（化学工艺专业论文）生物质还原磁化高磷赤铁矿脱磷及硫酸烧渣选铁实验研究.pdf

w u h a ni n s t i t u t eo ft e c h n o l o g y w u h a n ，h u b e i4 3 0 0 7 4 ，p rc h i n a m a y , 2 0 1 0 i i i i l l1 1 11 1 0 8 6 4 摘要 摘要 铁矿石作为生产钢铁最主要的原材料之一。随着经济高速发展， 我国铁矿石进口量逐年增加，但近年来国际铁矿价的飞速上涨，对我 国钢铁企业造成了很大的压力。因此积极有效的开发我国贫矿、复杂铁 矿资源，对推进我国国民经济持续健康的发展，显得十分重要。 本文主要对难选鄂西高磷赤铁矿磁性转化脱磷和硫酸烧渣提铁除杂 工艺进行研究。在高磷赤铁矿磁化脱磷实验中以生物质锯木作为还原剂 还原磁化焙烧赤铁矿，再通过动态磁选的方法回收铁精矿。实验讨论了 矿物颗粒、生物质与矿的物料比、焙烧时问、焙烧温度等条件对赤铁矿 的磁转化率及脱磷率的影响。并通过热分析和x r d 结果提出还原磁化焙 烧机理。同时确定了磁选转速、磁选时间等选矿参数。研究表明在最佳 工艺条件：生物质用量为铁矿的2 0 ，焙烧温度为6 5 0 ，焙烧时间4 0 m i n ，磁选转速为6 0 0r m i n ，磁选时间4 0m i n 时可得到6 4 0 5 的铁精矿， 脱磷率为6 5 6 4 。在硫酸烧渣提铁降杂实验中采用动态磁选工艺回收磁 性铁，考察了磨矿细度，磁场强度，磁选时间，磁选转速，漂洗水用量 等因素的影响，为该选矿方法提供数据基础。结果表明当磨矿细度小于 7 4 1 a m ，磁选转速为1 0 0r m i n ，磁选强度为7 0 0m t ，磁选时间为5m i n ， 冲洗水用量为2 0 0 0m l m i n 时，精矿铁品位达6 1 6 4 ，硫品位达0 5 3 ， 铁回收率达8 0 8 6 。 关键词：高磷赤铁矿；脱磷；生物质；硫酸烧渣；动态磁选 武汉： 程人学硕士学位论文 u a b s t r a c t a b s t r a c t t h ei r o no r ei so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr a wm a t e r i a l so fp r o d u c i n g s t e e l w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m y , o u r c o u n t r y si r o no r ei m p o r t v o l u m ei n c r e a s e sy e a r b y y e a r , b u t ，i nr e c e n ty e a r s ，t h er a p i dr i s eo f i n t e r n a t i o n a li r o no r e p r i c eh a s c a u s e dal o to fp r e s s u r et oo u rs t e e l c o r p o r a t i o n s c o n s e q u e n t l y , t h ea c t i v ea n de f f e c t i v ed e v e l o p m e n to fo u rl o w g r a d ea n dc o m p l e xi r o n o r ei s v e r yi m p o r t a n tt op r o m o t eh e a l t h ya n d s u s t a i n e dd e v e l o p m e n to fo u rn a t i o n a le c o n o m y i nt h i sp a p e r , d e p h o s p h o r i z a t i o na n dm a g n e t i cc o n v e r s i o no fh u b e i w e s t e r nh i g hp h o s p h o r o u sh e m a t i t eo r e ，q u a l i t yi m p r o v e m e n ta n di m p u r i t y r e d u c t i o nf r o m p y r i t e c i n d e r sw e r es t u d i e d i nt h e e x p e r i m e n t o f m a g n e t i z a t i o na n dd e p h o s p h o r i z a t i o no fh i g