（矿物加工工程专业论文）宜昌高磷赤铁矿反浮选提铁降磷工艺与机理研究.pdf

武汉理j 二人学硕十学位论文 中文摘要 钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是经济高速增长、实现工业化的重 要保障。然而，近年来由于我国国民经济的持续高速增长，国内铁矿石生产严 重的供不应求，导致我国钢铁工业对国外铁矿石资源的依赖程度正逐渐加大， 铁矿石价格屡创新高。在此背景下，我国储量达8 0 亿吨的难选高磷赤铁矿，特 别是鄂西“宁乡式 鲕状赤铁矿的开发利用再次提上了日程。 本课题概述了鄂西赤铁矿的地质条件及矿石性质，分析了国内外铁矿脱磷 工艺的研究现状，对各种传统选矿工艺以及较新型的选矿方法如生物选矿、选 择性团聚等进行探讨，同时对新型的选矿设备和药剂做了一些了解。鄂西高磷 赤铁矿嵌布粒度极细、性质复杂、含磷量高，众多的选矿方法都很难使其达到 冶炼要求，综合考虑经济和技术可行性，选择了选择性絮凝脱泥一反浮选脱磷 的工艺流程。 通过化学多元素分析、物相分析、工艺矿物学分析考查了宜昌某赤铁矿的 性质，采用对比试验筛选出最佳的捕收剂m g 和抑制剂h z ，采用单因素试验法 探索了浮选药剂用量、矿浆温度、矿浆浓度等因素对浮选指标的影响。粗选n a o h 用量为2 0 0 0 9 t ，抑制剂h z 用量为1 5 0 0 9 t ，c a o 用量为5 0 0 9 t ，捕收剂m g 用量为3 0 0g t ，精选im g 用量为3 0 0 9 t ，精选i im g 用量为2 0 0 9 t 为最佳药剂 制度，在给矿铁品位为5 0 0 9 、磷品位为0 5 3 的条件下可获得精矿铁品位 5 7 4 3 ，铁回收率7 1 8 0 ，磷品位0 1 8 的优良指标。 组合用药试验表明：在m g ：m y = 2 ：l 时组合用药的协同效应达到最大，药剂 总药量为3 0 0 9 t 时可以获得单独使用m g 8 0 0 9 t 相近的浮选指标，从而大量的减 小了捕收剂的用量，降低了选矿成本。因此此工艺具有良好的经济价值和环境 效益。 选矿产品x r d 分析表明，精矿产品中赤铁矿含量大量增加，尾矿中主要为 石英等脉石矿物，通过反浮选铁矿物与脉石矿物发生了选择性分离。m g 、m y 以及经m g 、m y 处理后的尾矿的红外光谱分析表明m g 是脂肪酸皂类、m y 为 烷基磺酸盐，它们均与脉石矿物发生了化学吸附。组合药剂产生协同效应是由 于两种捕收剂的在矿物表面发生共吸附。 关键词：高磷赤铁矿，提铁降磷，选择性絮凝脱泥反浮选，组合用药， 协同效应 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t e e li n d u s t r yi st h eb a s i ci n d u s t r yo fn a t i o n a le c o n o m y , t h es i g n i f i c a n tg u a r a n t e e o ff a s te c o n o m yg r o w t ha n dr e a l i z i n gi n d u s t r i a l i z a t i o n w i t ht h es u s t a i n a b l ef a s t d e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y a n dt h es e r i o u ss h o r t a g eo fd o m e s t i ci r o no r e ，t h e d e p e n d e n c eo fa b o a r dr e s o u r c ea n di r o n o r ep r i c eg r a d u a l l yi n c r e a s e o nt h i s b a c k g r o u n d ，t h ee x p l o i t a t i o na n du t i l i z a t i o no f8 0 x 10 tr e f r a c t o r yh i g h p h o s p h o r u s h e m a t i t ee s p e c i a l l yt h eo o l i t eh e m a t i t el o c a t e di nt h ew e s to fh u b e ii sp r o p o s e da g a i n t h em i n e r a lp r o p e r t i e sa n dg e o l o g i c a lc o n d i t i o n so ft h eo r e sl o c a t e di nw e s to f h u b e iw e r es u m m a r i z e d ，t h ep r e s e n tt e c h n i q u e ss i t u a t i o no fd e p h o s p h o