鄂西高磷鲕状赤铁矿含碳球团脱磷

D0L:10.13374M.issm1001-053x.2011.s1.023 第33卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.33 Suppl.1 2011年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2011 鄂西高磷鲕状赤铁矿含碳球团脱磷 宋延琦2)李京社丁小明)王敬慧)孙丽媛) 1)新兴铸管股份有限公司，武安0563002)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:ding121@163.com 摘要根据鄂西地区高磷鲕状赤铁矿的矿物特性结合煤基直接还原方式的特点进行了脱磷实验研究，实验过程中还原煤 为哈密煤.实验结果表明：采用煤基直接还原+磁选工艺在实验室条件下可以获得最低磷质量分数为0.031%的铁精粉：为了 达到这一实验结果，必须保证满足还原脱磷条件的最佳还原温度和配碳量（本实验条件下，最佳还原温度为1250℃，矿煤比 1.25),生球要有适宜磷还原的二元碱度(R≤0.8)，适中的原矿粒度(2mm以下)，最后保证达到反应平衡的还原时间 (50min). 关键词赤铁矿：脱磷：直接还原 分类号TF046.6 Dephosphorization of high-phosphorous oolitic hematite carbon-containing pellets in western Hubei SONG Yan-i),LI Jing-she),DING Xiao-ming2,WANG Jing-hui2,SUN Li-yuan?) 1)Xinxing Ductile Iron Pipes Co.Ltd.Wu'an 056300.China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:ding-121@163.com ABSTRACT Based on the characters of high-phosphorous oolitic hematite,the dephosphorization research was carried out with the method of coal-based direct reduction.and Hami coal was used in this experiment.The results show that it can get the iron fine with the lowest mass fraction of P0.031%in the lab after the processes of coal-based direct reduction and magnetic separation.To get the results,it should insure the best reduction temperature and the proper amount of adding carbon(in this experiment,the best reduction temperature is 1250 C,the mass ratio of ore to coal is 1.25).The wet balls require the proper binary basicity(Rs0.8),and the proper ore size the ore size is below 2 mm),and finally the reduction time is required to last until the balance of the reaction (50min). KEY WORDS hematites;dephosphorization:direct reduction 目前，我国已查明的铁矿资源储量为608亿t, 究煤基直接还原方式的脱磷情况，为黑石板地区高 暂难利用的铁矿占总储量的52.2%，这些难选难冶 磷鲕状赤铁矿工业化的开发利用提供参考. 铁矿广泛分布于鄂、湘、赣、黔、云、贵、川、甘诸省，尤 1实验方法 以鄂西、湘西北、云南地区最集中.矿石平均品位为 30%,但含磷较高（磷质量分数0.5%~1.2%），磷 1.1黑石板矿的物性分析 的选冶问题目前还没有解决，成为选刊矿和冶金界的 (1)黑石板矿的化学分析. 难题)，因而大部分矿床未被开发利用.本文以此 黑石板矿的多元素化学分析结果如表1所示. 为研究方向，根据鄂西恩施州黑石板高磷缅状赤铁 从多元素化学分析的结果可知：黑石板矿铁品位为 矿的物性特征并结合煤基直接还原的特点，通过研 44.90%,硫质量分数为0.012%，磷质量分数为 收稿日期：201108-12

