基于磷资源高效利用的中高磷铁水高效脱磷基础研究

High-phosphorus iron ore in China exists in the form of oliticphosphorus iron ore, and because of low grade of iron ore and high phosphorus content, it cannot be fully used. Aiming at the utilization of high-phosphorus molten iron resource, a new thought utilizing iron and phosphorus at the same time is proposed in this project, which means that based on steelmaking dephosphorizationtechnology of efficient utilization of high-phosphorus iron ore resource, the use of phosphorus during dephosphorization in steelmaking process is considered and the conditions on dephosphorizationtechnology in the follow-up utilization of phosphorus is put forward. In this way, not only can the utilization problems of iron and phosphorus resource be solved from technical process, remarkableeconomic benefit can also be gained. However, there is a lacking of fundamental research on comprehensive utilization of iron and phosphorusresources in high-phosphorus iron ore, especially the deeply systematic research on the migratory behaviour of phosphorus on slag-iron interface and the enrichment and seperation behaviour of phosphorus in dephosphorization slag. Therefore, relatively basic research is carried out aimingat comprehensive utilization of iron and phosphorus resources in high-phosphorus iron ore in this application, which specificly includes carrying out the technical research on efficient dephosphorizationtechnology based on high efficient utilization of phosphorus resource and the fundamental research on occurrencemodeand enrichment behaviour of phosphorus in slag, and evetually realizing efficient utilization of phosphorus bearing slag, thereby providing theory supports on efficient resource utilization of high-phosphorus iron ore in China.

我国高磷铁矿资源以鲕状磷铁矿形式存在，并因铁矿石品位较低，磷含量较高而无法得以充分利用。针对高磷铁矿资源的利用问题，本项目提出了铁和磷元素同时利用的新思路，即基于高磷渣磷资源高效利用的炼钢脱磷技术，在炼钢脱磷过程中要考虑对磷利用的影响；在后续磷资源利用的过程中，为炼钢脱磷工艺提出条件。这样既可以从工艺环节解决高磷铁矿中铁资源和磷资源的利用问题，又可以带来显著的经济效益。但是关于高磷矿中铁、磷资源综合利用的基础研究相对缺乏，尤其是磷在渣金界面迁移行为、脱磷渣中磷富集及分离行为还缺乏深入系统的研究。因此本申请针对高磷铁矿的铁、磷资源的高效综合利用问题，开展相关基础理论研究。具体包括：开展基于磷资源高效利用的中高磷铁水的高效脱磷技术研究、钢渣磷的赋存形式及富集行为基础研究、高磷渣的磷资源的高效分离及资源化处理技术研究，最终实现含磷渣高效利用，从而为我国高磷矿的高效资源化利用提供理论支撑。

低品位铁矿石的开发利用会带来铁水磷含量增加和渣中P2O5含量增高的问题，研究中高磷铁水的高效脱磷，以及含磷转炉渣中磷的富集分离利用对于低品位铁矿石的利用具有重要意义。本研究通过理论计算和热态实验结合的方式研究了炉渣组分和温度对转炉渣脱磷能力的影响，建立中高磷铁水脱磷的动力学模型，并计算了相关动力学参数。研究了转炉渣凝固过程中析出相的析出行为。通过成分和物相检测，明确了不同种类的含磷渣中磷的赋存形式。通过热态实验探讨了转炉炉渣成分和冷却过程对高磷转炉渣中磷的富集行为的影响。同时，分析了不同参数（炉渣碱度、成分等）对炉渣枸溶率的影响。通过磁选分离实验，研究了不同条件（炉渣粒径、磁场强度、炉渣成分）对含磷渣分离富磷相的影响。并对生物质气化脱磷的影响因素进行了研究。结果表明：对于双联法脱磷炉将碱度控制在2.1左右，终渣氧化铁含量控制在27.04%左右可以取得较高的脱磷率，脱磷温度控制在1350℃脱磷效果良好。磷主要是以nC2S-C3P固溶体的形式存在于渣中，加入CaF2、CaCl2和Na2O后，磷在渣中的赋存形式分别为Ca5(PO4)3F，Ca5(PO4)3Cl， Na3PO4和Na2Ca4(PO4)2SiO4。为了获得较好的磷富集效果将炉渣碱度控制在1.5~1.8之间， Fe2O3的含量控制在20%~25%之间是比较合适的，MgO和MnO对渣中磷的富集影响不大。在炉渣冷却过程中适当提高炉渣保温温度，降低冷却速度，并将保温时间控制在90min以上，可以促进渣中磷的富集。炉渣枸溶率会随着P2O5含量、Fe2O3和炉渣碱度的增加而减小，MgO、 MnO和Na2O对炉渣枸溶率影响不大，添加CaF2会在渣中生成氟磷灰石相，使炉渣枸溶率显著降低。磁场强度的增加有利于将转炉渣中的磁性物分离出来，炉渣粒度的减小有利于磁选出更多的非磁性物。磁选分离后CaO-SiO2-FetO-P2O5四元渣系的P回收率随着碱度的降低而增加，添加MgO、MnO、Na2O以及CaF2不利于回收炉渣中的磷。适当提高气化脱磷反应温度，在高反应温度下提高碳当量并且控制反应时间为60min能够得到较好的气化脱磷效果。