r i z a t i o n p r o c e s sa th o m ea n da b r o a dw e r ea n a l y s i s e d ，a n dt h et r a d i t i o n a lm e t h o d sa n ds o m e n e wt e c h n i q u es u c ha sb i o l o g i cs e p a r a t i o n 、o p t i o n a lf l o c c u l a t i o nw e r ei n t r o d u c e d ， s o m em i n e r a lp r o c e s s i n ge q u i p m e n t sa n dr e a g e n t sa p p l i e di nt h ei n d u s t r yw e r e i n v e s t i g a t e da n dc o m p a r e di nt h i sa r t i c l e e x t r e m e l yf i n ed i s s e m i n a t i o ns i z e ，c o m p l e x f e e dp r o p e r t i e sa n dh i g hp h o s p h o r u sc o n t e n tm a k ei td i f f i c u l tt om e e tt h er e q u i r e m e n t o fs m e l t i n gb yt r a d i t i o n a lm e t h o d ，i nv i e wo fe c o n o m i cb e n e f i ta n dt e c h n i c a l f e a s i b i l i t y , t h ef l o ws h e e to fo p t i o n a lf l o c c u l a t i o nd e s l i m e r e v e r s e f l o t a t i o nw a s s e l e c t e d t h e p r o p e r t i e so f a nh e m a t i t eo fy i c h a n gw e r ea n a l y s i s e db yc h e m i c a lc o m p o n e n t a n a l y s i s ，c h e m i c a lp h a s ea n a l y s i sa n dt e c h n o l o g i c a lm i n e r a l o g ya n a l y s i s t h eb e s t c o l l e c t o rm ga n dd e p r e s s a n th zw e r es e l e c t e db yc o n t r a s tt e s t s ，a n dt h ee f f e c t so f d o s a g eo fr e a g e n t ，p u l pt e m p e r a t u r e ，p u l pc o n c e n t r a t i o no nf l o t a t i o nr e s u l t sw e r e e x p l o r e db ys i n g l ef a c t o re x p e r i m e n tm e t h o d t h ef l o ws h e e tc o n s i s to fo n e - s t a g e r o u g h i n ga n dt w o s t a g ec o n c e n t r a t i n gw a sc a r r i e do u t ，i nt h er o u g h i n gs t a g e ，n a o h ， h z ，c a o ，m gw e r ea d d e dt ot h ep u l ps t e pb ys t e p ，t h ed o s a g ew e r e2 0 0 0 9 t ，15 0 0 9 t ， 5 0 0 9 t ，3 0 0 9 tr e s p e c t i v e l y , a n dt h e n3 0 0 9 ta n d2 0 0 9 tm gw e r ea d d e di nt h ef i r s t a n ds e c o n dc o n c e n t r a t i n gr e s p e c t i v e l y a c c o r d i n gt ot h i sf l o ws h e e t ，g o o df l o t a t i o n r e s u l t sw e r eo b t a i n e d ，c o n c e n t r a t ei r o ng r a d ea n dr e c o v e r yw e r e5 7 