第 33 卷 增刊 1 2011 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 Suppl． 1 Dec． 2011 鄂西高磷鲕状赤铁矿含碳球团脱磷 宋延琦1，2) 李京社2) 丁小明2) 王敬慧2) 孙丽媛2) 1) 新兴铸管股份有限公司，武安 056300 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: ding-1121@ 163． com 摘 要 根据鄂西地区高磷鲕状赤铁矿的矿物特性结合煤基直接还原方式的特点进行了脱磷实验研究，实验过程中还原煤 为哈密煤． 实验结果表明: 采用煤基直接还原 + 磁选工艺在实验室条件下可以获得最低磷质量分数为 0. 031% 的铁精粉; 为了 达到这一实验结果，必须保证满足还原脱磷条件的最佳还原温度和配碳量( 本实验条件下，最佳还原温度为 1 250 ℃，矿煤比 1. 25) ，生球要有适宜磷还原的二元碱度( R≤0. 8) ，适中的原矿粒度( 2 mm 以下) ，最后保证达到反应平衡的还原时间 ( 50 min) ． 关键词 赤铁矿; 脱磷; 直接还原 分类号 TF046. 6 Dephosphorization of high-phosphorous oolitic hematite carbon-containing pellets in western Hubei SONG Yan-qi 1，2) ，LI Jing-she 2) ，DING Xiao-ming2) ，WANG Jing-hui 2) ，SUN Li-yuan2) 1) Xinxing Ductile Iron Pipes Co． Ltd． ，Wu’an 056300，China 2) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: ding-1121@ 163． com ABSTRACT Based on the characters of high-phosphorous oolitic hematite，the dephosphorization research was carried out with the method of coal-based direct reduction，and Hami coal was used in this experiment． The results show that it can get the iron fine with the lowest mass fraction of P 0. 031% in the lab after the processes of coal-based direct reduction and magnetic separation． To get the results，it should insure the best reduction temperature and the proper amount of adding carbon ( in this experiment，the best reduction temperature is 1 250 ℃，the mass ratio of ore to coal is 1. 25) ． The wet balls require the proper binary basicity( R≤0. 8) ，and the proper ore size ( the ore size is below 2 mm) ，and finally the reduction time is required to last until the balance of the reaction ( 50 min) ． KEY WORDS hematites; dephosphorization; direct reduction 收稿日期: 2011--08--12 目前，我国已查明的铁矿资源储量为 608 亿 t， 暂难利用的铁矿占总储量的 52. 2% ，这些难选难冶 铁矿广泛分布于鄂、湘、赣、黔、云、贵、川、甘诸省，尤 以鄂西、湘西北、云南地区最集中． 矿石平均品位为 30% ，但含磷较高( 磷质量分数 0. 5% ～ 1. 2% ) ，磷 的选冶问题目前还没有解决，成为选矿和冶金界的 难题［1--3］，因而大部分矿床未被开发利用． 本文以此 为研究方向，根据鄂西恩施州黑石板高磷鲕状赤铁 矿的物性特征并结合煤基直接还原的特点，通过研 究煤基直接还原方式的脱磷情况，为黑石板地区高 磷鲕状赤铁矿工业化的开发利用提供参考． 1 实验方法 1. 1 黑石板矿的物性分析 ( 1) 黑石板矿的化学分析． 黑石板矿的多元素化学分析结果如表 1 所示． 从多元素化学分析的结果可知: 黑石板矿铁品位为 44. 90% ，硫质量分数为 0. 012% ，磷质 量 分 数 为 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.s1.023

