂的要求又可降低生产成本。在135(Tl450°C的温度范围内，采用转炉渣一CaF2的复合剂对铁水脱磷预处理，脱磷率可达到70%以上。另外造渣、吹氧工艺等也会去除含磷铁水中磷，米塔尔钢铁公司在其转炉吹炼高磷铁水时，根据入炉铁水磷含量多少选择合适的造渣、吹氧工艺，获得高流动性、过氧化、高碱度渣，使铁水磷含量由0. 35%降低到0. 012%。然而冶炼脱磷法处理对象是含磷铁水，需要良好的动力学条件，而且在紧凑的生产流程中增加脱磷工序会降低生产效率。
直接还原法可以处理高磷矿，即在非高炉条件下，含碳混合物料以固体形态被还原成金属化球团、海绵铁或珠铁的方法。直接还原技术在国外已取得较大发展，近年来我国在消化国外技术的同时也取得一定突破，自主研究开发出转底炉法和回转窑法生产金属化球团工艺，已投入实际工业生产。例如“CN200610019950. 4”，名称为“一种鮞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还原，冷却后经过细磨、磁选使金属铁颗粒和含磷脉石分离。鉴于此，本发明用直接还原工艺处理高磷矿。
发明内容
本发明针对传统高炉炼铁技术对高磷矿中磷元素控制不足的缺陷，使用直接还原工艺处理高磷矿，获得可以直接用于电炉或转炉炼钢的珠铁，具有一定的经济和社会效益。本发明的技术方案是一种利用直接还原工艺处理高磷矿的方法，具体步骤如下
(a)将45 60%的高磷矿、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，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，备用；
(d)在转底炉底部耐火材料上铺5(Tl00mm的铺底料，将上述步骤干燥好的生料单层铺在所述铺底料上面，随着炉底旋转经历不同的还原温度后取出冷却，其中，首先置于110(Tl200°C区域保持30 40分钟，然后随炉旋转置于135(Tl400°C区域保持10 20分钟，冷却充分后破碎得到含铁在95%以上，含碳在I. 5^3. 5%，含磷在0. 1%以下，可以作为电炉和转炉炼钢的原料的珠铁。进一步，所述高磷矿主要含有赤铁矿、磷灰石、石英等矿物，分别占70%、2. 5%、10%左右，主要元素铁有40 60%、磷有0. 3 1% ；
进一步，所述还原所用碳质材料是(T50%的石墨和无烟煤的混合剂，其中该无烟煤固定碳在80%以上，灰分在10%左右；
进一步，所述石灰石中有效氧化钙在50飞5%之间；
进一步，所述助熔剂为萤石。该方法经过高温分段还原后，混合矿料实现渣铁分离，简单破碎即可获得珠铁。据分析发现该珠铁含碳量为I. 5^3. 5%，磷含量能保持在0. 1%甚至0. 05%以下，完全可以作为电炉或转炉炼钢的原料直接使用，作为高炉炼铁的有力补充具有一定的开发潜力和实际意义。该发明属于直接还原技术针对高磷矿的应用，原理如下高磷矿中主要有用成分是铁氧化物，在碳质还原剂存在条件下可以在高于1000°c时被还原为金属铁，当渗碳2%以上时铁相熔点会减低到1400°C左右，而此温度下，脉石混合物也处于熔融状态，基于两者不同的密度和表面张力，可以实现渣铁的顺利分离。另外该矿石中含有相当数量的磷灰石，在1250^13000C以上碳质和二氧化硅并存的条件下会被逐步还原为单质磷，而磷元素在液态铁相中溶解度很大，为了得到含磷很低的纯铁相就需要抑制磷灰石的还原和扩散。所以本发明选择高碱度分段式直接还原，第一阶段将铁氧化物还原完全同时保证渗碳充足，第二阶段高温促进铁相的快速析出凝聚长大，而磷元素尽可能固定在渣相中。该发明处理高磷矿较其他处理工艺有显著的优势，具体来说 (a)铁矿石不需经过选矿或浸矿，直接细磨后就可以用于生产，得到的产品一珠铁是合格的炼钢原料，快速有效，很好地衔接了炼铁和炼钢工艺，优化了工序节约了成本。(b)针对高磷矿磷元素含量高的特殊性，经过处理可以有效的实现铁和磷的分离，为高磷矿的生产利用提供了理论基础参考，具有一定的社会和经济效益。
图I为本发明的工艺流程框图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。实施例I
取充分细磨的高磷矿、煤粉、石墨、石灰石、萤石和水，分别以51. 57%、10. 63%、2. 16%、23. 64%、5%、7%混匀；取18g生料压制成柱状团块；干燥去除水分；将生球放置于转底炉炉底铺底料上，首先在1200°C区域保持35分钟，然后直接旋转到1400°C区域保持10分钟；保温结束后冷却，破碎混合物料获得铁珠。高磷矿和铁珠成分分别见表I和表2.
