【摘要】：我國(guó)高磷鐵礦資源豐富,由于其較高的磷含量及復(fù)雜的礦相結(jié)構(gòu),不能被開發(fā)利用。本文圍繞高磷鐵礦煤基直接還原-快速熔分工藝進(jìn)行了基礎(chǔ)研究,為實(shí)現(xiàn)高磷鐵礦的高效利用提供理論依據(jù)。首先,通過原礦埋碳實(shí)驗(yàn)對(duì)高磷鐵礦碳熱還原過程中鮞狀結(jié)構(gòu)變化及礦物反應(yīng)進(jìn)行原位觀察,揭示了鮞狀結(jié)構(gòu)變化與礦物反應(yīng)的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)氟磷灰石在還原的同時(shí),還以擴(kuò)散方式進(jìn)入鐵氧化物中,嵌布緊密,很難通過機(jī)械方法進(jìn)行分離。然后,通過純物質(zhì)模擬高磷鐵礦成分研究高磷鐵礦在還原過程中的礦物演變和元素遷移規(guī)律。結(jié)果表明:在碳熱還原過程中,高磷鐵礦首先發(fā)生鐵氧化物還原反應(yīng),隨后Fe-Si-A1脈石相形成,氟磷灰石開始發(fā)生分解反應(yīng)形成 Ca3(PO4)2 和 CaF2,Ca3(PO4)2 迅速與 Fe-Si-Al 脈石相反應(yīng),形成 CaAl2Si2O8和P2,CaF2會(huì)與Si02反應(yīng)生成SiF4氣體;還原生成的金屬鐵中磷元素主要分布在低溫萊氏體中,鐵素體和滲碳體中分布較少,磷與碳元素有相同的分布,鐵相吸磷與滲碳過程緊密聯(lián)系,磷元素主要被液態(tài)鐵吸收,隨著滲碳進(jìn)行,金屬鐵熔點(diǎn)降低,促進(jìn)鐵相吸磷。因此,碳熱還原過程中可以通過降低溫度、減少還原劑等方法抑制鐵相吸磷。第三,對(duì)高磷鐵礦中含磷礦物氟磷灰石的碳熱還原機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究。通過熱力學(xué)分析發(fā)現(xiàn):在只有碳和氟磷灰石情況下,氟磷灰石難以還原,吉布斯自由能計(jì)算可知還原溫度高于1400℃;添加Al2O3或SiO2,促進(jìn)氟磷灰石的脫磷并且產(chǎn)生含磷氣體,二氧化硅的促進(jìn)作用比氧化鋁強(qiáng),特別是當(dāng)Al2O3或SiO2足夠時(shí),促進(jìn)氟磷灰石脫氟,生成更容易還原的磷酸三鈣,進(jìn)一步降低氟磷灰石的發(fā)生還原脫磷溫度;當(dāng)Fe203存在時(shí),生成Fe3P,Fe3P的生成與氟磷灰石的還原相互促進(jìn),阻礙鐵和磷分離;當(dāng)C過量時(shí),生成含磷氣體主要是P2,當(dāng)C不足時(shí),含磷氣體主要是PO。此外,根據(jù)熱力學(xué)分析結(jié)果,通過純物質(zhì)實(shí)驗(yàn)考察了 Al2O3、SiO2、Fe2O3和碳含量對(duì)還原過程中磷的氣化的影響,并系統(tǒng)地總結(jié)了氟磷灰石還原過程得到完整的還原路線圖。第四,采用純物質(zhì)模擬高磷鐵礦的方法研究了碳熱還原過程中磷的分配規(guī)律。結(jié)果表明:在1100℃還原時(shí),氣相中的磷所占百分比大于鐵相中磷所占百分比,而還原溫度為1200℃時(shí),與之相反;是否有液態(tài)鐵存在才是控制鐵相吸磷的關(guān)鍵因素,因此,為實(shí)現(xiàn)鐵和磷分離,還原過程應(yīng)盡量避免液相鐵生成;還原溫度為1100℃,C/O=1.0較合適,此時(shí)氣相脫除的磷較多而金屬鐵中磷含量較低,有利于高磷鐵礦的脫磷。最后,根據(jù)上述理論研究結(jié)果,優(yōu)化高磷鐵礦還原熔分工藝條件,最終確定的工藝參數(shù)為堿度1.6、還原溫度1100℃、還原時(shí)間25 min、C/O為1.0、添加劑CaF2和Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%,所得預(yù)還原球團(tuán)金屬化率95.31%,鐵收得率94.28%,珠鐵中磷含量0.098%,脫磷率94.34%,可滿足后續(xù)煉鋼的要求。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TF55
【圖文】：