增刊1 宋延琦等：鄂西高磷鲕状赤铁矿含碳球团脱磷 ·99· 0.76%.采用煤基直接还原法处理该矿的难点在于 脱磷a 表1黑石板矿化学分析结果（质量分数） Table 1 Chemical analysis results of Heishiban ore % TFe FeO Fe203 Si0z A203 Cao Mgo MnO P 44.90 1.80 62.14 16.50 3.07 2.50 3.40 0.23 0.012 0.76 (2)黑石板矿的物相分析. 为主，少量的赤铁矿和硅铝酸盐的共生物嵌布于鲕 黑石板矿的物相分析结果如表2所示，图1是 粒群簇的间隙，鲕粒群簇被石英包围.鲕状物主要 黑石板矿的显微形态照片 成分为铁矿物和磷矿物.磷主要存在于磷灰石中， 表2黑石板矿物相分析结果（质量分数） 该磷灰石具有胶状构造的细分散相，与赤铁矿组成 Table 2 Phase analysis results of Heishiban ore 鲕粒交互连生，嵌布紧密，给选矿提高铁精矿品位、 赤铁矿 石英 磷灰石 铁蛇纹石其他铁矿物 降低杂质磷含量增加了难度. 51 37 8 2 1 1.2其他原料的物性分析 本次实验采用哈密煤为还原煤，石灰石为添加 赤铁矿矿和硅铝 赤铁矿和磷灰石 颜状物放大图 剂，哈密煤的工业分析结果及煤灰分化学分析结果 酸盐的共生物 形成的鲕状物 见表3，石灰石的化学分析见表4.从表3的分析结 果可以看到，哈密煤的挥发分高，固定碳含量适中， 灰分低，磷含量不高 1.3现场实验 将铁矿石和煤粉用鄂式破碎机一对辊磨矿机磨 至粒度满足压球实验要求，按照物料平衡计算的结 果进行配料，压球粘结剂采用有机粘结剂.各种原 (a 料千混4min后加入粘结剂湿混6min,最后压制成 图1黑石板矿的显微形态.()显微形态：(b)局部放大图 25mm×12mm的饼状球，每个球重约25g.饼状球 Fig.1 Micro-morphology of Heishiban ore:(a)micro-morphology: 经(110±5)℃烘干后置于石墨坩埚内，然后在钼丝 b)partial enlarged view 炉内在实验温度下保持实验方案中确定的时间进行 从物相分析结果和显微形态图知，黑石板矿主 还原得到DRI球团，将其破碎，磁选.磁场强度 要成分是赤铁矿和石英，矿的显微结构以鲕粒群簇 2.8×10A·m1.本研究的工艺流程如图2所示. 表3哈密煤的化学分析结果（质量分数） Table 3 Chemical analysis results of Hami coal 灰分化学组成 水分 挥发分 固定碳 灰分 Ca0 SiO, A203 MgO 8.65 26.14 57.05 8.16 0.01 27.33 26.90 10.98 0.76 表4石灰石的化学分析结果（质量分数 破碎 混料 压球 烘下 培烧 Table 4 Chemical analysis results of limestone % Ca0 Si02 AL203 MgO 其他 铁精粉 55.17 2.84 0.16 0.21 41.62 样分析 破碎 尾州 根据物料平衡的计算结果，不添加石灰石，在矿 图2高磷鲕状赤铁矿直接还原工艺流程 煤比w(Fe.0,)/w(C)=7:6时，DRI中铁品位约 Fig.2 Direct reduction processes of high-phosphorous oolitic hema- 44.67%,低于原矿铁品位，其中计算过程控制金属 tite 化率90%，碳烧损率16%，粉尘损耗1%，因此本实 验控制矿煤比w(Fe0,)/o(C)在5：2到5：4之 中的铁品位降低，石灰石的加入还会影响湿球的成 间1.另外根据计算结果，随着石灰石的增加，DRI 球性和焙烧后球的粉化程度，所以在本实验条件下