4 3 a n d71 8 0 r e s p e c t i v e l y , a n dt h ep h o s p h o r u sg r a d ew a so 18 w h e nt h eg r a d eo fi r o n a n d p h o s p h o r u so ff e e d sw e r e5 0 0 9 a n do 5 3 r e s p e c t i v e l y a c c o r d i n gt ot h ec o m b i n e dr e a g e n t s f l o t a t i o ne x p e r i m e n t s ，t h eb e s ts y n e r g i s t i c e f f e c tw a sa c h i e v e dw h e nt h ed o s a g er a t i oo fm g ：m y = 2 ：1 c o m p a r e dt ot h em g d o s a g ew a s8 0 0 9 t ，t h es i m i l a rf l o t a t i o nr e s u l t sw e r ea c q u i r e dw h e nt h ed o s a g eo f c o m b i n e dr e a g e n t sw a s3 0 0 9 t s ot h ec o l l e c t o rd o s a g ea n db e n e f i c i a t i o nc o s tw e r e u d e c r e a s e ds h a r p l y s ot h i sp r o c e s sc a l l p r o d u c el a r g ee c o n o m ya n de n v i r o m e n t b e n e f i t s a c c o r d i n gt o t h ex r da n a l y s i so fb e n e f i c i a t i o n p r o d u c t s ，t h eh e m a t i t ei n c o n c e n t r a t ew a si n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y , w h i l et h em a j o r c o m p o n e n t so ft a i l i n g sw e r e q u a r t za n do t h e rg a n g u e s t h a tm e a n ss e l e c t i v es e p a r a t i o no fi r o nm i n e r a la n d g a n g u ew a sc r e a t e dt h r o u g ht h er e v e r s ef l o t a t i o n i n f r a r e d s p e c t r u ma n a l y s i s i n d i c a t e dt h a tm g b e l o n g e dt of a t t i n ga c i ds o a pa n dm yw a sa i la l k y ls u l f o n a t e b o t ho ft h e mo c c u r r e dc h e m i c a la d s o r p t i o nw i t h g a n g u e s t h ec o a d s o r p t i o nc r e a t e d o nt h es u r f a c eo fm i n e r a l so ft w oc o l l e c t o r s r e s u l t e di n s y n e r g i s t i ce f f e c to f c o m b i n e dr e a g e n t s k e yw o r d s ：h i g h p h o s p h o r o u sh e m a t i t ei r o ni n c r e a s ea n dp h o s p h o r o u sr e d u c t i o n o p t i o n a lf l o c c u l a t i o nd e s l i m e r e v e r s ef l o t a t i o nc o m b i n e dr e a g e n t s y n e r g i s t i ce f f e c t 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： 日 武汉理：大学硕十学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 钢铁是我国国民经济和社会发展的重要基础材料，钢铁工业是国民经济的 重要基础产业和组成部分，是经济高速增长、实现工业化的重要保障。