用竖炉直接还原高磷矿生产高磷铁的方法

摘要

本发明提供了一种用竖炉直接还原高磷矿生产高磷铁的方法，其步骤包括：(1)按重量份数取高磷矿粉49份，膨润土1份，煤粉2.5～20份，其中上述组分粒度≤0.074毫米的占60％以上；(2)配料后将原料倒在造球盘上，喷洒雾化水，水量10％，压制成球团；(3)在竖炉固定床中于1000℃下进行还原反应，所述还原反应采用CO和N2的混合气体氛围，CO占气体体积比为5％～30％。本发明采用常见的竖炉直接生产高磷铁，大大节省了成本，而且工艺简单，效果好。同时，反应的温度也低，节省能源，具有很强的实用性。

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，具体是指一种用竖炉直接还原高磷矿生产 高磷铁的方法。

背景技术

随着钢铁工业的高速发展，我国已成为铁矿石最大的进口国，钢 铁工业面临着原材料资源短缺的危险，为我国钢铁工业的健康发展造 成了很大的威胁。但我国资源丰富的高磷鲕状赤铁矿一直没有得到开 发利用。我国高磷铁矿石的矿物组成复杂，磷矿物嵌布粒度细小，磷 矿物与铁矿物之间关系密切，联结力大，铁矿物大部分为赤铁矿类型， 属于难选矿石。鄂西高磷铁矿发现于1959年，分布面积达1.8万平 方公里，储量约22亿吨，属巨型铁矿。这一探明储量分布在鄂西的 宜昌、长阳、建始、恩施等十个县(市)境内。该铁矿石中含铁41.95 ％～52.60％，含磷0.3％～1.8％，SiO₂和AI₂O₃含量也较高，属于“宁 乡式”鲕状赤铁矿。该类铁矿的开发利用一直受到广泛关注。因此， 如何综合开发利用高磷赤铁矿资源是我国缓解矿产资源短缺迫切需 要解决的问题。

但是，高磷铁矿很难按照常规方法用高炉冶炼，这是因为：脱磷 应该是在氧化气氛下进行，磷才容易进入渣中脱去，然而高炉内为还 原气氛下的冶炼，因此没有办法完成脱磷的操作。同时，高磷铁矿氧 化铝含量一般偏高，而高炉产生的炉渣为酸性渣系，因此会严重影响 高炉的稳定、顺行，必须人为添加富含氧化镁的炉料才能减轻影响， 不适宜长期冶炼。

为加快鄂西高磷矿的开发利用，国内企业、高校、研究院所对高 磷矿直接还原工艺的研究很多。高磷矿直接还原工艺即在非高炉条件 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。直接还原高磷矿的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。例如专利 “CN200610019950.4”，名称为“一种鲕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。但是不适用于竖炉生产，需要重新造 炉，增加成本。

发明内容

本发明的目的是根据现有技术的不足提供一种用竖炉直接还原 高磷矿生产高磷铁的方法，本发明可以利用竖炉直接还原球团金属， 得到高磷铁。

本发明的技术方案如下：一种用竖炉直接还原高磷矿生产高磷铁 的方法，其步骤包括：

(1)按重量份数取高磷矿粉49份，膨润土1份，煤粉2.5～20 份，其中上述组分粒度≤0.074毫米的占60％以上；

(2)配料后将原料倒在造球盘上，喷洒雾化水，水量10％，压 制成球团；

(3)在竖炉固定床中于1000℃下进行还原反应，所述还原反应 采用CO和N₂的混合气体氛围，CO占气体体积比为5％～30％。

优选的，所述步骤(2)中压制球团采用手工压制。这是由于配 碳量较高，采用手工压制效果更好。

优选的，所述高磷矿粉中包括有质量百分数为66-67％的赤铁矿、 2.0-3.0％的磷灰石、7.0-9.0％石英、磷元素为0.6-1.0％。所述高磷矿 粉中铁元素的质量百分数为50-52％，经磁化焙烧提纯后该矿石铁元 素的质量百分数为59-63％。优选采用鄂西高磷矿。

优选的，所述煤粉的质量百分数包括：固定碳52-60％、灰分 30-42％。优选采用鄂西当地无烟煤。

优选的，所述步骤(3)中还原时间为2-4小时。

本发明只要保证合理的配碳量和和适当的还原性气体CO的体积 百分比，在竖炉允许的1000℃的温度下，保证充足的还原反应时间 (2～4h),球团金属化率是可以稳定达到85％以上，增加配碳量有利 于金属球团化的过程，金属化率达标所需时间也相应缩短，从还原动 力学来说，这个结果也是合理的，铁矿粉周围布满碳粉，碳素与氧化 铁接触面积增多，促进了还原过程。从金属球团化率的结果可以看出， 利用竖炉还原高磷铁矿石是可以生产出符合要求的高磷铁的，在鄂西 蕴藏丰富高磷矿而一直未被开发利用的现状下，一种用竖炉直接还原 高磷矿的方法具有现实的经济价值。

本发明采用常见的竖炉直接生产高磷铁，无需单独造炉，大大节 省了成本，而且工艺简单，效果好。同时，反应的温度也低，节省能 源，具有很强的实用性。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明：

