專利名稱：一種利用直接還原工藝處理高磷礦的方法
技術領域：
本發明是一種利用直接還原工藝處理高磷礦的方法，屬于煉鐵領域，得到含鐵95%以上、含碳I. 5^3. 5%、含憐O. 1%以下的珠鐵。
背景技術：
隨著我國經濟的快速發展，對鐵礦石的需求量日益增加，加之近年來進口鐵礦石的價格不斷上漲，開發利用難處理鐵礦石迫在眉睫。我國高磷礦主要分布于湖北、湖南、廣西等地，其儲量占世界高磷礦總儲量的14. 86%， 達到74. 5億噸，然而目前由于該礦石特殊的賦存狀態和物化特性，長期被視為呆礦，開發和利用受到很大制約，如果能合理利用將會產生巨大的經濟和社會效益。高磷礦中含鐵在50%左右，主要以赤鐵礦的形式存在；含磷很高在O. 5 1%左右，以磷灰石形式存在，兩者以及其他脈石以鮞粒環狀形式緊密鑲嵌在一起。采用傳統的高爐煉鐵工藝，入爐礦石中的磷元素將全部進入鐵水而被帶入轉爐，嚴重影響轉爐吹煉的效率，所以需要控制反應中磷元素走向來實現高磷礦的高效利用。總體來說有兩種思路礦石在入爐前進行預處理脫磷，獲得合格的鐵精礦用于生產；在冶煉中采用針對性處理脫除磷，如鐵水預脫磷。目前生產中可通過選礦流程在一定程度上降低礦石中的磷含量，并達到富集鐵的效果。然而該工藝存在一些問題鐵礦中磷礦物的嵌布粒度較細，細磨難度較大；磁選設備容易堵塞，強磁選機介質腐蝕后表面粗糙易卡礦石，以及一些沒有磨細的大顆粒礦石進入強磁選機都易造成堵塞；磷礦物和鐵礦物的可浮性差別不大，現有的反浮選捕收劑選擇性不高，導致鐵的損失較大。浸出法是使用化學藥劑利用礦物之間的性質差異，保證含鐵礦物穩定存在的基礎上將磷灰石溶解去除的手段。該方法不需要細磨至單體解離，只要使含磷礦物充分暴露即可，脫磷率高，然而浸出過程中部分鐵會熔解損失，浸礦后鐵精礦產品中的MgO、CaO含量減少，使得精礦堿度下降，自熔性受到破壞，增加了冶煉成本。另外無機酸和有機酸的大量使用導致浸出成本高、對環境污染比較大。微生物也可以去除礦石中的磷，因為微生物需吸收磷元素來構成細胞組分，如磷月旨、三磷酸腺苷等進行能量代謝；而且許多微生物通過代謝產酸降低體系的PH值使含磷礦物溶解，同時代謝酸還會與Ca2+、Mg2+、Al3+等離子螯合，形成絡合物，從而促進含磷礦物的溶解。例
如“CN200710034844.8”，名稱為“一種含磷鐵礦石脫磷的方法”的專利中，用一定濃度的氧化亞鐵硫桿菌菌液浸泡細磨過的高磷礦，實現鐵和磷的分離。該方法環境污染小，但是浸礦所需的細菌需要進行采集、分離、培養和馴化，生產成本較高，在實際應用中比較困難。冶煉脫磷法是用堿性氧化物與鐵礦或鐵水中的磷反應形成磷渣脫除，目前研究較多的是利用各種脫磷劑進行鐵水脫磷。例如“CN201010275087. 5”，名稱為“用高磷鐵礦石制備的球團”的專利中，在氧化氣氛下，通過加入氧化鎂使高磷礦在高爐冶煉過程中，磷元素進入渣中而被脫除。轉爐渣是轉爐煉鋼的主要排放廢棄物，具有較高的堿度和氧化性，既滿足脫磷劑的要求又可降低生產成本。在135(Tl450°C的溫度范圍內，采用轉爐渣一CaF2的復合劑對鐵水脫磷預處理，脫磷率可達到70%以上。另外造渣、吹氧工藝等也會去除含磷鐵水中磷，米塔爾鋼鐵公司在其轉爐吹煉高磷鐵水時，根據入爐鐵水磷含量多少選擇合適的造渣、吹氧工藝，獲得高流動性、過氧化、高堿度渣，使鐵水磷含量由0. 35%降低到0. 012%。然而冶煉脫磷法處理對象是含磷鐵水，需要良好的動力學條件，而且在緊湊的生產流程中增加脫磷工序會降低生產效率。
