配碳量对中低品位磷矿真空碳热还原的影响

本科毕业论文（设计）论文(设计)题目：配碳量对中低品位磷矿真空碳热还原的影响学 院： 材料与冶金学院 专 业： 冶 金 工 程 班 级： 冶金 XX 班 学 号： XXXXXXXXXXXX学生姓名：XXX 指导教师：XXX 2016 年 6 月 7 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名：日期：贵州大学本科毕业论文（设计） 第 I 页配碳量对中低品位磷矿真空碳热还原的影响摘要我国的磷矿资源丰富，居世界第二位，中低品位的磷矿所占比重较大，磷矿资源的利用率不高。本文通过 FactSage 理论计算与实验的方法对中低品位磷矿真空碳热还原进行研究，主要具体研究了配碳量对中低品位磷矿真空碳热还原的影响。本文在真空条件下，采用 XRD 物相分析与化学分析方法对不同配碳量在中低品位磷矿碳热还原的过程进行研究，分析不同配碳量对中低品位磷矿还原率的影响。以不同配碳量对中低品位磷矿进行真空碳热还原反应，还原出来的磷单质在炉内进行冷凝收集，确定出最合理的配碳量，使得磷的收得率达到最佳，从而提高中低品位磷矿的利用率。FactSage 理论计算表明：在保持温度和压强不变的条件下，增加配碳量，还原矿样的失重率不断增加，气相中磷单质的质量随之增加，PO、PO 2 的质量不断减小，使磷的收得率变化呈上升趋势。当配碳量达到 14%时，磷的收得率达到 99.91%，配碳量在 14%以后，磷的收得率无明显变化。实验结论表明：（1）还原矿样的失重率与磷的收得率随着矿样中配碳量的增加而逐渐增加。当配碳量为 16%时，还原矿样的失重率可以达到 36.1%，磷的收得率达到 82.82%。（2）还原矿样中的磷含量随着矿样中配碳量的增加而逐渐减小。在配碳量为 12%至 14%的区间内，磷元素的含量变化更加明显，由 5.76%下降到 4.15%。当配碳量为16%时，还原矿样中的磷含量为 2.92%。（3）由 XRD 图谱物相分析可知：原矿中的 Ca5(PO4)3F，Ca 2(SiO4)和 SiO2 与还原剂焦炭了发生反应，生成 Ca4Si2O7F2，Ca 2SiO4 和 Ca2SiO2F2，Ca 5(PO4)3F 中的磷元素被还原出来。关键词：中低品位磷矿，FactSage，XRD ，真空处理，碳热还原贵州大学本科毕业论文（设计） 第 II 页Effect of Carbon Ratio on Vacuum Carbon Thermal Reduction of Low-grade Phosphate RockAbstractChina is rich in phosphate resources, ranking second in the world, a large proportion of low-grade phosphate, phosphate rock resource utilization is not high. By FactSage theoretical and experimental methods of low grade phosphate rock vacuum carbon thermal reduction studies, specific studies mainly the carbon content of low grade phosphate rock vacuum carbon thermal reduction impact.In this paper, under vacuum conditions, using XRD phase analysis and chemical analysis of different carbon content in low-grade phosphate rock carbothermic reduction process of research, analyze the impact of different carbon content of low grade phosphate rock reduction ratio. With different carbon content of low grade phosphate rock was subjected to vacuum carbon thermal reduction reaction, reduction of elemental phosphorus out of the condensate collected in the furnace to determine the most reasonable carbon content, so that yield optimal phosphorus, which improve the utilization of low-grade phosphate rock.FactSage Theoretical calculations show that: maintaining constant temperature and pressure conditions, increasing carbon content, reducing ore sample weight loss rate is increasing, the quality of the gas phase elemental phosphorus increased, PO, PO2 quality decreasing, so phosphorus yield variation on the rise. When the carbon content of 14%, the yield reached 99.91% phosphorus, carbon content 14%, the phosphorus yield no significant change.The experimental results showed that:(1) reduction of the weight loss and ore phosphorus yield increases the amount of carbon in ore samples with gradually increased. When the carbon content of 16%, reducing ore sample weight loss rate can reach 36.1%, the yield reached 82.82% phosphorus.