hp h o s p h o r o u sh e m a t i t eo r e ， b i o m a s ss a w d u s tw a su s e da sr e d u c t a n tf o rm a g n e t i cr e d u c t i o nr o a s t i n go f h e m a t i t eo r e ，a n dt h e nt h et e c h n i q u eo fd y n a m i cm a g n e t i cs e p a r a t i o nw a s u s e dt or e c y c l et h ei r o no r ec o n c e n t r a t e s t h ee f f e c to fo r ep a r t i c l e s i z e ， w e i g h tr a t i oo fo r et ob i o m a s s ，r o a s t i n gt i m e ，r o a s t i n gt e m p e r a t u r eo n m a g n e t i cc o n v e r s i o nr a t eo fh e m a t i t eo r ea n dd e p h o s p h o r i z a t i o nr a t ew e r e d i s c u s s e di nt h i se x p e r i m e n t ab r i e fa c c o u n to ft h ef u n d a m e n t a lm e c h a n i s m o fr e d u c t i o nw a sg i v e nb yt h em e t h o do ft h et h e r m a la n a l y s i sa n dx r a y d i f f r a c t i o n a tt h es a m et i m e ，t h em a g n e t i cs e p a r a t i o nc o n d i t i o n ss u c ha s s t i r r i n gs p e e da n dm a g n e t i cs e p a r a t i o nt i m ew e r ei n v e s t i g a t e d i r o ng r a d ec a n r e a c hm o r et h a n6 4 0 5 ，d e p h o s p h o r i z a t i o nr a t er e a c hm o r et h a n6 5 6 4 u n d e rt h eo p t i m a lt e c h n o l o g yc o n d i t i o nw h i c hw a sd e t e r m i n e da st h ea m o u n t o fb i o m a s sa t2 0 ，r o a s t i n gt e m p e r a t u r ea t6 5 0 cf o r4 0m i n ，s t i r r i n gs p e e da t 6 0 0r r a i nf o r4 0m i n i nt h ee x p e r i m e n to fi r o ni m p r o v e m e n ta n di m p u r i t y r e d u c t i o nf r o mp y r i t ec i n d e r s ，t h et e c h n i q u eo f d y n a m i cm a g n e t i cs e p a r a t i o n i 武汉t 程大学硕士学位论文 w a su s e dt or e c y c l et h em a g n e t i ci r o n t h ee f f e c to fg r i n d i n gf i n e n e s s ， m a g n e t i cf i e l di n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t i o ns p e e d ，m a g n e t i cs e p a r a t i o nt i m e a n dr i n s i n gw a t e rf l o wr a t ew e r ei n v e s t i g a t e d i tw a sf o u n dt h a tw h e ng r i n d i n g f i n e n e s su n d e r7 4l