实施例1

一种用竖炉直接还原高磷矿的方法，其步骤包括：

(1)取高磷矿粉49份，膨润土1份，煤粉2.5份，各组分粒度 ≤0.074毫米占60％以上；

(2)配料后将原料倒在造球盘上，喷洒雾化水，水量10％，手 工压制成球团；

(3)在竖炉固定床中于1000℃下进行还原反应4h，所述还原 反应采用CO和N₂的混合气体氛围，CO占气体体积比为30％。

实施例2

一种用竖炉直接还原高磷矿的方法，其步骤包括：

(1)取高磷矿粉49份，膨润土1份，煤粉4.5份，各组分粒度 ≤0.074毫米占60％以上；

(2)配料后将原料倒在造球盘上，喷洒雾化水，水量10％，手 工压制成球团；

(3)在竖炉固定床中于1000℃下进行还原反应3.5h，所述还原 反应采用CO和N₂的混合气体氛围，CO占气体体积比为20％。

实施例3

一种用竖炉直接还原高磷矿的方法，其步骤包括：

(1)取高磷矿粉49份，膨润土1份，煤粉5份，各组分粒度 ≤0.074毫米占60％以上；

(2)配料后将原料倒在造球盘上，喷洒雾化水，水量10％，手 工压制成球团；

(3)在竖炉固定床中于1000℃下进行还原反应3.5h，所述还原 反应采用CO和N₂的混合气体氛围，CO占气体体积比为25％。

实施例4

一种用竖炉直接还原高磷矿的方法，其步骤包括：

(1)取高磷矿粉49份，膨润土1份，煤粉7.5份，各组分粒度 ≤0.074毫米占60％以上；

(2)配料后将原料倒在造球盘上，喷洒雾化水，水量10％，手 工压制成球团；

(3)在竖炉固定床中于1000℃下进行还原反应3h，所述还原 反应采用CO和N₂的混合气体氛围，CO占气体体积比为20％。

实施例5

一种用竖炉直接还原高磷矿的方法，其步骤包括：

(1)取高磷矿粉49份，膨润土1份，煤粉4.5份，各组分粒度 ≤0.074毫米占60％以上；

(2)配料后将原料倒在造球盘上，喷洒雾化水，水量10％，手 工压制成球团；

(3)在竖炉固定床中于1000℃下进行还原反应3.5h，所述还原 反应采用CO和N₂的混合气体氛围，CO占气体体积比为20％。

实施例6

一种用竖炉直接还原高磷矿的方法，其步骤包括：

(1)取高磷矿粉49份，膨润土1份，煤粉10份，各组分粒度 ≤0.074毫米占60％以上；

(2)配料后将原料倒在造球盘上，喷洒雾化水，水量10％，手 工压制成球团；

(3)在竖炉固定床中于1000℃下进行还原反应3h，所述还原反 应采用CO和N₂的混合气体氛围，CO占气体体积比为25％。

实施例7

一种用竖炉直接还原高磷矿的方法，其步骤包括：

(1)取高磷矿粉49份，膨润土1份，煤粉12.5份，各组分粒 度≤0.074毫米占60％以上；

(2)配料后将原料倒在造球盘上，喷洒雾化水，水量10％，手 工压制成球团；

(3)在竖炉固定床中于1000℃下进行还原反应2.5h，所述还原 反应采用CO和N₂的混合气体氛围，CO占气体体积比为25％。

实施例8

一种用竖炉直接还原高磷矿的方法，其步骤包括：

(1)取高磷矿粉49份，膨润土1份，煤粉20份，各组分粒度 ≤0.074毫米占60％以上；

(2)配料后将原料倒在造球盘上，喷洒雾化水，水量10％，手 工压制成球团；

(3)在竖炉固定床中于1000℃下进行还原反应2h，所述还原反 应采用CO和N₂的混合气体氛围，CO占气体体积比为5％。

所述高磷矿粉为鄂西高磷矿，高磷矿粉中包括包括有质量百分数 为66-67％的赤铁矿、2.0-3.0％的磷灰石、7.0-9.0％石英、磷元素为 0.6-1.0％，铁元素的质量百分数为50-52％，经磁化焙烧提纯后该矿石 铁元素的质量百分数为59-63％。所述煤粉为鄂西当地无烟煤，煤粉 的质量百分数包括：固定碳52-60％、灰分30-42％。

表1实施例1-8高磷矿还原结果

实施例1-8的还原结果如表1所示，表1直接还原球团金属化结 果可看出，一种用竖炉直接还原高磷矿的方法，只要保证合理的配碳 量和和适当的还原性气体CO的体积百分比，在竖炉允许的1000℃的 温度下，保证充足的还原反应时间(2～4h),球团金属化率是可以稳定 达到85％以上，增加配碳量有利于金属球团化的过程，金属化率达标 所需时间也相应缩短，从还原动力学来说，这个结果也是合理的，铁 矿粉周围布满碳粉，碳素与氧化铁接触面积增多，促进了还原过程。 从金属球团化率的结果可以看出，利用竖炉还原高磷铁矿石是可以生 产出符合要求的高磷铁的，在鄂西蕴藏丰富高磷矿而一直未被开发利 用的现状下，一种用竖炉直接还原高磷矿的方法具有现实的经济价 值。

在不脱离本发明权利要求书保护范围的前提下，对实施例中的数 值进行调整也属于本发明保护的范围。