而铁矿 石是钢铁工业发展的主要原料，铁矿石资源对我国钢铁工业乃至国民经济的持 续健康发展具有举足轻重的战略性地位。然而，近年来随着我国国民经济的高 速增长，钢铁产品需求量急剧上涨，国内铁矿石生产处于严重的供不应求状况， 导致各大钢铁公司不得不大量从国外进口铁矿石，我国钢铁工业对国外铁矿石 资源的依赖程度正逐渐加大。2 0 0 7 年我国铁矿石进口量见图1 1 ，从图中可以看 出我国铁矿石的进口量正逐年大幅度增长，其中2 0 0 7 年我国的铁矿石进口量已 经达到国际铁矿石贸易总量的4 6 。由于需求量巨大和对国外资源的依赖程度 越来越高，中国屡次对国际铁矿石定价失去话语权，铁矿石价格屡创新高，近 年来进口铁矿石价格见图l 一2 。铁矿石大幅度涨价使得我国钢铁企业受到了沉重 的损失，而且铁矿石涨价像多米诺骨牌一样，不仅对钢铁工业不利，对下游七 大行业成本的比重有很大的影响，产生连锁效应，长此以往必将对我国国民经 济的可持续发展产生负面作用，另外境外铁矿石供应国的政局稳定情况、资源 丰富程度都可直接影响到我国钢铁工业乃至国民经济的发展l l 5 】。据专家预计， 2 0 1 0 年前我国钢铁工业对进口铁矿石依赖程度将一直保持上升趋势，扩大利用 国外铁矿资源将是我国钢铁工业发展的一项长期战略。 铁矿石资源短缺已经成为我国钢铁工业发展的瓶颈，是迫切需要解决的经 济战略问题。在这种情况下，利用好国内现有资源，对有效抑制国际铁矿石价 格上涨、降低钢铁工业对境外铁矿资源的依赖程度、推动我国国民经济持续、 健康、协调发展显得十分重要。我国铁矿资源丰富，但大多为低品位、杂质含 量复杂的难选矿，在现有的技术经济条件下，得不到有效地开发利用。在我国 铁矿石供应日趋紧张的形势下，加大科研投入，突破难选矿利用技术难关，最 大限度地利用好国内铁矿资源，适应钢铁工业的飞速发展，必将具有重大的经 济效益和社会效益。 武汉理：大学硕士学位论文 1 2 我国铁矿石资源 1 2 1 国内铁矿资源特点 国土资源部矿产资源储量司的有关材料表明：中国铁矿资源并不缺乏，已 探明2 0 3 4 处铁矿石产地，铁矿石资源量达5 8 1 1 9 亿吨，居世界第四位。但是我 国铁矿品位平均品位仅为3 3 ，低于世界平均品位1 1 个百分点，已探明储量中 9 7 为贫矿。我国铁矿资源主要具有以下特点1 6 j ： 1 ) 我国铁矿资源分布广泛，几乎全国各地都有。贫矿多、富矿少，贫矿约 占总储量的9 4 6 。我国的铁矿资源平均品位只有3 2 6 7 左右，低于世界平均 品位1 1 个百分点，需经选矿才能利用。 2 1 共生、伴生组分多。除沉积变质的鞍山式铁矿成分比较单纯外，其它铁 矿，大多组成复杂，如岩浆型攀枝花式铁矿含钒、钦、钻、镍；接触交代型铁 矿含铜、硫、钻、金( 如大冶) 、锡( 如大顶、黄岗) ；沉积变质热液改造型铁矿含 稀土、妮( 如白云鄂博) 、铝( 0 n 马坑) 。这些多种共生、伴生组分的铁矿储量约占 总储量的三分之一左右。我国主要铁矿石常见类型见表1 3 。 3 ) 矿物嵌布粒度细。我国铁矿石资源，大多属于细粒、微细粒嵌布的矿石。 要达到铁矿物基本单体解离的选别要求，大部分矿石的磨矿细度要达到2 0 0 目 占7 0 9 0 ，有的则要磨到2 8 0 目、3 2 5 目、甚至4 0 0 目。还有占一定储量比例 的鲕状铁矿石，铁矿物的嵌布粒度为几微米，几十微米。 在我国探明的5 8 1 1 9 亿吨铁矿石资源中，弱磁性铁矿石约有1 3 0 亿吨，弱 武汉理r 大学硕十学位论文 磁性铁矿石按矿物种类分为：赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿、镜铁矿。目前，世界 各国各类矿石选矿量所占例为：赤铁矿( 包括赤一磁铁矿) 8 3 7 ，菱铁矿、褐铁 矿、镜铁矿共占1 6 3 。我国各类弱磁性铁矿石的累计探明诸量、保有储量、采 出量及资源利用率列于表1 4 。可见，在我国弱磁性铁矿石资源中赤铁矿所占比 例最大，但由于选矿技术等原因资源利用率不高【7 8 匕 表l 一3 我国铁矿床的主要类型 表l 一4 我国各类弱磁性铁矿储量及利用率 1 2 2 高磷赤铁矿资源现状 赤铁矿是自然界分布极广的铁矿物，是重要的炼铁原料，也可用作红色颜 武汉理一r 大学硕十学位论文 料。赤铁矿的化学成分为f e 2 0 3 ，晶体属三方晶系的氧化物矿物，与等轴晶系的 磁铁矿成同质多象，单晶体常呈菱面体和板状，集合体形态多样，有片状、鳞 片状( 显晶质) 、粒状、鲕状、肾状、土状、致密块状等。显品质呈铁黑至钢灰 色，隐晶质呈暗红色，条痕为樱红色，金属光泽至半金属光泽，摩氏硬度为 5 5 6 5 ，密度5 肛5 3 9 c m 3 。呈铁黑色、金属光泽的片状赤铁矿集合体称为镜铁 矿；呈灰色、金属光泽的鳞片状赤铁矿集合体称为云母赤铁矿；呈红褐色、光 泽暗淡的称为赭石；呈鲕状或肾状的赤铁矿称为鲕状或肾状赤铁矿；由胶体凝 聚作用形成的矿物称为胶体矿物，例如河水携带大量胶体，在出口处与海水相 遇，由于海水中含有大量电解质，使河水中的胶体产生胶凝作用，形成胶体矿 物，滨海地区的鲕状赤铁矿就是这样形成的。