[发明专利]一种从脱磷钢渣中分离磷和制备磷肥的方法

说明书

本发明属于冶金资源再利用技术领域，具体涉及一种从脱磷钢渣中分离磷和制备磷肥的方法，首先将脱磷钢渣在熔融状态下进行氧化处理，冷却后对其进行破碎研磨。然后将脱磷钢渣在水溶液中进行选择性浸出，控制矿浆的pH值为3.0～4.5，使脱磷钢渣中富磷的固溶体相溶解并分离，反应后得到低磷残渣和含磷浸出液。再通过向含磷浸出液中添加碱性物质，升高浸出液的pH值，使浸出液中的磷形成磷酸钙盐沉淀。分离后的磷酸钙盐沉淀可直接作为磷肥使用，低磷残渣则在烧结或炼钢中使用。本发明能高效低成本地分离脱磷钢渣中的磷，进而制备了磷肥。脱磷钢渣中超过92％的磷以磷肥的形式被回收，同时残渣在钢铁冶金中再利用，实现了脱磷钢渣的资源化利用。

技术领域

本发明属于冶金资源再利用技术领域，具体涉及一种从脱磷钢渣中分离磷和制备磷肥的方法。

背景技术

我国的钢铁产能巨大，每年产生的钢渣总量近1亿吨。因为钢渣的物化性质和技术限制，我国的钢渣综合利用率较低。目前，主要的钢渣处理方式是将熔融钢渣冷却破碎后，进行磁选分离渣钢，剩余的尾渣用于建筑材料、道路工程或直接堆积。这些利用方法没有充分发挥钢渣的潜在价值，造成了巨大的资源浪费和环境污染。因此，如何高效地资源化利用钢渣是钢铁企业亟待解决的课题。

随着钢材对磷含量要求日益严格及铁矿石中磷含量的升高，许多钢厂在炼钢过程中采用了铁水脱磷工艺。此工艺分割了传统的炼钢功能，在铁水脱碳前尽可能地降低铁水中磷含量，并产生脱磷钢渣。由于脱磷后的铁水只含有少量磷，转炉脱碳过程可在少渣情况下快速进行，并且产生的脱碳钢渣能返回脱磷过程作为熔剂。这不仅减少了钢渣产量，提高了生产效率，而且使高磷铁水的冶炼成为可能。

目前，主流的脱磷工艺包括转炉双联法和转炉双渣法(MURC)。转炉双联法是采用两个转炉，首先在第一个转炉中对铁水进行脱磷处理，脱磷后的铁水倒入第二个转炉进行脱碳处理。转炉双渣法是指脱磷和脱碳在同一转炉中分别进行，首先进行脱磷处理，将脱磷钢渣排出后，保留铁水继续进行脱碳处理，然后倒出钢液，保留脱碳钢渣用于下一炉铁水的脱磷。

由于脱碳钢渣的循环使用，采用铁水脱磷工艺的炼钢流程主要排出脱磷钢渣。与传统钢渣相比，脱磷钢渣具有较低的碱度(CaO与SiO₂的质量分数比为1.2～2.2)，并且含有2～10％的P₂O₅。尽管脱磷钢渣中的磷含量与磷矿石相比较低，由于我国每年产生大量的钢渣，钢渣中磷的存储总量是巨大的。因此，脱磷钢渣是一种潜在的磷资源。若脱磷钢渣中的磷能被分离提取，可用于生产磷肥，而且除磷后的钢渣可作为冶金熔剂在钢厂内循环使用，实现钢渣的资源化利用。脱磷钢渣中磷的提取对钢铁工业和磷酸盐工业的发展具有重大的意义。

脱磷钢渣中的矿物相主要是硅酸二钙和磷酸三钙形成的固溶体相(2CaO·SiO₂–3CaO·P₂O₅)，镁钙硅石相(3CaO·MgO·2SiO₂)，基体相(CaO–SiO₂–Fe_tO)和铁镁尖晶石相(Fe_tO–MgO–MnO)。磷元素在固溶体相与其它矿物相之间具有较高的分配比，说明磷主要富集在固溶体相中。因此，脱磷钢渣中磷的分离主要取决于富磷的固溶体相与其它矿物相的分离。

根据钢渣中各矿物相之间物理化学性质的不同，诸多的钢渣脱磷技术正被研究开发。经专利检索，主要有以下的技术方案:中国专利<转炉双联脱磷渣中磷元素的回收>，申请号为201010171945.1，开发了一种利用磁选技术将脱磷钢渣中富磷非磁性相和富铁磁性相分别回收；中国专利<一种钢渣回收利用方法>，申请号为201410352003.1，开发了一种利用浮选工艺脱除钢渣中富磷固溶体后再回收利用的处理方法；日本专利<製鋼スラグからの鉄及び燐の回収方法>，公开号为JP2014-1456A，开发了一种还原钢渣得到铁磷合金的方法，然后再对合金脱磷得到高磷钢渣，作为磷资源。这些专利技术具有处理成本高，除磷效率低，分离的磷未充分利用等缺点，因此还未大规模应用于实际生产中。