本发明涉及选矿工程技术领域，特别是指一种低温分离高磷铁矿还原矿中铁相与富磷渣的装置及方法。
背景技术：
随着高品位铁矿资源的日益消耗，世界范围内的铁矿储量逐渐呈现出复杂的矿物相结构及组成。而我国本身的富铁品位矿产资源匮乏，却具有非常丰富的多元素伴生/共生铁矿资源，诸如高磷赤铁矿、稀土矿、钒钛稀土矿、硼镁矿等，因此急需开发这些难选、难冶的共生铁矿资源。
其中，我国的高磷赤铁矿资源储量最为丰富，其TFe品位普遍较高(40-50％)，但P含量同样很高(1％左右)，因此难以大规模的应用于高炉炼铁—转炉炼钢流程。与此同时，高磷赤铁矿的矿物相结构为特殊的鲕粒结构，其中含铁矿物与脉石矿物紧密结合，且含磷物相离散的嵌生或浸染于鲕粒结构之中，使其难以通过选矿技术实现有效的分离。
国内外科研工作者对高磷铁矿资源的开发利用进行了大量的研究，经过多年的探索和实践研发出了一系列的工艺及方法。其中湿法工艺主要是通过酸浸、碱浸、生物浸出等化学方法来去除矿中的含磷物相；火法工艺主要是通过煤基直接还原——破碎、磁选以及气基直接还原——高温熔分等方法来回收珠铁或液态铁相。
大量理论和实验研究工作表明，直接还原工艺是处理高磷铁矿的一种较为可行的工艺，铁矿中的铁元素可在较低的温度下被还原气体还原成金属铁，而磷元素仍以磷灰石形式存在于脉石之中。但关于金属铁与脉石相的分离问题，采用传统的选矿方法虽能一定程度上实现两者间的分离，但由于复杂的矿物相结构使得金属铁与脉石的分离一直难以达到理想的分离效果；采用高温熔分方法虽能够实现液态铁相与渣相的有效分离，但却需要1550-1600℃的高温条件，经热力学及大量实验结果验证磷等杂质元素在如此高温下几乎全部渗入到液态铁相之中。
技术实现要素：
本发明旨在低于铁熔点的低温条件下，将高磷铁矿还原矿中的渣相与铁相予以分离，势必会有效阻止矿中磷等杂质元素向铁基中的渗入，进而最大限度的提高铁相的纯度并同时实现磷元素在渣相中的富集。然而，大量理论和试验研究发现，低温渣铁分离在常规条件下是不可能实现的。为此，本发明的目的在于提出一种低温超重力分离高磷铁矿还原矿中铁相与富磷渣的装置及方法。
该装置包括电极加热装置、椭圆形加热炉、加热炉支撑系统、轴承、传动轴、调速电动机、加热炉旋转平台、下水口和多孔陶瓷过滤器；电极加热装置从椭圆形加热炉上方伸入椭圆形加热炉中，椭圆形加热炉安置在加热炉支撑系统上，加热炉支撑系统通过传动轴与调速电动机相连，加热炉支撑系统安置在加热炉旋转平台上，加热炉支撑系统和加热炉旋转平台之间设置轴承，椭圆形加热炉下部设置下水口，椭圆形加热炉内竖直设置圆柱形多孔陶瓷过滤器。
其中，调速电动机通过连接的传动轴驱动椭圆形加热炉与加热炉支撑系统在加热炉旋转平台上高速旋转，通过离心旋转产生的超重力驱动熔融渣相与固态铁相间经由多孔陶瓷过滤器实现分离。多孔陶瓷过滤器的孔径为100-700微米。
采用该装置进行低温分离高磷铁矿还原矿中铁相与富磷渣的方法，具体包括步骤如下：
(一)将气基直接还原后的高磷铁矿中加入石灰，调整渣相的碱度至1.0-1.3，然后放入椭圆形加热炉中升温至1200-1300℃，使得渣相熔融而铁相仍保持为固态；
(二)通过调速电动机驱动椭圆形加热炉在水平方向上高速旋转、产生水平向外的超重力场，熔融渣相沿超重力方向移动，经由多孔陶瓷过滤器的孔洞流出，并通过下水口排出；而固态铁相被截留在多孔陶瓷过滤器靠椭圆形加热炉中心一侧，最终实现渣相与铁相的连续分离。
其中，高磷铁矿包括低品位含磷赤铁矿、鲕状高磷赤铁矿。步骤(二)中的超重力系数为300-1000g，分离时间控制在3-5min。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，利用超重力实现了高磷铁矿还原矿中的渣相与铁相在低于铁熔点的低温条件下的过滤及分离，不仅有效地阻止了矿中磷等杂质元素向铁相中的渗入、最大限度的提高了铁相的纯度，而且将磷元素富集至渣相之中，实现了高磷矿中铁元素与磷元素的高效分离。经大量试验证明发现经超重力低温分离后可以同时得到MFe含量高于97％、P含量低于0.1％的铁相，以及富含磷元素的渣相。