直接還原法可以處理高磷礦，即在非高爐條件下，含碳混合物料以固體形態被還原成金屬化球團、海綿鐵或珠鐵的方法。直接還原技術在國外已取得較大發展，近年來我國在消化國外技術的同時也取得一定突破，自主研究開發出轉底爐法和回轉窯法生產金屬化球團工藝，已投入實際工業生產。例如“CN200610019950. 4”，名稱為“一種鮞狀高磷赤鐵礦脫磷提鐵的生產方法”的專利中，將含碳物料在高溫下還原，冷卻后經過細磨、磁選使金屬鐵顆粒和含磷脈石分離。鑒于此，本發明用直接還原工藝處理高磷礦。
發明內容
本發明針對傳統高爐煉鐵技術對高磷礦中磷元素控制不足的缺陷，使用直接還原工藝處理高磷礦，獲得可以直接用于電爐或轉爐煉鋼的珠鐵，具有一定的經濟和社會效益。本發明的技術方案是一種利用直接還原工藝處理高磷礦的方法，具體步驟如下
(a)將45 60%的高磷礦、10 20%的碳質還原劑、15 25%的石灰石和3 10%的助熔劑細磨至-200目，然后與5 10%的水分混勻，取混勻的粉料壓制成塊，干燥去除水分，得到干燥生料，備用；
(d)在轉底爐底部耐火材料上鋪5(Tl00mm的鋪底料，將上述步驟干燥好的生料單層鋪在所述鋪底料上面，隨著爐底旋轉經歷不同的還原溫度后取出冷卻，其中，首先置于110(Tl200°C區域保持30 40分鐘，然后隨爐旋轉置于135(Tl400°C區域保持10 20分鐘，冷卻充分后破碎得到含鐵在95%以上，含碳在I. 5^3. 5%，含磷在0. 1%以下，可以作為電爐和轉爐煉鋼的原料的珠鐵。進一步，所述高磷礦主要含有赤鐵礦、磷灰石、石英等礦物，分別占70%、2. 5%、10%左右，主要元素鐵有40 60%、磷有0. 3 1% ；
進一步，所述還原所用碳質材料是(T50%的石墨和無煙煤的混合劑，其中該無煙煤固定碳在80%以上，灰分在10%左右；
進一步，所述石灰石中有效氧化鈣在50飛5%之間；
進一步，所述助熔劑為螢石。該方法經過高溫分段還原后，混合礦料實現渣鐵分離，簡單破碎即可獲得珠鐵。據分析發現該珠鐵含碳量為I. 5^3. 5%，磷含量能保持在0. 1%甚至0. 05%以下，完全可以作為電爐或轉爐煉鋼的原料直接使用，作為高爐煉鐵的有力補充具有一定的開發潛力和實際意義。該發明屬于直接還原技術針對高磷礦的應用，原理如下高磷礦中主要有用成分是鐵氧化物，在碳質還原劑存在條件下可以在高于1000°c時被還原為金屬鐵，當滲碳2%以上時鐵相熔點會減低到1400°C左右，而此溫度下，脈石混合物也處于熔融狀態，基于兩者不同的密度和表面張力，可以實現渣鐵的順利分離。另外該礦石中含有相當數量的磷灰石，在1250^13000C以上碳質和二氧化硅并存的條件下會被逐步還原為單質磷，而磷元素在液態鐵相中溶解度很大，為了得到含磷很低的純鐵相就需要抑制磷灰石的還原和擴散。所以本發明選擇高堿度分段式直接還原，第一階段將鐵氧化物還原完全同時保證滲碳充足，第二階段高溫促進鐵相的快速析出凝聚長大，而磷元素盡可能固定在渣相中。該發明處理高磷礦較其他處理工藝有顯著的優勢，具體來說 (a)鐵礦石不需經過選礦或浸礦，直接細磨后就可以用于生產，得到的產品一珠鐵是合格的煉鋼原料，快速有效，很好地銜接了煉鐵和煉鋼工藝，優化了工序節約了成本。(b)針對高磷礦磷元素含量高的特殊性，經過處理可以有效的實現鐵和磷的分離，為高磷礦的生產利用提供了理論基礎參考，具有一定的社會和經濟效益。
圖I為本發明的工藝流程框圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明。實施例I
取充分細磨的高磷礦、煤粉、石墨、石灰石、螢石和水，分別以51. 57%、10. 63%、2. 16%、23. 64%、5%、7%混勻；取18g生料壓制成柱狀團塊；干燥去除水分；將生球放置于轉底爐爐底鋪底料上，首先在1200°C區域保持35分鐘，然后直接旋轉到1400°C區域保持10分鐘；保溫結束后冷卻，破碎混合物料獲得鐵珠。高磷礦和鐵珠成分分別見表I和表2.