增刊 1 宋延琦等: 鄂西高磷鲕状赤铁矿含碳球团脱磷 0. 76% ． 采用煤基直接还原法处理该矿的难点在于 脱磷［4］． 表 1 黑石板矿化学分析结果( 质量分数) Table 1 Chemical analysis results of Heishiban ore % TFe FeO Fe2O3 SiO2 Al2O3 CaO MgO MnO S P 44. 90 1. 80 62. 14 16. 50 3. 07 2. 50 3. 40 0. 23 0. 012 0. 76 ( 2) 黑石板矿的物相分析． 黑石板矿的物相分析结果如表 2 所示，图 1 是 黑石板矿的显微形态照片． 表 2 黑石板矿物相分析结果( 质量分数) Table 2 Phase analysis results of Heishiban ore % 赤铁矿 石英 磷灰石 铁蛇纹石 其他铁矿物 51 37 8 2 1 图 1 黑石板矿的显微形态． ( a) 显微形态; ( b) 局部放大图 Fig． 1 Micro-morphology of Heishiban ore: ( a) micro-morphology; ( b) partial enlarged view 从物相分析结果和显微形态图知，黑石板矿主 要成分是赤铁矿和石英，矿的显微结构以鲕粒群簇 为主，少量的赤铁矿和硅铝酸盐的共生物嵌布于鲕 粒群簇的间隙，鲕粒群簇被石英包围． 鲕状物主要 成分为铁矿物和磷矿物． 磷主要存在于磷灰石中， 该磷灰石具有胶状构造的细分散相，与赤铁矿组成 鲕粒交互连生，嵌布紧密，给选矿提高铁精矿品位、 降低杂质磷含量增加了难度． 1. 2 其他原料的物性分析 本次实验采用哈密煤为还原煤，石灰石为添加 剂，哈密煤的工业分析结果及煤灰分化学分析结果 见表 3，石灰石的化学分析见表 4． 从表 3 的分析结 果可以看到，哈密煤的挥发分高，固定碳含量适中， 灰分低，磷含量不高． 1. 3 现场实验 将铁矿石和煤粉用鄂式破碎机--对辊磨矿机磨 至粒度满足压球实验要求，按照物料平衡计算的结 果进行配料，压球粘结剂采用有机粘结剂． 各种原 料干混 4 min 后加入粘结剂湿混 6 min，最后压制成 25 mm × 12 mm 的饼状球，每个球重约 25 g． 饼状球 经( 110 ± 5) ℃烘干后置于石墨坩埚内，然后在钼丝 炉内在实验温度下保持实验方案中确定的时间进行 还原得到 DRI 球团，将其破碎，磁选． 磁场强度 2. 8 × 105 A·m － 1 ． 本研究的工艺流程如图 2 所示． 表 3 哈密煤的化学分析结果( 质量分数) Table 3 Chemical analysis results of Hami coal % 水分 挥发分 固定碳 灰分 P 灰分化学组成 CaO SiO2 Al2O3 MgO 8. 65 26. 14 57. 05 8. 16 0. 01 27. 33 26. 90 10. 98 0. 76 表 4 石灰石的化学分析结果( 质量分数) Table 4 Chemical analysis results of limestone % CaO SiO2 Al2O3 MgO 其他 55. 17 2. 84 0. 16 0. 21 41. 62 根据物料平衡的计算结果，不添加石灰石，在矿 煤比 w( Fex Oy ) /w( C) = 7 ∶ 6 时，DRI 中铁品位约 44. 67% ，低于原矿铁品位，其中计算过程控制金属 化率 90% ，碳烧损率 16% ，粉尘损耗 1% ，因此本实 验控制矿煤比 w ( Fex Oy ) /w ( C) 在 5 ∶ 2 到 5 ∶ 4 之 间［5］． 另外根据计算结果，随着石灰石的增加，DRI 图 2 高磷鲕状赤铁矿直接还原工艺流程 Fig． 2 Direct reduction processes of high-phosphorous oolitic hema￾tite 中的铁品位降低，石灰石的加入还会影响湿球的成 球性和焙烧后球的粉化程度，所以在本实验条件下 ·99·

◆100 北京科技大学学报 第33卷 控制石灰石添加量在20%以下，即生球的二元碱度 含碳球团直接还原过程铁精粉产率、铁精粉铁品 R≤0.8. 位(TFe)、铁精粉金属化率和脱磷效果的影 响[6].其中，铁精粉产率=铁精粉（铁精粉+尾 2实验结果与讨论 矿)×100%；铁精粉金属化率=金属铁/全铁× 本实验研究了不同矿煤比、石灰石用量、矿粒 100%. 度、还原温度和还原时间五个因素在不同水平对 不同还原温度的实验方案及结果如表5. 表5不同还原温度的实验方案及结果 Table 5 Experimental programs and results on the different reduction temperatures 方案 o(fe,0,)/ 矿粒 还原温 还原时 石灰石 铁精粉 TFe/ 金属化 (P)/ 编号 ne(C) 度/mm 度/℃ 间/min 用量/% 产率/% 率/% 9 1100 47.98 78.21 86.59 0.330 10 1150 50.58 83.06 88.65 0.117 方案三11 1.25 -2 1200 40 0 53.10 82.10 88.80 0.100 12 1250 54.89 86.95 89.11 0.065 13 1280 50.72 89.18 93.53 0.204 对于实验温度的选择，考虑到实验用铁矿石中 图3为不同矿煤比的实验方案及结果.