am ，m a g n e t i cf i e l di n t e n s i t ya t7 0 0m t ，s t i r r i n gs p e e da t 10 0r m i nf o r5m i n ，r i n s i n gw a t e rf l o wr a t ea t2 0 0 0m l m i n ，t h ei r o ng r a d e c a nr e a c hm o r et h a n61 6 4 ，i r o nr e c o v e r yr a t er e a c hm o r et h a n8 0 8 6 ， s u l f u rg r a d er e a c hm o r et h a n0 5 3 k e yw o r d s ：h i 曲p h o s p h o r o u sh e m a t i t eo r e ；d e p h o s p h o r i z a t i o n ；b i o m a s s ； p y r i t ec i n d e r s ；d y n a m i cm a g n e t i c i v 目录 目录 摘要- i a b s t r a c t - - - - i i i 第一章文献综述1 1 1 铁矿资源概况1 1 1 1 世界铁矿资源概况及特点1 1 1 2 国际铁矿石贸易一3 1 1 3 我国铁矿资源概况及特点4 1 1 4 我国高磷铁矿石概况一6 1 1 5 我国硫酸烧渣概况7 1 2 生物质概况和特点7 1 3 高磷铁矿石除磷的工艺进展8 1 3 1 酸浸9 1 3 2 还原焙烧9 1 3 3 高梯度磁选1 0 1 3 4 反浮选、磁选一反浮选联合工艺1o 1 3 5 选择性聚团一反浮选1 0 1 3 6 微生物浸出11 1 4 硫酸烧渣选铁脱硫工艺进展1 2 1 4 1 磁选法l2 1 4 2 浮选法1 2 1 5 选题背景及意义1 3 第二章实验试剂、仪器和分析方法15 2 1 实验试剂l5 2 2 实验仪器1 5 v 武汉t 程大学硕- t 学位论文 2 3 实验分析方法16 第三章生物质磁化高磷赤铁矿脱磷选铁实验研究19 3 1 实验原料1 9 3 2 实验流程及装置2 0 3 3 焙烧还原机理探讨2 2 3 4 生物质燃烧特性试验2 2 3 4 1 生物质燃烧特性分析2 3 3 4 2 挥发份燃烧动力学模型的建立2 4 3 5 结果与讨论2 7 3 5 1 磨矿细度的影响2 7 3 5 2 生物质用量的影响2 9 3 5 3 焙烧温度的影响3 0 3 5 4 焙烧时间的影响31 3 5 5 磁选转速的影响3 3 3 5 6 磁选时间的影响3 4 3 6 生物质对不同高磷铁矿还原作用的比较3 6 3 7 不同焙烧温度下焙烧产物的x r d 分析3 8 3 8 本章小结3 8 第四章硫酸烧渣选铁脱硫实验研究一41 4 1 实验原料4 1 4 1 1 原料元素分析4 1 4 1 2 硫酸烧渣粒度分析4 1 4 2 实验流程4 2 4 3 实验装置4 3 4 4 漂洗实验4 4 4 5 结果与讨论4 5 v l 目录 4 5 1 磨矿细度的影响4 5 4 5 2 磁选转速和磁场强度的影响4 6 4 5 3 磁选时间的影响4 9 4 5 4 冲洗水用量的影响5l 4 6 对其它类型硫酸烧渣的研究5 2 4 7x r d 结果分析一5 3 4 8 本章小结5 3 第五章结论与建议一5 5 5 1 结论”5 5 5 2 建议一5 6 参考文献5 7 致谢6 3 硕士期间发表的论文6 5 v 第一章文献综述 1 1 铁矿资源概况 第一章文献综述 铁是地球上分布最广的金属之一，仅次于铝，约占地壳质量的5 1 ， 同时也是世界上发现最早，利用最广，用量最多的一种金属，其消耗量 约占金属总消耗量的9 5 左右。铁矿石是钢铁工业最主要的基础原料，主 要用于冶炼含碳量不同的生铁和钢。随着我国经济的高速发展，钢铁产 量不断提高，矿产资源尤其是铁矿资源在国民经济和社会发展中具有十 分重要的战略地位。 1 1 1 世界铁矿资源概况及特点 世界铁矿资源十分丰富，分布广泛，但不均匀。据美国地质调查局 资料，截止2 0 0 9 年底，世界铁矿石储量为1 6 0 0 亿吨，储量基础为3 5 0 0 亿吨；铁金属储量为7 7 0 亿吨，储量基础为1 6 0 0 亿吨【1 1 。世界铁矿储量 主要集中在巴西、俄罗斯和澳大利亚三个大国，储量分别为1 6 0 亿吨、 2 5 0 亿吨和2 0 0 亿吨，分别占世界总储量的1 0 、1 5 6 和1 2 5 。这三 国储量之和占世界总储量的3 8 。乌克兰和中国虽然也有很大的铁矿储 量，但贫矿多、富矿少，铁矿品位低，杂志含量高。2 0 0 9 年世界铁矿石 的总产量达到2 3 亿吨，较2 0 0 8 年增长了3 6 。