世界著名的铁矿床有美国的苏必 利尔湖和克林顿、俄国的克里沃伊洛格和巴西的迈那斯格瑞斯，我国著名的产 地有辽宁鞍山、甘肃镜铁山、湖北大冶、湖南宁乡和河北宣化。鲕状赤铁矿岩 常形成大型铁矿，例如法国的洛林铁矿、美国的克林顿铁矿以及我国北方的宣 龙式铁矿、南方的宁乡式铁矿，均具有良好的开采条件。 世界范围内存在大量高磷铁矿石，在北美s u p e r i o r 地区、m i n n e s o t a 地区、 北欧，澳大利亚、沙特阿拉伯和我国的长江流域等地区均有大储量的含磷弱磁 性铁矿石存在【9 1 。我国高磷铁矿石储量占总储量的1 4 8 6 ，近8 0 亿吨。这些含 磷弱磁性铁矿石主要有热液型和沉积型赤铁矿和菱铁矿。热液型铁矿石中磷的 赋存状态主要以磷灰石为主，沉积型铁矿石中的磷呈鲕粒状胶磷矿存在。铁矿 石中的磷主要以磷灰石或碳氟磷灰石形态与其它矿物共生，浸染于氧化铁矿物 的颗粒边缘，嵌布于石英或碳酸盐矿物中，少量赋存于铁矿物的晶格中。且磷 灰石晶体主要呈柱状、针状、集晶或散粒状嵌布于铁矿物及脉石矿物中，粒度 较小，有时甚至是在2 微米以下，不易分离，属于难选矿石。 1 2 3 鄂西高磷赤铁矿资源现状 “宁乡式”铁矿是我国分布最广、储量最多最重要的沉积型铁矿床【io ，广 泛分布于铁矿资源贫乏的鄂、湘、赣、川、滇、黔、桂等华中、西南地区和甘 肃南部地区，储量很大，约占我国铁矿资源的1 9 。现己探明该类铁矿储量已达 3 7 2x 1 0 8 吨( 含表外储量) ，占全国沉积铁矿探明储量的7 3 5o o ；矿石主要由鲕 状赤铁矿组成，次有菱铁矿、鲕绿泥石和褐铁矿，含铁品位( 包括以下“含量” 均为质量分数) 一般为3 0 4 5 ，含磷通常偏高，介于0 4 1 1 之间， 磷的含量通常与矿床所处的地理位置有关。影响“宁乡式”铁矿利用的主要原因是 4 武汉理j t ：大学硕士学位论文 矿石含磷过高，具鲕状结构，通过机械选矿方法富铁脱磷十分困难。资料显示， 同为高磷鲕状赤铁矿的法国阿尔萨斯洛林铁矿，其铁品位和含磷量与“宁乡式” 铁矿相近，2 0 世纪2 0 年代就已开采并用来冶炼钢铁，是法国、德国、比利时等 国铁矿主要来源之一。排出的钢渣成为“钢渣磷肥”副产品，这种磷肥曾是欧洲一 些国家磷肥的主要来源。 鲕状赤铁矿一般有钙质鲕状赤铁矿和砂质鲕状赤铁矿，在铁矿层中，常和 菱铁矿、鲕绿泥石共生；有的矿区矿层中矿相变化较大，例如云南寸田矿区主 矿体东部以氧化相鲕状赤铁矿为主，中部以氧化相中性相的菱铁矿鲕状赤铁矿 氇而绿泥石为主，西部以弱还原相的菱铁矿、鲕绿泥石以及鲕绿泥菱铁矿石为主。 鲕状构造的矿石被世界选矿界公认为难选矿，常由于其鲕状结构的不同而 采取不同的方法。一般鲕状构造的矿石，胶结物为疏松的脉石矿物，通常可采 用洗矿、筛分的方法得到较粗颗粒的精矿。复杂形态的鲕状构造的矿石居多， 当鲕粒为有用矿物组成，胶结物为脉石矿物，此时磨矿粒度应取决于鲕粒的粒 度，精矿质量也取决于鲕粒中有用成分的含量；鲕粒为多种矿物( 有用矿物和脉 石矿物) 组成的同心环带状构造时，若鲕粒核心大部分为一种有用矿物组成，另 一部分鲕核为脉石矿物所组成，胶结物为脉石矿物，此时可在较粗的磨矿细度 下( 相当于鲕粒的粒度) 得到粗精矿和最终尾矿。欲再进一步提高粗精矿的质量， 常需要磨到相当于鲕粒环带的尺寸，再进行选别作业，不过回收率和精矿质量 不能兼得i l 2 。 磷是钢铁冶炼过程中主要的有害元素之一，目前，冶金工业要求赤铁矿中 磷的含量在0 2 0 以下，主要是因为磷进入金属中，使钢冷却时变脆，严重影响 生铁和钢的质量。高磷鲕状赤铁矿石由于脱磷困难，很难达到炼铁的要求，故 往往只能作为炼铁时的配料【1 。 1 3 高磷铁矿提铁降磷技术概况 随着冶金工业的发展和新工艺的实施，对铁精矿的质量要求越来越高，对 磷的含量也有严格的限定。铁精矿高效降磷迫在眉睫，有效地回收和利用高磷 铁矿这部分资源己成为选矿工作者主要研究课题之一。针对不同的含磷铁矿石， 国内外专家进行了较为深入的脱磷研究。目前，高磷铁矿石的降磷方法主要有 选矿法、化学法、微生物法及冶炼法。 武汉理i ：大学硕士学位论文 1 3 1 选矿法 1 ) 磁选 瑞典k i r u n a 选矿厂处理的高磷磁铁矿，原矿铁品位6 1 ，而含磷高达1 。 选矿厂将矿石磨至4 4 t m 占8 5 ，应用a t r a c 系列捕收剂，采用磁选预选反 浮选( 脱磷) 一磁选工艺流程，获得了铁品位大于7 1 、含磷小于o 0 2 5 的优质 铁精矿【1 4 】。上海梅山铁矿随着矿山开采深度增加，磷含量明显增高到0 4 0 左右， 严重影响铁精矿质量。从1 9 9 6 年开始经过试验研究，采用弱磁选一强磁选降磷工 艺( 使用s l o n 型立环脉动高梯度强磁选机) ，取得了铁精矿品位5 6 0 8 ，铁精 矿含磷由0 3 9 9 降到0 2 4 6 ，铁回收率9 4 5 1 的较好指标【1 5 j 。马钢姑山铁 矿高磷铁矿石原矿含磷平均0 5 7 ，难磨难选。以前的工艺和设备达不到马钢公 司对精矿的要求( 铁精矿品位 5 8 8 0 ，含磷s o 2 5 ) 。