高磷鲕状赤铁矿中磷矿物的还原焙烧行为及铁磷分离技术

摘要

高磷鲕状赤铁矿是目前世界公认的最难处理的铁矿石类型之一。我国高磷鲕状赤铁矿资源丰富，主要有北方的“宣龙式”鲕状赤铁矿和南方的“宁乡式”鲕状赤铁矿，已探明储量达40亿吨，预测远景资源储量100亿吨以上。由于鲕状赤铁矿独特的结构构造、复杂的化学成分，难选难冶，迄今基本没有得到利用。
　　 本文以鄂西某高磷鲕状赤铁矿为对象，采用X-射线衍射、X-射线荧光光谱、光学显微镜和扫描电镜等分析测试技术，在查明高磷鲕状赤铁矿中磷矿物的还原焙烧行为及还原焙烧基本特性的基础上，将硼铁矿预处理获得SSMP(Sodium Salt-Modified Pageite)，开展SSMP强化高磷鲕状赤铁矿铁磷分离技术的研究，获得的主要结论如下。
　　 高磷鲕状赤铁矿原矿的铁品位较低，为43.20％，有害元素磷的含量高达0.90％，SiO2含量较高，为19.47％，其次为7.27％的Al2O3;由于矿物本身嵌布关系复杂、嵌布粒度极小且有害杂质(P)含量高，属于极难处理复杂铁矿石。
　　 高磷鲕状赤铁矿还原焙烧矿物行为研究表明:热力学分析结果表明，磷、硅、铝、镁氧化物体系在还原气氛中焙烧，磷以气相P2还原挥发的反应趋势较弱。添加钠盐后还原焙烧，在还原焙烧温度为900℃，磷物相主要为NaCaPO4和Na2Ca4(PO4)2SiO4，随着温度的升高，磷物相没有明显的变化，且在900℃～1100℃温度范围内磷的还原挥发率很小。在Fe2O3-磷灰石-钠盐体系:在900℃～1100℃范围内还原焙烧60min，磷挥发率达到10％～20％;在低温时(≤900℃)焙烧产物铁物相主要为Fe3C，温度升高至1000℃～1100℃，铁物相主要为Fe，磷物相为Na2Ca4(PO4)2SiO4和NaCaPO4，磷的物相组成没有明显改变。
　　 硼铁矿经预处理改性后可显著改善高磷鲕状赤铁矿的还原焙烧铁磷分离效果。适宜预处理条件为:Na2SO4、 Na2CO3配比分别为25％、20％（占硼铁矿的百分含量），预还原温度为900℃～950℃，预还原时间为30min，获得钠盐改性硼铁矿SSMP。SSMP强化高磷鲕状赤铁矿还原焙烧适宜的工艺为:SSMP用量为35％，焙烧温度1050℃，焙烧时间75min，磨矿细度为-74μm粒级含量为95.12％，磁选强度1kGs。磁选所得TFe含量达到93.29％，P含量降低至0.08％的直接还原金属铁粉，铁磁选回收率为88.49％，脱磷率为95.46％。
　　 显微结构分析表明:无添加剂条件下，还原焙烧球团中金属铁颗粒中含有磷，铁仍然与含磷矿物紧密结合，磷大部分仍然以磷灰石的形式存在于焙烧球团中;添加35％ SSMP还原焙烧球团中，铁颗粒中铁的含量达到100％，经磨矿、磁选后金属铁颗粒进入磁性物;磷灰石转变磷酸钠钙，同时，铝、硅脉石矿物与SSMP在还原焙烧过程中转化为NaAlSiO4，经过磨矿磁选后进入非磁性物，为高磷鲕状赤铁矿铁磷的高效分离，同时获得高品位直接还原金属铁粉创造了有利条件。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 铁矿资源概况

1．1．1 国内外铁矿资源概况

1．1．2 我国铁矿资源供需矛盾现状及对策

1．2 鲕状赤铁矿资源概况

1．2．1 国外鲕状赤铁矿资源情况

1．2．2 我国鲕状赤铁矿资源情况

1．3 鲕状赤铁矿处理研究现状

1．3．1 选矿法

1．3．2 浸出法

1．3．3 焙烧-磁选联合法

1．4 本文研究的目的、意义及思路

1．4．1 本文研究的目的及意义

1．4．2 本文的研究思路

第二章 原料性能与研究方法

2．1 原料性能

2．1．1 高磷鲕状赤铁矿

2．1．2 还原煤

2．1．3 硼铁矿

2．1．4 磷灰石

2．1．5 针铁矿

2．1．6 主要试剂

2．2 研究方法

2．2．1 试验方法与设备

2．2．2 分析检测方法

第三章 高磷鲕状赤铁矿中磷矿物的还原焙烧行为

3．1 还原焙烧的热力学研究

3．1．1 热力学计算方法

3．1．2 磷矿物还原焙烧热力学

3．2 钠盐作用下磷灰石还原焙烧物相转变规律

3．2．1 磷灰石-钠盐体系

3．2．2 Fe2O3-磷灰石-钠盐体系

3．4 本章小结

第四章 硼铁矿及其预处理对高磷鲕状赤铁矿铁磷分离的影响

4．1 高磷鲕状赤铁矿还原焙烧基本特性

4．1．1 无添加剂

4．1．2 添加钠盐

4．2 硼铁矿处理方式对铁磷分离的影响

4．3 钠盐种类及用量对铁磷分离的影响

4．3．1 钠盐种类的影响

4．3．2 Na2SO4用量的影响

4．3．3 Na2CO3用量的影响

4．4 硼铁矿预还原制度对铁磷分离的影响

4．4．1 预还原温度的影响

4．4．2 预还原时间的影响

4．5 SSMP的主要性能

4．5 本章小结

第五章 SSMP强化高磷鲕状赤铁矿还原焙烧铁磷分离技术

5．1 SSMP强化高磷鲕状赤铁矿还原焙烧铁磷分离工艺

5．1．1 SSMP用量对铁磷分离的影响

5．1．2 还原制度对铁磷分离的影响

5．1．3 磨选制度对铁磷分离的影响

5．1．4 还原焙烧球团的形貌

5．2 SSMP强化高磷鲕状赤铁矿还原焙烧法铁磷分离的机理

5．2．1 焙烧球团的微观结构

5．2．2 还原焙烧过程物相变化

5．2．3 高磷鲕状赤铁矿铁磷分离效果

5．3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要研究成果