铁矿石产量最大的四个 国家依次为中国，巴西、澳大利亚。其总和占世界铁矿石总产量的 7 1 7 4 1 2 , 3 】。具体情况如下表1 1 所示。 武汉工程人学硕士学位论文 表1 - 12 0 0 9 年世界主要国家铁矿石、铁金属的产量和储量 t a b l e1 1w o r l di r o no r er e s e r v e s i r o nr e s e r v e sa n dt 1 1 e i ry i e l d so f 2 0 0 9 国家 铁矿石产量( 百万吨)储量( 亿吨) 2 0 0 82 0 0 9铁矿石 铁金属 美国 澳大利亚 巴西 加拿大 中国 印度 伊朗 哈萨克斯坦 毛里坦尼亚 墨西哥 俄罗斯 南非 瑞典 乌克兰 委内瑞拉 其他地区 5 4 3 4 2 3 5 5 3 1 8 2 4 2 2 0 3 2 2 3 1 1 1 2 1 0 0 4 9 2 4 7 3 2 1 4 7 2 6 3 7 0 3 8 0 2 7 9 0 0 2 6 0 3 3 2 l 1 l 1 2 8 5 5 3 1 8 5 6 1 6 4 7 6 9 2 0 0 1 6 0 1 7 2 2 0 7 0 2 5 8 3 7 7 2 5 0 1 0 3 5 3 0 0 4 0 1 1 0 2 1 1 3 0 8 9 1 1 7 2 4 5 1 4 3 3 4 4 1 4 0 6 5 2 2 9 0 2 4 6 2 世界总计 2 2 2 02 3 0 016 0 0 7 7 0 资料来源：( m i n e r a lc o m m o d i t ys u m m a r i e s ) ) 2 0 1 0 国外铁矿资源具有以下五个方面的特点： ( 1 ) 大矿多。如澳大利亚哈默思利铁矿，其储量占该国总储量的 9 1 ；巴西的铁四角、卡那加斯矿区，储量几乎占巴西全国的9 9 。 ( 2 ) 富矿多。如巴西铁矿的平均铁品位为6 1 8 ；澳大利亚铁矿的 平均铁品位为6 0 8 ；印度铁矿的平均铁品位为6 0 3 。 2 第一章文献综述 ( 3 ) 稳定矿床多。如澳大利亚和巴西的多个铁矿床成分稳定。 ( 4 ) 持续生产能力强。澳大利亚和巴西多数大型铁矿可持续生产几 十年。 ( 5 ) 绝大多数铁矿资源被几家大型矿业集团控制。如澳大利亚的铁 矿基本力拓、必和必拓公司所控制；巴西铁矿则几乎是淡水河谷公司和 m b r 公司的天下。 1 1 2 国际铁矿石贸易 铁矿石价格谈判开始于1 9 8 1 年，经过铁矿石供应商和消费商的谈判 确定一个财政年度内的铁矿石长协价格，价格一经确定，双方则依照谈 定的价格在一年内执行。由于世界三大铁矿石生产商( 澳大利亚必和必 拓、力拓和巴西淡水河谷) 几乎控制了全球铁矿石海运市场的3 4 ，形成 极大的价格话语权，近些年铁矿石价格连续上涨。近5 年铁矿石长协价 涨幅见表1 2 。 表1 - 2 近5 年贴矿石长协价涨幅 ! 生! 里! ：兰! 堕1 2 堡磐宝p 2 坐垒2 11 2 竖箜! 竺i 变2 翌2 翌p 巫堡i 翌j 堙璺坚 谈判双方铁矿石涨幅 年份协议时间 购买方供应方粉矿块矿 2 0 0 0 年以来中国钢铁业开始高速发展，近几年我国进口铁矿石已经 超过世界进口总量的5 0 。因此我国希望在铁矿石价格谈判中占有重要 武汉工程大学硕士学位论文 地位，但却事与愿违。据最新报道，2 0 1 0 年铁矿石谈判已经破裂，我国 钢厂已经按照日韩和巴西淡水河谷签订的比2 0 0 9 年长协价上涨9 6 4 的 季度价格采购，如按照2 0 0 9 年6 3 亿吨的进口量计算，我国钢企全年要 多付出超过7 5 6 亿美元( 约合人民币5 1 6 1 亿元) 。 1 1 3 我国铁矿资源概况及特点 我国铁矿资源相当丰富，已经查明的资源储量仅次于巴西、澳大利 亚、乌克兰和俄罗斯，列世界第5 位1 7 。根据中国地矿局调查，截止2 0 0 9 年，我国有超大型矿产地3 3 处，大型产地1 8 9 处，中型6 8 2 处，小型2 3 3 8 处，矿点4 1 3 6 处，矿化点9 2 2 处；全国铁矿资源储量5 9 2 8 5 亿吨，已占 用铁矿资源储量2 6 6 6 4 亿吨，未占用3 2 7 2 1 亿吨。在己占用铁矿资源总 量中，辽宁最多，为8 8 6 亿吨；未占用铁矿资源储量中，四川最多，为 7 8 5 7 亿吨。全国铁矿总体为贫矿，平均品位以3 0 3 5 为主。矿石类型 以磁铁矿石最为重要，累计查明资源储量为4 1 5 亿吨。 现有资源具有的特点主要有以下几个方面【5 6 】。 ( 1 ) 贫矿多，富矿少。全国铁矿石的平均f e 品位小于3 4 ，比世 界平均品位低11 个百分点。而且我国贫矿资源约占总储量的9 5 以上， 需经选矿才能利用。