采用s l o n 型立环脉动 高梯度磁选机一次粗选、一次精选、一次扫选的工艺流程后，在给矿品位4 5 8 6 、 含磷0 4 5 6 、磨矿细度7 4 u m 占8 0 时，铁精矿品位达到6 0 0 0 以上，含磷 0 2 0 7 ，下降了0 2 5 左右，取得了良好的降磷效果和经济效益【15 1 。 2 ) 反浮选 铁矿物反浮选经常用以各类淀粉为抑制剂【1 纠引，脂肪酸皂【19 2 u 类作捕收剂。 用阴离子捕收剂浮选磷矿物，其适宜p h = 1 0 左右，并且矿浆加温有利于改善降 磷效果。北京科技大学对上海梅山铁矿高磷铁矿石进行反浮选降磷试验，使用 碳酸钠为p h 调整剂、水玻璃为抑制剂、s 0 8 1 为捕收剂，取得了铁精矿品位 5 4 0 0 、含磷0 1 5 、铁回收率9 5 0 0 的较好指标；马鞍山矿山研究院则使用 h 9 0 7 为捕收剂、水玻璃为抑制剂，在磨矿细度为7 4 u m 占7 0 条件下，采用反浮 选脱磷流程获得铁精矿品位5 5 3 5 、含磷0 1 8 、铁回收率9 6 7 7 的较好指标【2 2 1 。 陈雯等【2 3 】用采用混浮再分离工艺降低梅山铁精矿硫、磷含量，扩大连续试验结 果表明：以重选铁精矿作为原矿，在磨矿粒度一7 6 u m 占6 5 - 一7 0 的条件下，采 用碳酸钠、水玻璃、淀粉、丁黄药、脂肪酸类捕收剂和硫酸铜作浮选药剂，铁 精矿中硫、磷含量可分别降至0 2 5 和o 1 9 ，精矿铁品位达n 5 4 5 3 ，铁回收 率9 1 9 6 ，铁精矿碱度0 8 1 。采用酸化水玻璃作抑制剂，对硫、磷混合泡沫进行 再分离，可得到硫品位大于3 2 ，回收率大于7 2 的硫精矿。 孙克己等【2 4 】对某弱磁性高磷铁矿五用碳酸钠为介质调整剂、水玻璃为抑制 剂、k h 捕收剂进行弱磁性铁矿石反浮选降磷研究，将铁品位从4 5 4 3 提高到 4 7 4 6 ，磷品位从0 4 1 6 降至0 1 8 4 。铁作业回收率9 3 9 1 ，作业脱磷率达 6 0 3 7 ，效果良好。 6 武汉理i ：人学硕士学位论文 c h a d o rm a l u 2 5 】矿山是伊朗最重要的三大矿山之一，位于伊朗中部，铁矿物 主要为磁铁矿、假象赤铁矿、赤铁矿，铁矿物与磷灰石、硅酸盐矿物致密共生。 c h a d o rm a l u 选矿厂采用强磁选一反浮选法脱磷，采用新型捕收剂在最佳工艺条 件下可获得铁品位6 7 1 0 、回收率8 2 8 0 ，磷品位o 0 4 1 的优良指标。 3 ) 选择性团聚一反浮选 选择性团聚分选工艺为微细粒嵌布的矿物分选提供了条件，其工艺主要有 高分子絮凝分选、疏水聚团分选、磁聚团与磁种聚团分选以及复合聚团分选。 高分子絮凝分选是通过高分子聚合物的桥联作用使微细矿粒絮凝后进行分 选。高分子絮凝在固液分离和水处理技术方面已有广泛应用，处理微细粒弱磁 性铁矿石也有成功的工业应用。自1 9 6 4 年开始，选择性絮凝分选工艺曾用于加 拿大斯奈克雷文矿床的高磷铁矿石脱磷研究，其主要工艺过程是经过两段聚团 分选，由含铁5 4 6 0 、磷0 3 9 的原矿，到含铁6 8 9 0 、含磷低于0 0 2 的铁 精矿，铁回收率8 5 0 0 。美国蒂尔登高磷铁矿石采用选择性絮凝脱泥阴离子反 浮选工艺流程，当磨矿细度2 5 p m 占9 4 7 0 时，精矿产率4 3 8 1 ，含磷、铁、 s i 0 2 分别为0 0 3 0 、6 5 5 0 、4 2 1 ，回收率为7 9 6 7 2 6 1 。纪军【2 2 1 对“宁乡式 鲕状高磷铁矿石进行了降磷试验，原矿含铁5 2 5 9 、磷0 5 7 ，采用选择性絮 凝反浮选工艺，小型闭路试验指标为铁精矿含铁5 4 1 1 ，含磷0 2 3 6 ，铁回收 率达9 0 5 7 。 自1 9 8 3 年以来，j s i i r k 等人一直在进行t i l d e n 高磷氧化铁隧岩脱磷研究工 作。他们采用选择性絮凝脱泥阳离子反浮选流程，以胺为硅石捕收剂、a r t a c 一8 7 3 为磷捕收剂，按照图1 一l 、图1 2 所示流程对磷硅单独浮选和磷硅混合浮选分别 进行了研究。磷硅混合浮选流程开路试验指标为：铁精矿品位6 5 0 0 ，含磷 0 0 2 9 0 0 3 0 ，铁回收率6 3 7 0 。长沙矿冶研究总院以r a 一3 1 5 捕收剂，采用反 浮选工艺，对美国t o s h i 公司提供的t i l d e n 铁矿高磷综合样进行了实验室小型试 验研究。以c a c l 2 为石英活化剂，淀粉为铁矿物抑制剂，r a 3 巧为捕收剂进行 磷硅混合反浮选，取得了铁品位6 5 5 0 ，含磷0 0 3 0 0 ，铁回收率7 9 6 7 的闭路 试验指标。 林祥辉【2 7 】等人以r a 3 1 作捕收剂，d a 1 8 作絮凝剂，采用磁选絮凝脱泥 反浮选流程对鄂西铁矿进行了闭路试验研究，获得铁精矿铁品位为5 6 2 9 ，回 收率为5 9 2 1 ，含磷量为0 1 0 9 。这是目前国内( 不采用还原焙烧提铁和浸 出法除磷) 选别该类矿石所能达到的较好选别指标。 