一般认 的磷是以磷灰石(Ca[PO,]3(F,Cl,OH))形式存 为，配碳量（或配碳比）越大，还原速度越快，还原时 在，不同碱度时，磷灰石的反应方程式如下： 间越短. R<0.8时， Ca3(P04)2+3Si02+5C= 85.5 -B-TFe 一d-(P 0.18 3(Ca0Si02)+5C0+P2 (1) 85.0 R=1.4时： 0.15 Ca3(P04)2+2Si02+5C= 84.5 0.12 3Ca0·2SiO2+5C0+P2 (2) 84.0 R>2.0时： 0.09 83.5 2Ca(P04)2+3Si02+13C= 0.06 3(2Ca0Si02)+13C0+2P2 83.0 (3) 1.25 1.501.752.002.252.502.75 由于上述反应均为吸热反应，所以升高温度有 矿煤比nFe.0,u(O 利于反应向正方向进行.根据热力学计算得知，上 图3不同矿煤比的结果 述反应在1250℃左右才发生，所以低温时，煤粉主 Fig.3 Results on the different mass ratio between iron ore and coal 要用于还原赤铁矿，磷灰石中的磷没有被还原出来 进入金属铁中，而是留在脉石中，所以低温范围内铁 从图3中可以看到，矿煤比从1.25~2.50，铁 矿石中的磷进入铁精粉随着温度的升高有上升的趋 精粉的产率随着配煤量的增加而增加，铁精粉中铁 势.当温度升高到一定程度以后，部分磷灰石开始 的品位变化不大，而脱磷能力也随着配煤量的增加 被碳还原[0，还原出来的磷一部分进入金属铁当 而提高.这说明在配碳量足够的情况下，碳含量越 中，另一部分随炉气排出，因此尽量使用低的还原温 高，铁氧化物的还原越容易发生：磷灰石的还原也随 度有利于脱磷.本研究在还原温度1100~1280℃ 着碳含量的增加变得容易发生 范围内进行实验，找到最佳脱磷还原温度1-2！ 为探究矿石粒度对铁精粉产率、铁品位、金属化 从表5中看到，随着还原温度的升高，铁精粉产 率和铁精粉中的磷含量的变化趋势，分别在矿石粒 率、铁粉品位和金属化率都呈增大趋势：而铁精粉中 度-4、-2和-0.074mm的粒度下进行实验，如 的磷含量是先减小后增加的，在1250℃时取得最低 表6所示. 值，这说明在1280℃时磷已被还原进入铁精粉内. 从表6看到，在矿煤比为1.25时，随着矿粒度 因此，应将实验温度控制在1250℃左右.以下实验 的减小，铁精粉产率、铁品位和金属化率都增加：铁 还原温度均控制为1250℃ 精粉中的磷含量呈先减低后增加的趋势

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 控制石灰石添加量在 20% 以下，即生球的二元碱度 R≤0. 8． 2 实验结果与讨论 本实验研究了不同矿煤比、石灰石用量、矿粒 度、还原温度和还原时间五个因素在不同水平对 含碳球团直接还原过程铁精粉产率、铁精粉铁品 位( TFe ) 、铁 精 粉 金 属 化 率 和 脱 磷 效 果 的 影 响［6--8］． 其中，铁精粉产率 = 铁精粉 /( 铁精粉 + 尾 矿) × 100% ; 铁精粉金属化率 = 金属铁 /全铁 × 100% ． 不同还原温度的实验方案及结果如表 5． 表 5 不同还原温度的实验方案及结果 Table 5 Experimental programs and results on the different reduction temperatures 方案 编号 w( FexOy ) / w( C) 矿粒 度/mm 还原温 度/℃ 还原时 间/min 石灰石 用量/% 铁精粉 产率/% TFe / % 金属化 率/% w( P) / % 9 1 100 47. 98 78. 21 86. 59 0. 330 10 1 150 50. 58 83. 06 88. 65 0. 117 方案三 11 1. 25 － 2 1 200 40 0 53. 10 82. 10 88. 80 0. 100 12 1 250 54. 89 86. 95 89. 11 0. 065 13 1 280 50. 72 89. 18 93. 53 0. 204 对于实验温度的选择，考虑到实验用铁矿石中 的磷是以磷灰石( Ca5［PO4］3 ( F，Cl，OH) ) 形式存 在，不同碱度时，磷灰石的反应方程式如下［9］: R ＜ 0. 8 时， Ca3 ( PO4 ) 2 + 3SiO2 + 5C  3( CaO·SiO2 ) + 5CO + P2 ( 1) R = 1. 4 时: Ca3 ( PO4 ) 2 + 2SiO2 + 5C  3CaO·2 SiO2 + 5CO + P2 ( 2) R ＞ 2. 