富矿储量仅为5 左右，扣除硫、磷含量高不能直接 入炉的部分，可直接入炉的平炉富矿、高炉富矿、合计占全国铁矿储量 的2 3 2 4 。其中形态单一，可以单独开采的不到1 。在贫矿中，有些 矿石虽可露天开采且好选，但选矿比高，如吉山铁矿开采的原矿f e 品位 仅为1 5 1 6 ，选矿比高达6 ，致使1 吨铁精矿的生产成本要比生产富矿 的成本高5 8 倍。 ( 2 ) 共生、伴生组分多。我国铁矿床类型繁多，各种成因类型或工 业类型的矿床几乎均有发现，按各类型矿床探明储量情况与世界比较， 以沉积变质类型为主，其次是岩浆型、接触交代热液型、沉积型、火山 岩型、风化残积型等【j 7 1 。除沉积变质的鞍山式铁矿成分比较单纯外，其他 第一章文献综述 铁矿大多组分复杂，如岩浆型攀枝花式铁矿含钒、钛、钻、镍；沉积变 质型翁泉沟式铁矿含硼；接触交代型铁矿含铜硫、钴、金( 大冶) 锡( 大 顶、黄岗) ；沉积变质热液改造型铁矿含稀士、铌( 如白云鄂博) 、钼( 如 马坑) 。这些含多种共生、伴生组分的铁矿储量约占全国总储量的三分之 一左右。 在这些共生矿中，有的共生组分储量很大，其经济价值可超过铁矿 石。例如白云鄂博铁矿中，稀土储量占世界总储量的8 0 ，占我国稀土 总储量的9 7 ，锐的储量仅次子巴西居世界第二位。攀枝花钒钛磁铁矿 中的钒居世界首位，占我国钒总储量的8 2 ，钛储量居世界第二位，占 我国钛总储量的9 7 。这些共生组分虽可综合回收利用，但也使铁矿选 别的难度增大。 ( 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，部分为中粒嵌布矿石。要达到铁矿物基本单体分离的选别要 求，大部分矿石的磨矿细度要达到一0 0 7 4m l l l 占7 0 - 9 0 ，有的则要磨到 一0 0 5 3m l n 、o 0 4 3n l l l l 甚至一0 0 3 8m i l l 。即使是属于嵌布粒度较粗的攀枝 花铁矿石，可以在0 0 7 4i 1 i 1 占4 5 4 9 的磨矿粒度时入选，并获得最终 铁精矿，但其品位仅5 2 ，如需再提高品位，即使磨到一0 0 3 81 1 1 1 ，品位 提高的幅度也很小。而且还有占一定储量比的鲕状铁矿石，铁矿物的嵌 布粒度为几微米，十几微米，要获得高品位铁精矿，在现代磨、选技术 条件下，不太可能。因此只能选取鲕粒获得低品位精矿。众所周知，磨 矿粒度越细，选别难度越大，金属流失越多，精矿成本也越高。 ( 4 ) 暂难用铁矿多。“暂难用铁矿通常指在目前的技术经济水平 下和不同地理经济位置产出的难以利用的铁矿。全国有8 4 5 处暂难利用 铁矿，保有储量19 4 亿吨，其中工业储量5 7 亿吨。这些铁矿一般是难采，难 选，多组份难以综合利用，以及铁矿品位低、矿体厚度薄，矿山开采技术条件 和水文地质条件复杂、矿区交通不便、矿体分散难以规划、开采经济对 比不合理、矿产地属自然环境保护区等等。随着技术水平的提高和经济 武汉： 程人学硕士学位论文 条件的改善，难用铁矿将逐渐地得到开发利用，暂难用铁矿储量也将逐渐 减少。 上述铁矿资源储量及其特点，说明仅靠我国的铁矿资源，很难满足 钢铁工业发展对铁矿石的需要，决定了必须大量依靠进口。近些年我国 主要从澳大利亚和巴西进口。2 0 0 2 年我国进口1 1 2 亿吨，2 0 0 9 年我国进 口6 2 7 7 亿吨，增长了6 倍多，近几年我国已经成为世界上铁矿进口最大 国。近几年我国进口铁矿石量见图1 1 。 y e a r 图l 一1 我国每年进口铁矿量 f 谵1 - 1a 册u a li m p o r tv o l u m eo fi r o n0 3 1 1 4 我国高磷铁矿石概况 我国高磷铁矿石储量占总储量的1 4 8 6 ，达7 4 5 亿【8 一。主要分布在 长江流域一带和云南省。我国“宁乡式 含磷铁矿石储量3 0 亿吨，主要 集中在湖北、湖南、广西三省。其中湖北鄂西地区储量占同类矿床的 5 6 t 1 0 1 。鄂西高磷铁矿是湖北省重要的潜在优势矿产，广泛分布于鄂西 部和南部地区的宜昌市、恩施州等。截至2 0 0 5 年底，累计探明的铁矿资 源储量1 8 9 5 亿吨【1 1 1 。铁矿石中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【1 1 1 。且磷灰石晶体主要呈柱状、针状或散粒 第一章文献综述 状嵌布于铁矿物及脉石矿物中，粒度较细，有时甚至是在2 岬以下，不 易分离，属于难选矿石1 1 】。因此，如何选择有效的方法降磷，从而合理 地利用这部分高磷铁矿资源，促进我国钢铁工业发展非常重要。 1 1 5 我国硫酸烧渣概况 用黄铁矿制造硫酸或亚硫酸过程中排出的渣称硫酸烧渣，又称黄铁 矿烧渣。目前在一些国家硫酸烧渣几乎全部利用起来。