张芹【2 8 】等人对湖北巴东鲕状赤铁矿进行了选矿试验研究，确定了选择性絮 凝脱泥阴离子反浮选的试验流程。采用添加分散剂、g d f 絮凝剂选择性絮凝 武汉理j ：人学硕十学位论文 脱泥、c a 2 + 活化硅矿物、淀粉抑制铁矿物、油酸为捕收剂阴离子反浮选工艺，可 以取得铁精矿含铁品位5 6 2 3 ，含磷o 0 9 8 ，铁回收率7 5 2 8 的选矿指标。 原矿 图1 1 磷硅单独浮选流程 原矿 铁精矿磷、硅 图1 2 磷硅混合浮选流程 泥 泥 疏水聚团分选是根据矿物颗粒表面选择性疏水化而成团的一种聚团行为。 疏水聚团分选工艺的一个基本特征是需要较长时间的中等或强烈搅拌，强湍流 条件赋予矿粒足够大的动能以克服颗粒涮排斥势垒，并增大聚团速率。 磁聚团是微细矿粒在外界磁场作用下，主要依靠磁力聚团后进行分选的工 武汉理。r 火学硕十学位论文 艺。对于弱磁性铁矿物而言，要获得稳定的磁聚团体，临界磁场强度一般为o 5 0 6t 。弱磁性铁矿的磁种以有无外界磁场存在而分为外磁场中的磁种团聚和无 外磁场的磁种团聚，这种工艺中的磁种添加量以及磁种的制备、回收与再利用 问题己引起人们的重视弘。 4 ) 磁化焙烧一弱磁选 磁化焙烧弱磁选是处理低品位难选弱磁性铁矿石的一种常用的方法p o 3 1 3 2 1 ，根据焙烧气氛的不同，铁矿石的磁化焙烧可分为还原焙烧、中性焙烧和氧化 焙烧。对于嵌布粒度极细，矿石结构、构造较复杂的鲕状铁矿石，在目前条件 下，磁化焙烧一弱磁选是较好的处理方法。四川某高磷鲕状赤褐铁矿，原矿含3 8 左右，主要以鲕状赤褐铁矿形式存在，鲕粒内有害杂质磷严重超标，磷矿物和 铁矿物相互浸染，嵌布粒度极细。李广涛【3 3 1 等对此难选高磷鲕状赤褐铁矿进行 了焙烧一弱磁选试验研究，在最佳工艺条件下，可获得精矿铁品位大于6 0 ，磷 品位小于0 3 ，铁回收率大于7 0 的优良选矿指标。刘千帆【3 4 】对黑鹰山矿焙烧 磁选法脱磷试验室研究及工业试验表明：酒钢选矿厂在块矿系统中配入1 0 左 右黑鹰山高磷富矿，可以获得磁选精矿铁品位5 7 7 4 ，回收率7 6 1 3 ，磷品位 o 1 5 2 ，脱磷率6 9 9 9 的优良选矿指标。袁启东【”】等对云南东川包子铺难选高 磷赤褐铁矿进行了选矿试验研究，采用阶段磨矿高梯度强磁选粗粒抛尾正浮选 除磷一反浮选得精的工艺流程进行扩大连选试验，获得了铁精矿铁品位5 8 7 2 ( 烧后6 2 1 3 ) 、含磷o 3 9 7 ，铁回收率5 8 2 0 的选别指标。 1 3 2 化学法 化学法脱磷就是以硝酸、盐酸或硫酸对矿石进行酸浸脱磷。该方法是一种 较为有效的脱磷方法，而且矿石中磷矿物无须完全单体解离，只要暴露出来与 浸出液接触就可以达到降磷的目的【3 6 37 1 ，但化学方法脱磷耗酸量大、成本高， 而且容易导致矿石中可溶性铁矿物溶解，造成铁的损失。乌石山铁矿属于“宁乡 型”鲕状嵌布式胶磷态中的高磷铁矿，卢尚文【38 j 等人采用解胶酸式浸矿进行了乌 石山铁矿抗盐保铁脱磷的试验研究，流程见图1 3 ，采用该方法能有效地脱除乌 石山铁矿石中4 0 5 0 磷，并且提高铁品位4 - - 6 个百分点左右。该工艺是“宁 乡型”铁矿脱磷的一种新方法，不用磨矿和焙烧，直接堆浸或容器浸取。 9 武汉理1 = 大学硕十学位论文 乌石山胶磷铁矿 广一 解股荆 r 。1 。1 。”1 。1 叫 解胶漫矿 l 酸性浸矿介质 i补液后返同浸矿 土 固体 袍渣进入铁矿石少量 脱磷铁矿石( 残鳞搴小于o 。2 5 ) 图1 3 乌石山胶磷铁矿降磷流程 超声波酸浸即利用超声波清洗矿物表面进行浸出。由于机械搅拌酸浸时所 生成的c a s 0 4 、c a c l 2 等易与矿物表面生成难溶膜，机械搅拌又不能很好地起 到清洗作用，从而阻碍了浸出过程。超声波酸浸则很好的解决了难溶膜问题， 使铁精矿含磷明显降低。石原透等应用超声波酸浸脱磷工艺对美国内华达出产 的高磷磁铁矿和赤铁矿进行了脱磷研究。试验中磁铁矿试样含磷o 6 7 1 ，粒度 为0 5 8 9m m ，超声波频率2 0k h z ，酸浓度5 ，浸出时间1 5m i n 。最终结果为： 使用硫酸时含磷0 0 7 ( 为机械搅拌酸浸的1 1 4 ) ，使用盐酸时含磷o 0 6 ( 为机 械搅拌酸浸的1 7 ) ，铁回收率均为9 5 以上。 含磷钛铁矿精矿主要含钛、铁、磷三种成分，粒度主要分布在0 4 5 0 0 7 4m r n 粒级中，磷在钛铁矿中的赋存形态以磷灰石为主，极少数以独居石形态存在。 磷矿物与钛矿物紧密镶嵌，形成不等粒连生体，欲使两者单体解离，需要极高 的磨矿细度。罗绍尧【3 9 】等人在用高浓度选择性酸浸法降磷时，采用粗磨、浸出， 浸出后矿浆经三次错流洗涤、沉降倾析、干燥的工艺流程。在最佳工艺技术下， 对物料进行扩大试验，粗精矿含磷o 1 8 时，所得钛铁矿精矿含磷0 0 1 6 ，脱 磷率9 1 4 7 ，钛铁矿的回收率为9 5 9 6 。此法与反浮选法和稀酸浸出法比， 脱磷率更高，脱磷过程中钛铁矿的浸出损失更少，选择性好，钛的回收率高， 般不需磨矿，不需加温且试剂消耗量少。 