熔融改质对含磷钢渣中磷的高效富集、迁移及分离机制的表征及其调控机理

High-phosphorus iron ore resources is rich in China, accounting for over 10% of iron ore resources reserves. Due to the higher phosphorus content, the high-phosphorus iron ore can not be fully utilized, the use of high phosphorus ore in smelting is very concerned. The use of high phosphate is bound to bring high phosphorous slagutilization problems. So based on the above-mentioned background, this project put forward a new idea for high utilization efficiency of P-bearing slag, that is, to fully consider the efficient utilization of phosphorus resources in slag after dephosphorization during the slag tapping process, and use residual heat of steel slag to do melting modification treatment on slag, to provide a basis for the subsequent processing of phosphorus resources high efficient recovery of P-bearing slag for phosphate fertilizer. However, the current basic research on high efficient resource utilization of high phosphorus slag is relatively few, especially lack of deep and systematic study on the slag melting modification mechanism and high efficient enrichment, migration and separation mechanism of phosphorus in slag. So the project carried out the relevant basic theory research to solve the above problems, the effect of the melting modificaiton on enrichment behavior and migration regularity of phosphorus in the slag was analyzed, and the phase structure evolution law and regulation mechanism of P-bearing slag during the melting modification process were explored, and the effect of melting modification on the separation behavior and resource utilization of phosphorus in slag also systematic researched, the mechanism of phosphorus resource efficient recycling in P-bearing slag was revealed, and the P-bearing slag high effective utilization model and process route were established, which provides theoretical guidance for the high efficient use of high-phosphorus iron ore in china.

我国高磷铁矿石资源丰富，占全国铁矿资源保有储量的10%以上，因含磷较高而无法得以充分利用，在冶炼中利用高磷矿备受关注。由于高磷矿的利用，必然带来高磷渣利用的难题，因此本项目提出了含磷渣高效利用的新思路，即在脱磷后出渣过程中充分考虑渣中磷资源高效利用的问题，利用钢渣余热对钢渣进行熔融改质处理，为含磷渣中磷资源高效回收作钢渣磷肥的后续处理提供基础。然而目前关于高磷渣高效资源化利用的基础研究相对缺乏，尤其是钢渣熔融改质机制及其对渣中磷的高效富集、迁移及分离机制缺乏深入系统研究。因此本项目针对以上问题开展相关基础理论研究，分析熔融改质对渣中磷的富集行为及迁移规律的影响，探索含磷渣在熔融改质过程中物相结构演变规律及其调控机制，同时系统研究熔融改质对渣中磷的分离行为及资源化利用影响规律，揭示含磷渣中磷资源高效回收的作用机理，并建立含磷渣高效利用模式及工艺路线图，从而为我国高磷矿的高效利用提供理论指导。

我国高磷铁矿石资源丰富，占全国铁矿资源保有储量的10%以上，因含磷较高而无法得以充分利用，在冶炼中利用高磷矿备受关注。由于高磷矿的利用，必然带来高磷渣利用的难题，因此本项目针对以上问题开展相关基础理论研究，分析熔融改质对渣中磷的富集行为及迁移规律的影响，探索含磷渣在熔融改质过程中物相结构演变规律及其调控机制，同时系统研究熔融改质对渣中磷的分离行为及资源化利用影响规律。主要研究结论如下：（1）含磷渣物相主要以富磷相、基体相和RO相存在；渣中的磷主要以nC2S-C3P固溶体存在于富磷相中。渣中P2O5增加及炉渣碱度的适当降低有利于渣中磷的富集，渣中添加MgO和MnO含量并不影响渣中富磷相的存在形式及富集程度。（2）SiO2、Al2O3及TiO2熔融改性能改变富磷相nC2S-C3P固溶体析出形式，适宜的炉渣改质碱度为1.5～2.0，改性后富磷相P2O5含量达到31%以上，富磷相粒径明显增大，熔融改性后富磷相完全满足钢渣磷肥对磷含量的要求。（3）在nC2S-C3P固溶体析出温度范围内，控制合适的温度（1350℃～1380℃）、保温时间（不少于60min）和温降速率（小于5K/min）有利于磷在nC2S-C3P固溶体中高浓度富集和富磷相粒径的长大；（4）Al2O3及TiO2改性只是增加了富磷相中磷含量，并不改变渣中磷元素赋存形式，因此Al2O3及TiO2熔融改性使炉渣枸溶率略有增加；然而合适的改性剂SiO2加入，抑制低枸溶率β-Ca3(PO4)2相析出，炉渣枸溶率明显增大；（5）经SiO2、Al2O3和TiO2改性后炉非磁性物中P2O5含量高，磷回收率可达到80%以上，提取的非磁性物可用作磷肥工业，实现了绝大部分磷元素的回收利用；磁性物中TFe和CaO含量高，铁回收率60%左右，可以返回冶炼过程循环利用。因此采用合适工艺对转炉渣进行熔融改质，使渣中磷得到有效富集，然后通过磁选提取富磷相的方案是可行的，从而为我国高磷矿的高效利用和含磷渣的资源化利用提供理论指导。