[发明专利]基于气基能源的两步法高磷含铁资源铁磷高效分离的方法

说明书

本发明公开了一种基于气基能源的两步法高磷含铁资源铁磷高效分离的方法，属于炼铁和资源综合利用领域。该方法包括：将高磷含铁资源、渗碳剂、熔剂、粘结剂按预定配比添加并混匀，加适量水分润湿，再次混匀后压制成具有一定抗压强度的团块；团块经烘干后，装入竖炉进行气基还原，还原气体来自于天然气与还原炉尾气重整，制得金属化团块；将金属化团块排出，直接热装入熔分炉，以天然气为燃料进行快速熔分，经水淬和磁选，生产出固态粒状生铁和玻璃渣。本发明原料适应性强、操作简单、可控性强、反应速度快、生产效率高、脱磷效率高、易于实现自动化。

技术领域

本发明属于炼铁和资源综合利用领域，涉及高磷含铁资源中铁磷分离和制备高品质炼钢生铁(或半钢)的方法，用于高磷含铁资源的开发利用。

背景技术

现代钢铁工业的发展已经历较长的历史时期，世界范围内，随着高品位铁矿资源的消耗，铁矿石呈劣化趋势，矿石中硅、铝、磷、烧损含量不断增加。国内外高磷铁矿资源储量巨大，其综合利用问题一直是矿业和冶金学科领域的重点研究方向之一。磷会损害钢的脆性，在低温时尤为明显(俗称“冷脆”)，必须将其降到合理水平。一般情况，铁矿石中的磷含量要小于0.2％，炼钢生铁中的磷含量要小于0.1％。高磷铁矿的合理利用核心在于如何经济有效地实现铁磷分离并提高铁品位，从而获得满足高炉炼铁要求的矿石或满足炼钢要求的洁净铁源。针对上述问题，国内外很多研究学者进行了诸多方面的探索，总体来说有两种思路：一是在矿石入炉前进行预处理脱磷，如选矿、湿法浸出、直接还原-分选等方法，获得合格的铁精矿用于炼铁生产；二是在冶炼中采用针对性处理脱除磷，如铁水预脱磷。

物理选矿法主要是借助铁矿物和脉石杂质物理性质的差异，在一定程度上实现铁元素的富集和磷元素的脱除，常用的有反浮选、高梯度磁选、重选等。虽然物理分选方法工艺相对简单，但由于鲕状赤铁矿中的矿物嵌布粒度极为细微，且经常与鲕绿泥石和含磷矿物共生或相互包裹，采用常规物理选矿法普遍存在精矿铁品位低、铁回收率低、磷脱除效果差等问题。

浸出法降磷主要分为化学浸矿法和微生物浸矿法两种方法。化学浸矿法是用硫酸、硝酸或盐酸等酸性介质对铁矿石进行浸矿，选择性地使矿石中的磷矿物溶解，从而达到降磷的目的。化学浸出法可以有效地实现铁和磷元素的分离，然而该方法耗酸较多、成本较高，容易导致矿石中含铁矿物的溶解而形成铁损；微生物法虽然有成本低、环境污染小诸多优势，但是生产周期较长。

鲕状高磷赤铁矿中，矿物层层包裹、嵌布致密，单体解离困难，但是经过直接还原焙烧后，赤铁矿被逐步还原为金属铁，铁颗粒和脉石分别聚集、长大，改变了含铁矿物和脉石矿物的原始结合状态，通过后续的磨矿-分选工艺便可实现铁-磷的高效分离。为了获得高的铁精矿品位、铁回收率和磷脱除率，还原过程中需要添加一定的脱磷剂。直接还原-磁选法处理鲕状赤铁矿在产品铁品位、回收率和脱磷效果方面都优于上述各种方法，但若投入工业应用还存在一系列技术经济问题，如产品中仍残留有部分磷、生产成本高、脱磷剂消耗量大等。

有研究考察了高磷铁矿含碳球团还原熔分对脱磷的影响，基于铁矿含碳球团还原熔分特点和磷、铁矿物选择性还原特性，产品为与高炉生铁性质类似的珠铁，铁中的磷含量受渣系碱度、熔剂(碳酸钠、萤石等)，提高碱度有助于降低珠铁中磷含量，但是该工艺严重依赖于煤炭资源，然而使用煤炭会导致尾气中SOx、NOx排放增加，污染大气环境。同时，由于没有成熟的还原熔分设备，该工艺很难实现工业化生产。也有研究采用气体还原-电炉熔分的技术处理高磷铁矿实现铁-磷分离，磷矿物在固态还原阶段不能被还原，在熔分阶段通过渣铁熔分脱除磷和脉石，从而获得高品质生铁。研究表明，采用气基直接还原处理高磷矿，在800℃下分别用CO和H₂还原矿粉2h，然后再1600℃下加入CaO进行熔融分离30min，最终CO还原矿样经熔化分离得到含磷0.27％的铁样，H₂还原矿样经熔化分离得到含磷0.33％的铁样。该工艺原理上较煤基还原熔分更合理，但是还原矿熔分过程是铁中磷控制的关键，由于电炉冶炼周期相对较长，渣-金反应较为充分，部分渣中磷被还原，难以获得磷含量较低的铁水或半钢。