(2) reducing the phosphorus content in ore samples with increasing carbon content in the ore is gradually reduced. In the carbon content of 12-14% range, phosphorus content in more 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 III 页obvious by 5.76% down to 4.15%. When the carbon content of 16%, reduction in phosphorus ore content of 2.92%.(3) by the XRD pattern phase analysis shows that: ore in Ca5 (PO4) 3F, Ca2 (SiO4) and SiO2 and the reductant coke reacts Ca4Si2O7F2, Ca2SiO4 and Ca2SiO2F2, Ca5 (PO4) 3F in phosphorus It is to restore them.Key words:low-grade phosphate rock，FactSage，XRD，vacuum treatment, carbonthermal reduction贵州大学本科毕业论文（设计） 第 IV 页目录摘要 .IAbstract .II第一章 绪论 .11.1 磷矿资源的概况 .11.1.1 世界磷矿资源的概况 .11.1.2 我国磷矿资源的概况 .21.2 磷矿资源的利用及消费 .51.3 国内外的研究现状和发展趋势 .61.3.1 国外研究现状 .61.3.2 国内研究现状 .71.3.3 发展趋势 .81.4 真空碳热还原法 .81.4.1 真空碳热还原法概述 .81.4.2 真空碳热还原法的应用 .101.5 研究内容和意义 .101.5.1 研究内容 .101.5.2 研究意义 .11第二章 中低品位磷矿真空碳热还原的理论计算 .122.1 FactSage7.0 热力学软件及其操作步骤 .122.1.1 FactSage7.0 热力学软件 .122.1.2 操作步骤 .122.2 配碳量对中低品位磷矿真空碳热还原影响的理论计算 .16第三章 实验方法及过程 .193.1 实验方案 .193.2 实验原料和试样的制备 .193.2.1 实验原料 .19贵州大学本科毕业论文（设计） 第 V 页3.2.2 试样的制备 .203.3 实验设备 .213.4 实验过程 .233.5 实验检测方法 .25第四章 实验结果及分析 .264.1 实验相关数据 .264.2 还原矿样的失重率 .264.3 还原矿样中的 P 含量 .274.4 磷的收得率 .284.5 XRD 图谱分析 .29第五章 实验结论 .30参考文献 .31致 谢 .33贵州大学本科毕业论文（设计） 第 1 页第一章 绪论1.1 磷矿资源的概况1.1.1 世界磷矿资源的概况世界磷酸盐类型主要以海相沉积型和鸟粪型为主，岩浆型次之。根据美国地质局的统计数据显示，世界磷酸盐岩的储量达到 170 亿吨，储量基础接近500 亿吨，分布在非洲、亚洲和北美洲等 60 多个国家和地区，其中中国、美国、南非、约旦和摩洛哥的储量占到世界总储量的百分之八十以上 1-3。目前世界磷矿资源生产能力利用率为 73%，国际市场上磷矿的供给处于供求平衡的状态。磷矿的消耗主要取决于磷肥的消耗量，根据相关机构预测，未来 10 年国际上对磷肥的需求量的平均增长率将达到 2%，磷肥消耗的增长主要来自于亚太地区，因此磷肥的增长将决定了对磷矿石的需求的增长，世界磷矿储量及分布见表 1.1,1995-2002 年世界磷矿产量见表 1.2 3-5。表 1.1 世界磷酸盐岩储量及分布(亿吨)国家和地区 储量 储量基础摩洛哥和西撒哈拉 57.0 21.0中国 66.0 130.0美国 10.0 40.0南非 15.0 25.0约旦 9.0 17.0巴西 3.3 3.7以色列 1.8 8.0俄罗斯 2.0 10.0突尼斯 1.0 6.0叙利亚 1.0 8.0塞内加尔 0.5 1.4多哥 0.3 0.6其他国家 10.0 20.0世界总计 176.9 479.9贵州大学本科毕业论文（设计） 第 2 页表 1.2 1995 2002 年世界磷矿产量( 亿吨)年份 产量1995 13764.21996 14191.41997 14708.61998 15116.71999 14488.82000 14530.62001 126002002 136001.1.2 我国磷矿资源的概况按照储量和统计基础看，中国居世界第二位。我国磷矿资源虽然丰富，但是目前在技术经济上可以利用的的基础储量占到资源总储量仅为 24%，难以利用的资源占 76%，这表明我国的磷矿资源开采比较困难。目前我国的磷矿资源呈现出资源储量大、分布比较集中、中低品位矿多、富矿少以及采选难度大等特点。我国探明的磷矿储量比较丰富，主要集中分布在贵州、云南和湖北等五省，而北方和东部地区可供利用的资源较少，大部分的地区的磷矿需求主要由云、贵、川三省供应，从而造成“南磷北运和西磷东运” 的状况，这给运输、原料供应以及生产成本带来较大的困难。我国 70%以上的磷矿为中低品位的胶磷矿，矿物颗粒细、嵌布较为紧密以及有害杂质较多，对磷矿的选别难度较大，从而造成选矿成本高，并且其中大部分为中厚层倾斜矿体，大规模、高强度开采的矿少，从而增加了开采难度 6-8。虽然我国磷矿资源产量居世界第二，并且逐年提高，但是在我国磷矿资源开发利用中存在着诸如企业规模小、设备简陋、选矿成本高以及资源严重浪费的问题。整体上我国磷矿规模较小，还没有形成经济规模，经济效益较差。国内绝大多数的中小型矿山生产设备简陋、管理落后和技术薄弱。基本上处于无序乱采、采易弃难以及采富弃贫等现象严重，造成资源利用率低。目前中国高浓度磷肥产量仅次于美国，居世界第二位。高浓度磷复肥产量贵州大学本科毕业论文（设计） 第 3 页和消费量在中国市场呈现上升趋势，本土生产的高浓度磷肥在中国的农业生产中扮演重要角色。中国磷肥工业生产正在遭遇原料的瓶颈，同时还存在乱采和高品位磷矿的大量低价格海外出口，使得未来磷矿的供应形势更加严峻，我国磷矿储量及分布见表 1.3 9-10。贵州作为磷矿大省，对磷矿进行充分开发和利用是贵州省强省建设的重大举措。开阳-息烽、瓮安- 福泉产区的地质勘查程度较高，磷矿石的质量好、品位高以及资源储量大，可以作为重点开发利