附图说明
图1为本发明的低温分离高磷铁矿还原矿中铁相与富磷渣的装置结构示意图。
其中：1-电极加热装置；2-椭圆形加热炉；3-加热炉支撑系统；4-轴承；5-传动轴；6-调速电动机；7-加热炉旋转平台；8-下水口；9-渣相；10-铁相；11-多孔陶瓷过滤器。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种低温分离高磷铁矿还原矿中铁相与富磷渣的装置及方法。
如图1所示，为该装置的结构示意图，该装置的电极加热装置1从椭圆形加热炉2上方伸入椭圆形加热炉2中，椭圆形加热炉2安置在加热炉支撑系统3上，加热炉支撑系统3通过传动轴5与调速电动机6相连，加热炉支撑系统3安置在加热炉旋转平台7上，加热炉支撑系统3和加热炉旋转平台7之间设置轴承4，椭圆形加热炉2下部设置下水口8，椭圆形加热炉2内竖直设置圆柱形多孔陶瓷过滤器11。多孔陶瓷过滤器11的孔径为100-700微米。
使用该装置进行分离时，将气基直接还原后的高磷铁矿中加入一定量的石灰，调整渣相的碱度至1.0-1.3。然后加入椭圆形加热炉2中升温至1200-1300℃，使得渣相熔融而铁相仍保持为固态。然后，通过调速电动机6驱动椭圆形加热炉2在水平方向上高速旋转、产生水平向外的超重力场。熔融渣相沿超重力方向移动，经由多孔陶瓷过滤器11的孔洞流出，并通过下水口8排出；而固态铁相则被截留在多孔陶瓷过滤器11靠加热炉中心一侧，最终实现渣相与铁相的连续分离。
以下结合具体实例予以阐述。
实施例1：
取湖北恩施地区的鲕状高磷赤铁矿，经气基还原后，将10kg高磷赤铁矿还原矿加入椭圆形加热炉2中，并加入一定量的CaO调整渣相的碱度为1.0，同时将孔径为500微米的多孔陶瓷过滤器11安装在椭圆形加热炉2内部，然后升温至1200℃至渣相熔融。随后，启动调速电动机6驱动椭圆形加热炉2在水平方向上旋转、并调整重力系数为700g，恒温超重力分离3min后关闭调速电动机6、并进行取样分析。根据实验样品的纵剖面可知，采用超重力方法实现了高磷铁矿还原矿中渣相与铁相在1200℃的有效分离，渣相经由多孔陶瓷过滤器11孔洞流出，而铁相则被截留在过滤器内壁。进一步对分离后的渣相与铁相分别进行化学分析与ICP分析，发现铁相中MFe(金属铁)的含量达到97.77％，而P(磷)的含量降至0.092。
实施例2：
取湖北恩施地区的鲕状高磷赤铁矿，经气基还原后，将10kg高磷赤铁矿还原矿加入椭圆形加热炉2中，并加入一定量的CaO调整渣相的碱度为1.3，同时将孔径为100微米的多孔陶瓷过滤器11安装在椭圆形加热炉内部，然后升温至1250℃至渣相熔融。随后，启动调速电动机6驱动椭圆形加热炉2在水平方向上旋转、并调整重力系数为1000g，恒温超重力分离5min后关闭电动机、并进行取样分析。根据实验样品的纵剖面可知，采用超重力方法同样实现了高磷铁矿还原矿中渣相与铁相在1250℃的有效分离，渣相经由多孔陶瓷过滤器11孔洞流出，而铁相则被截留在多孔陶瓷过滤器11内壁。进一步对分离后的渣相与铁相分别进行化学分析与ICP分析，发现铁相中MFe(金属铁)的含量达到98.09％、P(磷)的含量降至0.083。可见采用超重力方法能够显著提高铁相的纯度，且同时将磷元素富集至渣相之中，实现了高磷赤铁矿中铁元素与磷元素的有效分离。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。