表I高磷礦成分
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鐵珠成分
成分 |c |PWS /% |l. 99 |o. 033
實施例2
按照實施例I進行，調整物料配比高磷礦為52. 27%、煤粉為6. 77%、石墨為5. 51%、石灰石為23. 45%、螢石為5%,水為7%,混勻;取18g生料壓制成柱狀團塊；干燥去除水分；將生球放置于轉底爐底部鋪底料上，首先在1100°C區域保持40分鐘，然后直接旋轉到1350°C區域保持20分鐘；反應結束后冷卻、破碎混合物料獲得鐵珠。高磷礦成分如上，鐵珠成分見表3。表3鐵珠成分
成分 |C IpWs /% \2. 63 |o. 048
實施例3
按照實施例I進行，調整物料配比高磷礦為53. 33%、煤粉為10. 33%、石灰石為24. 34%、螢石為5%,水為7%,混勻；取18g生料壓制成柱狀團塊；干燥去除水分；將生球放置于轉底爐底部鋪底料上，首先在1150°C區域保持30分鐘，然后直接旋轉到1375°C區域保持15分鐘；反應結束后冷卻、破碎混合物料獲得鐵珠。高磷礦成分如上，鐵珠成分見表4表4鐵珠成分
權利要求
1.一種利用直接還原工藝處理高磷礦的方法，其特征在于，具體包括以下步驟 (a)將按照質量百分比分別為45-60%的高磷礦、10-20%的碳質還原劑、15-25%的石灰石和3-10%的助熔劑細磨至-200目，然后與5-10%的水分混勻，取混勻的粉料壓制成塊，干燥去除水分，得到干燥生料，備用； (d)在轉底爐底部耐火材料上鋪50-100mm的鋪底料，將上述步驟干燥好的生料單層鋪在所述鋪底料上面，隨著爐底旋轉經歷不同的還原溫度后取出冷卻，其中，首先置于1100-1200°C區域保持30-40分鐘，然后隨爐旋轉置于1350-1400°C區域保持10-20分鐘，冷卻充分后破碎得到含鐵在95%以上，含碳在I. 5^3. 5%，含磷在O. 1%以下，可以作為電爐和轉爐煉鋼的原料的珠鐵。
2.根據權利要求I所述的直接還原工藝處理高磷礦的方法，其特征在于，所述高磷礦的含鐵為40-60%，主要以赤鐵礦形式存在；含磷為O. 3-1%，主要以磷灰石形式存在；其他的主要脈石是石英，含量在10-15%之間。
3.根據權利要求I所述的直接還原工藝處理高磷礦的方法，其特征在于，所述碳質還原劑為0-50%的石墨和煤粉混合而成，煤粉選用無煙煤，固定碳在80%以上。
4.根據權利要求I所述的直接還原工藝處理高磷礦的方法，其特征在于，所述助熔劑選用螢石。
5.根據權利要求I所述的直接還原工藝處理高磷礦的方法，其特征在于，所述石灰石中有效氧化鈣在50-55%。
全文摘要
本發明是一種利用直接還原工藝處理高磷礦的方法，屬于煉鐵領域。發明中利用將按照質量百分比分別為45-60%的高磷礦、10-20%的碳質還原劑、15-25%的石灰石和3-10%的助熔劑細磨至-200目，然后與5-10%的水分混勻，取混勻的粉料壓制成塊，干燥去除水分，得到干燥生料，干燥之后，在轉底爐內先后經歷1100-1200℃和1350-1400℃的分段還原、熔融分離工藝，有效的實現了渣鐵分離、鐵磷分離，得到了含鐵95%以上、含碳1.5-3.5%、含磷低于0.1%的珠鐵，可以直接作為電爐或轉爐煉鋼的原料使用，為高磷礦的生產利用提供了新的工藝思路，具有一定的經濟和社會效益。
文檔編號C21B13/00GK102766717SQ20121029481
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者佘雪峰, 劉江, 王廣, 王靜松, 薛慶國, 郭占成 申請人:北京科技大學