我国每年排放3 0 0 多万吨，只利用了1 0 0 多万吨，其余都排入环境。堆积则侵占农田，污染 土地；排入江河则污染水体。硫酸渣依化学成分不同，主要有以下用途： ( 1 ) 水泥原料【1 2 1 3 】：高铁硫酸渣( 含f e 2 0 3 4 5 ) ，可代替铁粉，用 作水泥生料配料，起调节水泥烧成温度、保证铁酸盐成分和调节水泥凝 结时问的作用。 ( 2 ) 炼铁、炼钢原料14 1 5 】：用高铁硫酸渣炼铁是最有效的利用。中 国许多钢铁厂常以5 1 0 硫酸渣代替铁矿粉，用于炼铁。通过选矿，将 硫酸渣的铁含量提高到5 0 以上，硫含量降低到1 以下，可直接制成球 团矿或烧结矿，送入高炉炼铁。 ( 3 ) 合成陶瓷涂层：我国利用自蔓延高温技术，合成内衬陶瓷复合 钢管已经工业化，生产需要大量的工业铁粉、铝粉。刘鹏【16 】通过研究成 功地用高铁烧渣代替铁粉，可以大幅度节约生产成本，实用性很强。 ( 4 ) 生产铁红：将高铁烧渣通过筛分、漂洗、细磨、超细凝聚、反 浮选、化学膜处理、闪蒸干燥等工艺处理，可用以生产高附加值的产品： 铁红 1 2 生物质概况和特点 生物质是地球上最广泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生 物以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质1 7 1 。可以理解 为由光合作用产生的所有生物有机体的总称，包括植物、农作物秸秆( 玉 武汉工程大学硕士学位论文 米秸秆，小麦秸秆，稻杆) 、林产物( 锯末) 、海产物( 各种海草) 和城 市垃圾( 纸张、天然纤维) 等【1 羽。生物质能则是太阳能以化学能形式蕴 藏在生物质中的一种能量形式，是以生物质为载体的能量。 生物质与化石燃料相比，具有以下特点： ( 1 ) 生物质分布广泛，远比石油、煤炭等化石燃料丰富，并且可以 再生。生物质能是地球上最普通的一种可再生能源，它遍布于世界陆地 和水域的千万种植物中，犹如一个巨大的太阳能化工厂，不断地把太阳 能转化为化学能，并以有机物的形式储存于植物内部，从而构成一种储 量极其丰富的可再生能源【1 9 1 。 ( 2 ) 从生物质能资源中提取或转化得到的能源载体更具有市场竞争 力。生物质资源经深层转化后生成的甲醇、汽油、液氢、柴油等燃料不 含有害成分，适于内燃机使用，而若从石油或煤中提炼出零排放的液体 燃料，其生产成本就会大大增加。 ( 3 ) 生物质是一种清洁能源，有利于环境的保护。生物质含硫量较 低，灰分份额也很小，挥发分高，燃烧后s 0 2 、n o x 和灰尘排放量比化石 燃料要小得多。同时，因为生物质在生长过程吸收c 0 2 的量和在完全燃烧 过程中生成的c 0 2 的量一样，所以生物质的利用对大气环境的二氧化碳净 排放量为零，不会像化石燃料一样引起和加剧温室效应。因此，工厂或 城市内燃机车辆使用从生物质作为原料和能源，能极大的改善环境1 2 0 。 综上所述，生物质的这些特点决定了利用生物质不仅可以缓解由于 经济发展所带来的能源短缺问题，还可以同环境协调发展，具有独特的 环境效应。 1 3 高磷铁矿石除磷的工艺进展 磷是钢铁冶炼过程中主要的有害元素之一。若铁矿石中含磷过高， 在炼铁过程，磷进入金属中，会增加生铁和钢铁的冷脆性，严重影响生 铁和钢的质量。我国高磷铁矿资源丰富，但磷等有害杂质含量很高，嵌 第一章文献综述 布粒度细，造成选矿难度大，效率低，产品质量差【2 1 1 。随着我国铁矿石 自给缺口的增大，铁精矿的高效降磷迫在眉睫。 近年来，国内外针对矿石性质，进行了大量的铁矿选铁脱磷工艺研 究。主要工艺有：酸浸、还原焙烧、高梯度磁选、反浮选、选择性聚团 反浮选、微生物脱磷等。 1 3 1 酸浸 酸浸脱磷以硝酸、盐酸或硫酸对矿石进行浸出脱磷、该法只需矿石 中磷矿物暴露出来接触浸出液即可降磷，但耗酸量大且易导致矿石中可 溶性铁矿物溶解，造成铁的损失【2 2 l 。澳大利亚科廷科技大学c h e n g c h u y o n g j 2 3 】用硫酸浸出皮尔巴拉地区的铁矿石中的磷，矿石铁品位从 6 2 1 提高到6 8 7 ，磷含量从0 1 2 6 降至0 0 4 2 。3 i ny o n g s h i1 2 4 用硫 酸、盐酸和硝酸分别浸取铁矿，结果表明硫酸是最为有效的浸取剂，1 的硫酸在室温下浸取2 0 m i n ，除磷率高达9 1 6 1 。 氯化焙烧一酸浸1 2 5 】是将矿石与氯化剂混合后在9 0 0 - - 一1 0 0 0 。c 条件下焙 烧，然后用无机酸浸出磷。一般情况下，硝酸的浸出率最高，其次是盐 酸，硫酸浸出率最低。但是氯化焙烧一般能耗大，成本高，工业应用困 难。 超声波酸浸【2 6 】即利用超声波清洗矿物表面进行浸出的方法。