張曉剛，張桂芳，張宗華，陳曉鳴

(1.昆明理工大學(xué)國(guó)土與資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2.昆明理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650093)

目前，我國(guó)還有占總儲(chǔ)量14.86%的高磷鐵礦石沒有開發(fā)利用。所以，研究高磷鐵礦石降磷的工藝，對(duì)保障我國(guó)鋼鐵工業(yè)原料的供應(yīng)具有十分重要的意義。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)不同的礦石性質(zhì)，進(jìn)行了較為深入的鐵礦石脫磷工藝研究。主要工藝有：反浮選、選擇性聚團(tuán)分選、酸浸、高梯度磁選、氯化焙燒-酸浸、微生物脫磷等。本研究所用云南某高磷赤褐鐵礦，磷品位大于1%，磷主要以類質(zhì)同象形式存在，少量以膠磷礦形式存在。該類礦石的選別難度較大，一直是選礦界的難題之一。該礦經(jīng)過(guò)還原焙燒-磁選后，鐵精礦鐵品位為56.06%，鐵回收率87.81%，磷品位1.26%。為了提高鐵的品位，降低磷的品位，本研究的工藝關(guān)鍵是磷的浸出，同時(shí)要保證鐵的回收率。本文以還原焙燒磁選所富集的鐵精礦為原料，研究了不同浸出試驗(yàn)條件對(duì)該礦進(jìn)行降磷的影響。

1 研究方法

1.1 試樣性質(zhì)

試樣是云南某高磷赤褐鐵礦，試樣光譜分析見表1，試樣化學(xué)成分分析見表2，試樣鐵物相分析見表3。

表1 試樣光譜分析結(jié)果/%

表2 試樣化學(xué)成分分析結(jié)果

表3 試樣鐵物相分析結(jié)果/%

從表1、表2及表3可以看出，該礦中鐵主要以赤褐鐵礦形式存在，占總鐵的98.56%。有害元素硫、砷的含量較低，對(duì)該礦石影響不大。經(jīng)化學(xué)分析，礦石磷超標(biāo)嚴(yán)重。

經(jīng)過(guò)礦石賦存狀態(tài)研究，礦石中的鐵主要以褐鐵礦形式產(chǎn)出。脈石礦物主要為石英，另有少量的長(zhǎng)石、絹云母和高嶺石等。石英和長(zhǎng)石容易從褐鐵礦中選別出。經(jīng)電子探針成分分析，褐鐵礦中主要含MnO、SiO2和P2O5等雜質(zhì)。礦石中的磷含量為0.88%，其中85.9%的磷以類質(zhì)同象的形式分布于褐鐵礦中，這部分磷不能用機(jī)械選礦的方法和褐鐵礦分離。另有14.1%的磷以膠磷礦形式產(chǎn)出，但膠磷礦也是以浸染狀或極細(xì)的機(jī)械混入物的形式分布于褐鐵礦中，這部分磷也難用機(jī)械選礦的方法和褐鐵礦分離。

1.2 試驗(yàn)方案

采用還原焙燒磁選的方法得出56.06%的鐵精礦后，根據(jù)鐵礦的性質(zhì)，以及磷的賦存狀態(tài)，采用浸出降磷試驗(yàn)工藝方案，分別進(jìn)行了硫酸、鹽酸的浸出試驗(yàn)。對(duì)最佳浸出酸進(jìn)行了酸濃度、浸出溫度、液固比、浸出時(shí)間等因素的試驗(yàn)研究。

2 研究結(jié)果與討論

2.1 浸出酸的種類試驗(yàn)

浸出酸有硫酸、鹽酸，試驗(yàn)結(jié)果見圖1與圖2。此試驗(yàn)浸出溫度為常溫狀態(tài)，浸出時(shí)間為10min，浸出液固比為2∶1。

圖1 鹽酸浸出試驗(yàn)結(jié)果

圖2 硫酸浸出試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)酸浸處理后，鐵的品位明顯提高，磷的品位明顯降低。鹽酸浸出精礦中磷的品位有所降低，但仍然較高，都在0.4%以上。酸濃度相同的條件下，硫酸浸出的磷品位明顯低于鹽酸浸出，故采用硫酸做浸出較為合適。

2.2 酸液濃度及浸出溫度的試驗(yàn)

由于酸液濃度是決定浸出效果的主要因素之一，且酸液用量與浸出溫度密切相關(guān)，同時(shí)浸出溫度又影響浸出反應(yīng)的進(jìn)行。為了同時(shí)考察酸液濃度與浸出溫度對(duì)浸出結(jié)果的影響，進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)，分別進(jìn)行了40℃、60℃、80℃時(shí)的酸濃度浸出試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3、圖4和圖5。此試驗(yàn)浸出時(shí)間為10min，浸出液固比為2∶1。