鐵礦石進(jìn)口量超過了國(guó)內(nèi)的產(chǎn)量。２００９年鐵礦石進(jìn)口量超過６億噸超過了世逡逑界進(jìn)口總量的一半。為更直觀的表現(xiàn)我國(guó)鐵礦石目前對(duì)外的依賴程度我們將逡逑其繪制于圖２－１中。世界各國(guó)高品位鐵礦石供不應(yīng)求，導(dǎo)致其價(jià)格也水漲船逡逑高⑴。圖２－１為２００６年￣２０１４年進(jìn)口鐵礦石價(jià)格統(tǒng)計(jì)表。逡逑１０邋邐邋１．０逡逑Ｍ中國(guó)鐵礦石年產(chǎn)最邐＿逡逑■■中國(guó)鐵礦石年進(jìn)Ｕ量邐｜逡逑８邋．邋—■一中國(guó)鐵礦石對(duì)外依存度逡逑２００４邐２００６邐２００８邐２０１０邐２０１２邐２０１４逡逑年份逡逑圖２－１近年來我國(guó)鐵礦石年產(chǎn)置和進(jìn)口置情況逡逑由圖２－１可知，截至２０１４年我國(guó)鐵礦石的對(duì)外依存度己高達(dá)８０％以上，逡逑這己對(duì)我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展構(gòu)成了威脅。如何高效地開發(fā)我國(guó)鐵礦石資逡逑源，降低對(duì)國(guó)外鐵礦石的依存度，己成為當(dāng)前我國(guó)鋼鐵發(fā)展的重大戰(zhàn)略問題。逡逑因此，開發(fā)研宄我國(guó)國(guó)內(nèi)儲(chǔ)量巨大的復(fù)雜鐵礦資源顯得尤為迫切。逡逑２．１．２我國(guó)復(fù)雜共生鐵礦石利用現(xiàn)狀逡逑“貧、細(xì)、雜、散”高度概括了我國(guó)礦產(chǎn)資源的特點(diǎn)和現(xiàn)狀，９７％的鐵礦逡逑資源是品位為３０％以下的低品位鐵礦石，并且多金屬共生礦占的比例很大。逡逑由于成礦的原因不同，鐵礦常伴隨與其他礦物共生的現(xiàn)象，共生組分主要有逡逑釩、鈦、稀土、銅等。共生礦物的組成復(fù)雜、性質(zhì)各異，因此在選別上存在逡逑一定的難度。我國(guó)的難選多金屬共生鐵礦典型的代表是白云鄂博稀土鐵礦和逡逑四川攀枝花釩鈦磁鐵礦等＋５］。逡逑（１）白云鄂博稀土鐵礦逡逑白云鄂博礦是一個(gè)獨(dú)特的以鐵、稀土、鈮等為主的多元素共生大型礦床

邐１３７３逡逑n齲ǎ耍╁義賢跡玻倒?fàn)C澹彌苯踴乖躉鍥膠庾刺煎義希ǎ玻┨躉锘乖潭ρа芯垮義咸躉鎦苯踴乖侵苯酉墓?fàn)C逄薊乖躉錚嚼礪廴銜�，辶x蝦記蟯旁諢乖討�，还原产生碘c澹茫蝦停

本文編號(hào)：2765780