l o 武汉理t 大学硕+ 学位论文 1 3 3 微生物法 微生物脱磷主要是通过代谢产酸降低体系的p h 值，使磷矿物溶解，同时代 谢酸还会与c a “、m 9 2 + 、a 1 3 + 等离子螯合，形成络合物，从而促进磷矿物的 溶解【4 0 4 。黄剑胯【4 2 】等人从铁矿井下废水中采集硫杆菌种，进行强化培养，用 以转化铁矿石中的硫化物。将矿样用硫杆菌进行预处理，将不溶性的硫化物转 化为可溶性硫酸，使包藏在铁矿石内部的微细磷酸钙暴露在溶液中，以便于发 生化学反应而溶出。硫杆菌在此作用下改变了包围在磷灰石周围的硫化物的化 学成分和结构状态，打开了磷与周围溶液接触的通道，解除了磷的封闭状态， 使包藏极紧密、组成极复杂的含磷结构瓦解，对磷的溶出起到了预处理作用。 此时溶磷剂s p 2 9 能有效脱磷，使铁矿石中的磷含量降低到0 2 以下。该生物 技术还可将尾矿废液作为铁磷复合肥料进行开发，不仅可以减少对环境的污染 而且还可加强资源的综合利用。何良菊【4 3 】等人从梅山铁矿高磷铁矿石中磷的赋 存状态、嵌布特征及磷铁关系着手，进行了氧化亚铁硫杆菌( t l f 菌) 氧化黄铁矿 生产浸出液及以此浸出液浸矿脱磷的研究。用t 1 f 菌氧化黄铁矿生产浸出液， 反应4 0d 后溶液p h 值可达0 8 。当培养基初始p h 值为1 8 、初始f e 浓度为4 5 l 时最有利于t l f 菌的氧化产酸。试验结果表明，以t l f 菌氧化黄铁矿所生 产的浸出液对高磷铁矿石浸出脱磷，脱磷率可达7 6 8 9 ，进一步说明微生物氧 化黄铁矿产酸酸浸脱磷的途径是可行的。 1 3 4 冶炼法 为了控制炼钢入炉铁水含磷量，高炉铁水需进行脱磷处理。冶炼脱磷即铁 水预处理脱磷，其基本原理为炼钢铁水在入转炉或电炉前，以碱性氧化物或碱 性渣与铁水中的磷发生反应形成磷渣进行脱磷。此法效果非常好，但成本高昂， 且冶炼脱磷在我国还处于基础研究阶段。日本新日铁开发了一项在同一座转炉 中先实施铁水脱磷，再进行连续脱硅、脱碳处理，中间插入排渣工序的精炼新 工艺l 删。由于脱碳渣全部留在炉内用于下一炉铁水的脱磷处理，排渣量很少。 经8 t 实验转炉试验，已明确该工艺的各种特性，证实该工艺采取增加氧流量和 添加铁矿石的做法能提高脱磷速度、精炼效率，而且炉渣碱度低，脱碳渣能循 环用于下一炉铁水的脱磷，因而生石灰单耗也较低。目前，国外在低磷( o 1 5 以下) 铁水的脱磷方面已有较为成熟的经验【4 孓4 引。脱磷工艺有下列几种： 1 1 在高炉出铁场脱磷。如意大利塔兰托厂，向高炉出铁场摆动流咀下面的 武汉理一t i 火学硕十学位论文 铁流喷吹脱磷剂进行脱磷。喷吹脱磷剂5 0 , - - - 5 5k g t 铁后，铁水的含磷量由0 0 8 降至0 0 2 。此工艺较简单，适用于处理低磷铁水，其主要缺点是脱磷率低， 操作环境差。 2 ) 在铁水预处理站脱磷。日本广泛采用了此种工艺，根据不同渣系，各公 司先后开发了s a r p s m p 和o r p 等脱磷方法。这些方法处理低磷( 小于o 1 5 ) 铁水效果颇佳，脱磷率可达9 0 - - 9 5 ，但处理时间长、铁水温降大( 1 0 0 1 7 0 ) 且需要扒渣。有的公司为了减少铁水温降，在喷吹固体氧化剂的同时，喷入 一定的氧气，气氧比越高、温降越小。 3 ) 在转炉内脱磷。如神户制钢加古川厂的o l i p s 法，在吹氧的同时将一根 副枪插入熔池喷入脱磷剂以达到脱磷的目的，脱磷后的铁水兑入另一转炉炼钢； 再如神户制钢鹿岛厂的s r p 法，其原理是利用两个转炉构成两个逆流反应器。 铁水兑入一个转炉后，从顶部加入脱磷剂( 转炉渣或矿石+ 石灰+ 萤石) 并吹入一定 量的氧气，脱磷后的铁水( 半钢) 倒入另一个转炉炼钢。这种工艺具有处理时间短 ( 2 5 - - 1 0m i n ) 、铁水温降小( 基本不降温甚至可以吃少量废钢) 、反应空间大、脱 磷剂消耗少、不必扒渣、金属回收率高等优点，被认为是十分经济的铁水脱磷 法。 1 4 高磷铁矿提铁降磷存在的问题和发展方向 1 4 1 高磷铁矿脱磷目前存在的问题 近年来对于铁矿降磷的研究已取得了一些成绩，但还未能从根本上解决问 题。总的来说还存在以下几个方面的问题： 1 ) 由于铁矿中磷矿物的嵌布粒度较细，所以通常都要细磨，这样就降低了 球磨机的处理效率，同时也增加了产品沉降、浓缩的困难。特别是尾矿的浓缩 十分困难，严重影响循环水的水质和利用率。 2 ) 用磁选法降磷时，强磁设备容易堵塞。其主要原因有两个方面：一是循 环水中的某些化学成分造成强磁选机介质腐蚀，介质表面粗糙易卡矿石；二是 脱渣筛的脱渣效果差，一些大颗粒矿石进入强磁选机造成堵塞。 3 ) 除磷率低，铁损失量大，回收率低。从磁选工艺降磷来说，一方面由于 高梯度磁选机分选介质本身形成的磁场梯度还不够大，再加上磨损和分选空间 的堵塞，使分选条件恶化，导致精矿质量下降，尾矿品位升高，铁损失量增大； 另一方面，在强大的磁力作用下，精矿中非磁性脉石矿物和贫连生体颗粒机械 1 2 武汉理工大学硕十学位论文 夹杂严重，采用中矿冲洗水冲洗或脉动冲洗使铁损失增加。从浮选工艺降磷来 说，目前采用较多的都是阴离子反浮选，由于磷矿物和铁矿物的可