超声波 酸浸能很好的解决酸浸时所生成的难溶膜问题，可使铁精矿含磷明显降 低。 1 3 2 还原焙烧 焙烧的主要作用是改变矿物的化学组成，矿物组成和结构，从而改 变矿物的工艺特性。还原焙烧也可称为磁化焙烧，是采用添加气体或固 体还原剂使矿石中的金属氧化物转变为相应低价金属氧化物或金属的 过程。磁化焙烧法常用于处理常规选矿难以分选提纯的低品位铁矿石， 武汉：上= 程人学硕士学位论文 最初由美国、德国、日本等国将其用于低品位铁矿石的回收利用 2 7 , 2 8 1 。 铁矿石的磁化焙烧技术中最成熟的工艺是煤基还原【2 9 。3 4 l 焙烧法，但 用煤基焙烧还原温度高，能耗大，成本高。李广涛等 3 5 , 3 6 1 采用焦煤1 2 0 0 磁化焙烧磁选工艺研究四川某鲕状赤褐铁矿，所得精矿中铁品位， 回收率和磷含量分别为6 0 ，7 0 和o 3 。 1 3 3 高梯度磁选 新型高梯度磁选机的研制较大幅度地降低了有效选分粒度下限，有 效分选粒度下限达1 0 1 x m ，较好地解决了堵塞与夹杂问题，为高磷铁矿石 脱磷提供了一条新途径0 7 1 。 昆钢大红山选矿厂【3 8 】使用s l o n - 1 5 0 0 立环脉动高梯度磁选机进行了一 段强磁粗选和二段强磁精选，最终精矿品位达到6 4 、回收率达到8 0 以 上。s l o n - 15 0 0 立环脉动高梯度磁选机用于梅山铁矿【3 9 】脱磷工业试验中的 强磁选作业，也取得了较好的试验结果：含磷从0 4 4 降至0 2 2 3 。 1 3 4 反浮选、磁选一反浮选联合工艺 随着新型高效浮选药剂的不断出现，反浮选仍然是目前最主要的高 磷赤铁矿脱磷的方法【4 洲】。为了降低反浮选成本或进一步降低含磷量， 磁选一反浮选联合工艺降磷也显示出了优势【4 5 】。 瑞典k i t u n a 选矿厂1 4 6 采用磁选预选反浮选磁选工艺处理铁品位 6 1 ，含磷高达1 的铁矿石，应用a t r a c 系列捕收剂，并将矿石磨至0 0 4 4 1 tm 占8 5 ，获得了精矿铁品位7 1 以上，磷含量低于0 0 2 5 的优质铁 精矿。 1 3 5 选择性聚团一反浮选 由于磷灰石等杂质矿物嵌布粒度极细，要使其单体解离，往往需要 第一章文献综述 细磨，从而使常规方法捕集困难，回收率低。近年来，迅速发展起来的 选择性聚团分选工艺为微细粒矿物分离提供了更为广阔的前景1 4 7 1 。选择 性聚团分选工艺主要有：高分子絮凝分选、疏水聚团分选、磁团聚与磁 种聚团分选以及复合聚团分选。 采用选择性团聚分选工艺对加拿大斯奈克雷文矿床的高磷铁矿石脱 磷研究，其主要工艺是两段团聚分选，由含铁5 4 6 0 、磷0 3 9 的原矿， 得到含铁6 8 9 0 、含磷低于0 0 2 的铁精矿，铁回收率8 5 0 0 。 采用选择性絮凝脱泥阴离子反浮选工艺流程对美国蒂尔登高磷铁矿 石进行选矿脱磷研究【4 8 】，获得6 5 5 0 铁精矿含磷为0 0 3 0 。 纪军 4 9 1 对宁乡式鲕状高磷铁矿石进行了经选择性聚团一反浮选工艺 降磷实验，铁品位从5 2 5 9 升到5 4 1 1 ，磷含量从0 5 7 降至0 2 3 6 ， 铁回收率为9 0 5 7 。 1 3 6 微生物浸出 微生物浸出是利用微生物代谢产生的酸来降低体系的p h 值，使磷矿 物溶解。同时，微生物代谢酸还会与c a 2 + 、m 9 2 + 、a 1 3 + 等离子螯合，形成 络合物，从而加速磷矿物的溶解。何良菊等1 5 0 】进行了氧化亚铁硫杆菌 ( t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n s ，简称t f ) 氧化黄铁矿生产浸出液及以此浸出 液浸矿脱磷的研究，实验结果表明，当培养基初始p h 值为0 8 、初始f e 2 + 浓度为4 9 l 时最有利于t f 菌的氧化产酸，脱磷率可达7 6 8 9 ，铁损率 为3 8 7 。眈胁幻【5 l 5 2 1 利用巴西高磷铁矿分离出的b u r k h o l d e r i a c a r i b e n s i s 菌种，进行生物脱磷研究，也取得了不错的进展。这些都为高 磷铁矿石脱磷提供了一条新的途径。 综上所述，从整体情况看，高磷铁矿石脱磷工艺研究仍然存在脱磷 率低，方法单一等缺点，还未能从根本上解决问题。铁矿降磷现已成为 国内外选矿研究的一大难题。长期以来，由于没有理想的降磷方法而使 得这部分铁矿资源不能有效地利用，致使矿山因含磷高而停采，有的矿 武汉工程大学硕士学位论文 山由于磷没有降下来而严重影响了铁精矿的质量和销路。因此有效地开 发更为经济实用的新技术势在必行。 1 4 硫酸烧渣选铁脱硫工艺进展 铁精矿中若含硫高，会直接影响炼铁、炼钢的质量，对高炉生产也 有危害。高铁硫酸烧渣若要用作炼铁、炼钢的原料，选铁脱硫是非常重 要的。 