圖3 40℃酸液濃度試驗(yàn)結(jié)果

圖4 60℃酸液濃度試驗(yàn)結(jié)果

圖5 80℃酸液濃度試驗(yàn)結(jié)果

由圖3、圖4及圖5常溫狀態(tài)浸出試驗(yàn)結(jié)果可以看到，精礦中磷品位隨著酸濃度的增加而逐漸降低。當(dāng)浸出溫度為常溫時(shí)，硫酸濃度要到12.50%才能使精礦磷品位降到0.3%以下，消耗酸量較大；浸出溫度為80℃時(shí)，使精礦磷品位降到0.3%以下,需要酸液濃度達(dá)到10.00%，且比相同酸濃度條件下的 40℃與60℃浸出所得鐵精礦品位要低；40℃與60℃條件下，酸液濃度達(dá)到8.33%,即可使精礦磷品位降到0.3%以下。綜合比較，60℃條件下浸出所得鐵精礦指標(biāo)更優(yōu)。因此，本試驗(yàn)最終采用浸出溫度為60℃，此時(shí)所用酸液濃度為8.33%。

2.3 液固比的試驗(yàn)

浸出液固比直接影響浸出結(jié)果。為了尋找合適的浸出液固比，進(jìn)行了液固比變化對(duì)浸出的影響試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。此試驗(yàn)浸出溫度60℃，硫酸濃度8.33%，浸出時(shí)間為10min。

圖6 液固比試驗(yàn)結(jié)果

從圖6試驗(yàn)結(jié)果可以看出，液固比較低時(shí)，對(duì)磷的浸出效果不好；當(dāng)液固比達(dá)到2.5∶1時(shí)，可以有效的使磷品位降到0.231%，鐵品位提高到59.04%；當(dāng)液固比增加到3∶1時(shí)，磷品位繼續(xù)降低，但鐵品位也隨之略為降低。同時(shí)，考慮到經(jīng)濟(jì)因素，選定浸出液固比為2.5∶1。

2.4 浸出時(shí)間的試驗(yàn)

浸出試驗(yàn)除了受酸液濃度、浸出溫度、液固比影響較為顯著外，浸出時(shí)間的長(zhǎng)短也是重要因素。為探索合適的浸出時(shí)間，進(jìn)行了時(shí)間變化對(duì)浸出的影響試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。此試驗(yàn)浸出溫度60℃，硫酸濃度8.33%，液固比為2.5∶1。

圖7 浸出時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，浸出磷品位皆可降到0.3%以下，浸出時(shí)間達(dá)到15min后，鐵品位都可達(dá)到58%以上，隨著時(shí)間的增加，鐵品位變化不大。同時(shí)，考慮工業(yè)生產(chǎn)效率，浸出時(shí)間以15min為宜。

2.5 浸出重復(fù)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證本試驗(yàn)所確定的浸出條件的穩(wěn)定性，特進(jìn)行了4組重復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 浸出重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果

由重復(fù)試驗(yàn)可以看出，在最佳條件下，浸出效果較好，浸出后的鐵精礦質(zhì)量比較穩(wěn)定，這說(shuō)明取得的綜合浸出條件可靠，具有很好的可重復(fù)性。

3 結(jié)論

(1)經(jīng)過(guò)浸出后，精礦中磷得到了有效的降低，鐵的品位明顯提高，選擇硫酸為浸出用酸。考慮綜合因素，選擇浸出溫度為60℃，酸液濃度為8.33%。

(2)液固比較低時(shí)，對(duì)磷的浸出效果不好；當(dāng)液固比達(dá)到2.5∶1時(shí)，可以有效的使磷品位降到0.231%，鐵品位提高到59.04%。同時(shí)，考慮經(jīng)

濟(jì)因素，選定浸出液固比為2.5∶1。

(3)浸出時(shí)間達(dá)到15min后，鐵品位都可達(dá)到58%以上，隨著時(shí)間的增加，鐵品位變化不大。同時(shí)，考慮工業(yè)生產(chǎn)效率，浸出時(shí)間以15min為宜。

(4)在所確定的條件下，浸出后的鐵精礦質(zhì)量比較穩(wěn)定，具有很好的可重復(fù)性。精礦鐵品位達(dá)到59.35%，磷品位降到0.222%，鐵回收率達(dá)到73.16%。

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