微波强化鲕状赤铁矿含磷组元迁移及其脱除机理研究

The basic research of efficient utilization of high phosphorus content refractory iron ore holds greater strategic importance for relieve the tense situation and ensure the safety of China's iron ore supply. Oolitic hematite is one of primary complex refractory iron ore in China. The key factor in the comprehensive utilization of the oolitic hematite is to realize the separation and enrichment of iron and phosphorus economically and effectively, before which enter into smelting processes. This project tries to establish a new separation technology for seperation of Fe and P in oolitic hematite through combination of reduction roasting and magnetic separating, and obtain two kinds of products of reduced iron powder and rich-phosphorous slag, basing on the microwave selective heating and others special effects. The main fundamental research contents of this project are include following: 1) the process mineralogy characteristics and microwave electromagnetic characteristics of oolitic hematite; 2) the mineral phase reconstruction and phosphorus transfer pattern of oolitic hematite when heated in microwave field; 3) the reduction behaviors and kinetis characteristics by microwave heating; 4) the iron grain nucleation and growth mechanism of oolitic hematite in microwave field; and 5) the optimized parameters of grinding and magnetic separation.This project will estanblishs an green separation technology of rion and phosphorus for oolitic hematite, and provides a portability theory basis for efficient utilization of other high phosphorus content refractory iron ore in China.

积极开展含磷难处理铁矿石高效利用基础研究，对缓解我国铁矿石供给紧张局面、保证我国铁矿石的供给安全具有十分重要的战略意义。鲕状赤铁矿是我国主要的复杂难选铁矿石之一，如何在冶炼之前实现铁-磷高效分离富集，是综合利用高磷鲕状赤铁矿的关键。本项目拟以典型鲕状赤铁矿为对象，利用微波选择性加热的显著特点和特殊效应，建立强化还原焙烧—磁选分离的铁-磷分离新技术，获得还原铁粉和富磷渣。针对鲕状赤铁矿传统加热还原脱磷过程中存在的相关问题，围绕新工艺技术环节的基础理论开展研究工作：在研究鲕状赤铁矿工艺矿物学特性及微波电磁特性的基础上，查明微波场中鲕状赤铁矿相重构和磷元素迁移规律，解明鲕状赤铁矿微波还原行为及动力学特征，探明铁晶粒形核-生长机理，获得磨选过程优化机制。项目的顺利开展，将建立鲕状赤铁矿的绿色分离新技术，为难处理高磷铁矿的高效利用提供可移植性理论依据。

以鲕状赤铁矿为处理对象，提出微波还原-磨选技术路线，围绕工艺矿物学特性、微波电磁特性与升温特性、微波还原行为、矿相重构和磷元素迁移规律、还原动力学、晶粒形核生长机理、磨选优化机制等相关基础科学问题开展了如下研究：1）研究了原料特性，发现94.83%的磷以胶磷矿形式存在，其中约65%的以极细颗粒嵌布于赤铁矿鲕粒周围形成多层环带状；2）研究了混合物料的介电特性，为后续研究提供了依据；3）研究了鲕状赤铁矿含碳球团微波还原行为、磷元素迁移与脱除机理，发现与常规加热还原不同的是，微波加热可以在950~1000℃的较低温度下选择性还原铁氧化物、避免P2O5被还原迁移至铁晶粒中，磷元素转变为磷酸盐，Fe、P呈分离聚集状态，有利于后续磨选提铁降磷；4）研究了鲕状赤铁矿等温还原动力学，发现鲕状赤铁矿在在1173~1373K、1373~1473K两个温度范围分别符合界面化学反应和固相扩散，对比了石墨和木炭两种还原剂，获得界面化学反应表观活化能分别为60.66 kJ/mol和70.02 kJ/mol，固相扩散反应表观活化能分别为301.66kJ/mol和215.36 kJ/mol；5）研究了鲕状赤铁矿微波加热还原表观动力学，发现碳气化为限制性环节时，得到拟合方程为：lnk=2127.79T-1-11.84，表观活化能为17.69 kJ/mol；6）研究了微波还原鲕状赤铁矿含碳球团中铁晶粒的形核与生长机理，发现微波场中铁晶粒的形核生长能垒都比常规加热还原要低、形核与生长速率更快，微波场中铁晶粒形核动力学线性方程为lgKn=-2.496+2674.61T-1，活化能为51.21 kJ/mol，铁晶粒生长动力学线性方程为lgKe=-0.16-942.90T-1，活化能为18.05 kJ/mol，还原过程受到铁晶粒形核控制；7）研究了微波加热还原鲕状赤铁矿含碳球团的铁晶粒生长动力学，获得微波场中铁晶粒尺寸31.3~53.7 nm，铁晶粒生长表观活化能为55.78 kJ/mol；8）研究了磨矿磁选参数对Fe/P分离的影响，取得了全铁品位87.69%，铁回收率77.86%，磷含量0.30%、脱磷率86.37%的良好指标。