1 4 1 磁选法 磁性硫酸烧渣中磁铁矿和黄铁矿的磁化系数差异非常大，可以通过 磁选将其分离，从而达到降硫的目的。 昆明理工大学李先祥【5 3 】等采用磁选重选磁选的选别工艺，通过实验 得到品位为6 0 5 ，回收率为6 2 5 2 的铁磁重介质，同时得到品位为 5 8 6 7 ，回收率为11 4 9 的三氧化二铁。 山东科技大学胡术刚5 4 1 等采用分散处理后磁选的工艺处理硫酸烧 渣，得到铁品位5 4 1 6 ，回收率9 2 4 6 ，含流量低于o 3 的铁精矿。 1 4 2 浮选法 对硫酸烧渣中同属于强磁性的磁铁矿和磁黄铁矿，通过磁选的方法 分离几乎是不可能的，磁黄铁矿石容易被抑制和较难浮的硫化矿物，浮 选是目前最常用的脱硫方法。 沈阳有色金属研究院富维俊【5 5 1 等以硫酸和硫酸铜作为硫化矿物的活 化剂，丁基黄药作为硫化矿物的抑制剂，采用浮选工艺获得了含铁 6 8 6 9 ，含硫0 4 1 ，铁回收率为4 7 5 0 的铁精矿和含硫1 9 5 4 ，回收 率为3 1 4 5 的硫精矿。 湖南有色金属研究院王全亮 5 6 , 5 7 1 采用超细絮凝反浮选工艺对硫酸烧 第一章文献综述 渣进行脱硫研究，以x t d 6 为絮凝剂，s c h 一9 为硅矿物捕收剂，丁基黄 药为硫化矿物的抑制剂，实验最终获得了含铁6 5 3 4 ，含硫0 0 3 7 ，含 硅5 5 4 的铁精矿产品。 1 5 选题背景及意义 近年来，我国钢铁工业持续高速增长，铁矿石供求矛盾越来越突出， 复杂铁矿资源的综合利用也越来越重要。要减少我国钢铁工业发展对国 外铁矿资源的依赖，抑制国际市场不断上涨的铁矿石价格，就必须开发 利用国内复杂铁矿资源。我国高磷铁矿及硫酸烧渣目前虽然选别困难， 但其储量丰富，能够研究出经济、高效的选冶新技术对该类矿石加以开 发利用，对保证我国铁矿资源的供应是一个很好的补充，是缓解我国铁 矿资源供需矛盾的重要途径。 目前高磷铁矿脱磷技术中，磁化焙烧是有效的方法之一，工业实践 多。但国内外的一系列研究表明，采用传统的煤还原焙烧温度一般高达 8 0 0 1 4 0 0 ( 2 ，焙烧时间最高可达3 4 h 。显然传统还原焙烧能耗大，成本 高；高温也极易使f e o 和a 1 2 0 3 ，s i 0 2 反应生成新的低熔点复杂化合物， 从而降低铁品位及回收率。而且，煤的平均含硫量约达1 3 【5 引，对 产品质量产生不良影响。本实验则从技术经济及环境效益的角度出发， 以生物质代替煤为还原剂进行低温( 仅6 0 0 左右) 焙烧磁转化研究， 为还原磁化开创一条新的途径。 硫酸烧渣是重要的二次回收资源，对此有必要进行综合再回收研究。 采用磨矿，漂洗，磁选工艺对硫酸烧渣进行提铁处理并有效降杂。本研 究选矿装置采用自行设计的磁选装置，通过磁力、离心力和重力的共同 作用，能有效的分离非磁性杂质，通过一次磁选即能获得品位较高的铁 精矿，缩短了磁选时间，且磁选效果优于一般的湿式磁选机，该选矿方 法可为硫酸烧渣的充分利用提供新的技术路线。 武汉= 程大学硕十学位论文 1 4 第二章实验试剂、仪器和分析方法 第二章实验试剂、仪器和分析方法 2 1 实验试剂 实验中用到的药品、纯度和生产厂家如表2 - 1 所示： 表2 - 1 实验试剂列表 化学试剂试剂标准出产厂家 2 2 实验仪器 实验中用到的仪器、型号和出产厂家如表2 2 所示： 1 5 武汉上程人学硕士学位论文 表2 - 2 实验仪器列表 仪器名称 型号出产厂家 2 3 实验分析方法 铁的分析：e d t a 滴定法 硫的分析：硫酸钡重量法 磷的分析：磷钼蓝分光光度法 采用磷钼蓝分光光度法测得的磷标准曲线如图2 1 所示。 第二章实验试剂、仪器和分析方法 o 8 o 7 o 6 o 5 0 4 o 3 o 2 o 1 0 o o加4 08 01 0 01 2 01 4 01 6 01 8 0 p 2 0 ，( 嘲 图2 - 1 磷标准曲线 f i g 2 - 1s p e c i f i c a t i o nc u r y eo fp h o s p h o r u s 根据下式可得到磷的浸出率( 以p 2 0 5 表 式中 p 2 0 5 = 样品重，g ； m l 1 0 巧 m 圪k 示) ： l o o m ，：从工作曲线求得五氧化二磷量，i t g ； 巧：试液总体积，m l ； 圪：分取试液的体积， 1 7 ( 2 1 ) v ，避米釜 武汉_ t 程大学硕：十：学位论文 1 8 第三章生物质磁化高磷赤铁矿脱磷选铁实验研究 第三章生物质磁化高磷赤铁矿脱磷选铁实验研究 高磷赤铁矿由于其难选难冶的特点，虽储量较多但至今没能得到有 效的开发利用。这里以生物质代替煤作为新型还原剂，对高磷赤铁矿实 现磁化焙烧并有效脱磷，大大降低了还原温度，减少了能源消耗，并通 过一次磁选即获得品位