表I高磷矿成分
成分 |Fe；A ISiOa ICaO IMgO IAlaO, IMnO IPaO5含量/%丨69.6 |l4. 6 |l. 97 丨0. 66 丨3. 38 |o. 38 |o. 88
表2铁珠成分
成分 |c |PWS /% |l. 99 |o. 033
实施例2
按照实施例I进行，调整物料配比高磷矿为52. 27%、煤粉为6. 77%、石墨为5. 51%、石灰石为23. 45%、萤石为5%,水为7%,混匀;取18g生料压制成柱状团块；干燥去除水分；将生球放置于转底炉底部铺底料上，首先在1100°C区域保持40分钟，然后直接旋转到1350°C区域保持20分钟；反应结束后冷却、破碎混合物料获得铁珠。高磷矿成分如上，铁珠成分见表3。表3铁珠成分
成分 |C IpWs /% \2. 63 |o. 048
实施例3
按照实施例I进行，调整物料配比高磷矿为53. 33%、煤粉为10. 33%、石灰石为24. 34%、萤石为5%,水为7%,混匀；取18g生料压制成柱状团块；干燥去除水分；将生球放置于转底炉底部铺底料上，首先在1150°C区域保持30分钟，然后直接旋转到1375°C区域保持15分钟；反应结束后冷却、破碎混合物料获得铁珠。高磷矿成分如上，铁珠成分见表4表4铁珠成分
权利要求
1.一种利用直接还原工艺处理高磷矿的方法，其特征在于，具体包括以下步骤 (a)将按照质量百分比分别为45-60%的高磷矿、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，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，备用； (d)在转底炉底部耐火材料上铺50-100mm的铺底料，将上述步骤干燥好的生料单层铺在所述铺底料上面，随着炉底旋转经历不同的还原温度后取出冷却，其中，首先置于1100-1200°C区域保持30-40分钟，然后随炉旋转置于1350-1400°C区域保持10-20分钟，冷却充分后破碎得到含铁在95%以上，含碳在I. 5^3. 5%，含磷在O. 1%以下，可以作为电炉和转炉炼钢的原料的珠铁。
2.根据权利要求I所述的直接还原工艺处理高磷矿的方法，其特征在于，所述高磷矿的含铁为40-60%，主要以赤铁矿形式存在；含磷为O. 3-1%，主要以磷灰石形式存在；其他的主要脉石是石英，含量在10-15%之间。
3.根据权利要求I所述的直接还原工艺处理高磷矿的方法，其特征在于，所述碳质还原剂为0-50%的石墨和煤粉混合而成，煤粉选用无烟煤，固定碳在80%以上。
4.根据权利要求I所述的直接还原工艺处理高磷矿的方法，其特征在于，所述助熔剂选用萤石。
5.根据权利要求I所述的直接还原工艺处理高磷矿的方法，其特征在于，所述石灰石中有效氧化钙在50-55%。
全文摘要
本发明是一种利用直接还原工艺处理高磷矿的方法，属于炼铁领域。发明中利用将按照质量百分比分别为45-60%的高磷矿、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，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、熔融分离工艺，有效的实现了渣铁分离、铁磷分离，得到了含铁95%以上、含碳1.5-3.5%、含磷低于0.1%的珠铁，可以直接作为电炉或转炉炼钢的原料使用，为高磷矿的生产利用提供了新的工艺思路，具有一定的经济和社会效益。
文档编号C21B13/00GK102766717SQ20121029481
公开日2012年11月7日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者佘雪峰, 刘江, 王广, 王静松, 薛庆国, 郭占成 申请人:北京科技大学