[01449279]白云鄂博铁精矿预还原烧结矿制备过程中磷的脱除机理研究

针对磷在钢铁流程中恶性循环积累所导致的“磷害”问题,利用预还原烧结矿制备过程的强还原性气氛和负压操作特点,实现铁精矿中磷的高效脱除。基于白云鄂博铁精矿中含磷矿物的赋存状态,通过研究含磷矿物与脉石矿物的有效分离,预还原烧结过程中脱磷的热力学与动力学机理以及烧结工艺参数对预还原烧结矿质量、冶金性能、脱磷率的影响规律以探明预还原烧结过程中磷的脱除机理,进而达到综合利用中高磷铁矿资源、缓减铁矿石供应不足、降低钢铁冶炼成本的目的。 研究结果表明白云鄂博铁精矿中磷元素存在于独居石和磷灰石（含氟磷灰石）中,独居石占15.38wt%,磷灰石占84.62wt%,因此脱除以磷灰石形式存在的磷是关键;含磷矿物粒度细且与脉石矿物嵌布紧密,脉石成分有碳酸盐类云石、硅酸盐类闪石及硅铝酸盐类云母矿物。通过FactSage热力学计算与真空碳管炉焙烧实验发现在铁精矿中添加1wt%Na2CO3纯试剂能去除含磷矿物周围的脉石包裹。利用FactSage热力学软件对标准状态与非标态下预还原烧结脱磷反应的自由能变化与温度的关系分析可知,添加Na2CO3纯试剂、提高焙烧温度、降低碱度以及负压操作有利于从热力学上促进磷的气化脱除。以磷酸钙纯试剂为实验原料,通过对不同升温速率下热重-差热曲线分析可知,脱磷反应平均活化能为167.58kJ/mol,指数前因子lnA（s-1）=10.23,反应机理函数为g（α）=1-（1-α）1/3,限制性环节是三维收缩球体界相反应。烧结杯实验研究发现当配碳量20wt%、SiO2添加量3wt%时铁精矿气化脱磷率最大,可达到70%,可由磷含量为0.08wt%铁精矿通过烧结气化脱磷得到磷含量为0.024wt%的预还原烧结矿。此外,预还原烧结矿中FeO含量为54.58wt%,是铁精矿FeO含量的2倍;烧结矿还原度48.8%,转鼓强度99.78%。预还原烧结矿作为高炉入炉原料,不仅能够很大程度地减轻脱磷负荷,而且能大幅减少焦炭用量,降低高炉CO2排放量,促进碳中和与碳达峰的实现。