0 时: 2Ca3 ( PO4 ) 2 + 3SiO2 + 13C  3( 2CaO·SiO2 ) + 13CO + 2P2 ( 3) 由于上述反应均为吸热反应，所以升高温度有 利于反应向正方向进行． 根据热力学计算得知，上 述反应在 1 250 ℃左右才发生，所以低温时，煤粉主 要用于还原赤铁矿，磷灰石中的磷没有被还原出来 进入金属铁中，而是留在脉石中，所以低温范围内铁 矿石中的磷进入铁精粉随着温度的升高有上升的趋 势． 当温度升高到一定程度以后，部分磷灰石开始 被碳还原［10］，还原出来的磷一部分进入金属铁当 中，另一部分随炉气排出，因此尽量使用低的还原温 度有利于脱磷． 本研究在还原温度 1 100 ～ 1 280 ℃ 范围内进行实验，找到最佳脱磷还原温度［11--12］． 从表 5 中看到，随着还原温度的升高，铁精粉产 率、铁粉品位和金属化率都呈增大趋势; 而铁精粉中 的磷含量是先减小后增加的，在 1 250 ℃时取得最低 值，这说明在 1 280 ℃ 时磷已被还原进入铁精粉内． 因此，应将实验温度控制在 1 250 ℃ 左右． 以下实验 还原温度均控制为 1 250 ℃ ． 图 3 为不同矿煤比的实验方案及结果． 一般认 为，配碳量( 或配碳比) 越大，还原速度越快，还原时 间越短． 图 3 不同矿煤比的结果 Fig． 3 Results on the different mass ratio between iron ore and coal 从图 3 中可以看到，矿煤比从 1. 25 ～ 2. 50，铁 精粉的产率随着配煤量的增加而增加，铁精粉中铁 的品位变化不大，而脱磷能力也随着配煤量的增加 而提高． 这说明在配碳量足够的情况下，碳含量越 高，铁氧化物的还原越容易发生; 磷灰石的还原也随 着碳含量的增加变得容易发生． 为探究矿石粒度对铁精粉产率、铁品位、金属化 率和铁精粉中的磷含量的变化趋势，分别在矿石粒 度 － 4、－ 2 和 － 0. 074 mm 的粒度下进行实验，如 表 6 所示． 从表 6 看到，在矿煤比为 1. 25 时，随着矿粒度 的减小，铁精粉产率、铁品位和金属化率都增加; 铁 精粉中的磷含量呈先减低后增加的趋势． ·100·

增刊1 宋延琦等：鄂西高磷鲕状赤铁矿含碳球团脱磷 ·101· 在矿煤比w(Fe,0,)/w(C)=1.25、矿石粒度 原时间和石灰石用量进行实验，实验结果如图4和 -2mm、还原温度1250℃的条件下，改变不同的还 图5所示. 表6不同矿粒度的实验方案及结果 Table 6 Experimental programs and results on the different ore sizes 方案 (Fe,O,)/ 矿粒 还原时 石灰石 铁精粉 TFe/ 金属化 n(P)/ 编号 C) 度/mm 间/min 用量/% 产率/% % 率/% % 6 -4 50.62 82.31 83.59 0.163 方案二 7 1.25 -2 40 0 51.58 82.06 89.45 0.091 -0.074以下 57.10 84.09 91.80 0.112 30.16 ◆-P) 3结论 TFe 0.12 0.08 (1)高磷鲕状赤铁矿中的磷脱除需要低于 1280℃的直接还原温度作为保证，且内配碳量必须 充足，在不降低矿品位的前提下配碳量越大越好 10 (2)原矿的粒度对脱磷也有一定的影响，适中 的粒度有利于脱磷，本实验得出原矿粒度为2mm时 40 50 还原时间min 脱磷效果最佳 (3)最佳实验参数：矿煤比1.25，原矿粒度 图4不同还原时间的结果 Fig.4 Results on the different reduction time periods 2mm,还原温度1250℃，反应时间40~50min. (4)添加石灰石后有利于铁矿粉脱磷，磷的最 低质量分数可以达到0.031%，且反应达到平衡的 0,10 ☑达原时间40min 图还原时问50min 时间有所延长 0.08 参考文献 [1]Zhao Y.An analysis of ironstone supply and demand and policy proposals.Sci Technol Manage Land Resour,2008,25(3):129 0.04 (赵琰.铁矿石供需形势分析及政策建议.国土资源科技管理 2008.25(3):129) 15 20 石灰石州量% [2]Wang Y.Analysis of China's iron resource situation and strategy of its sustainable supply.Met Mine,2008(1):12 图5不同石灰石用量的结果 (王颖.我国铁矿资源形式分析与其可持续供给的策略.金属 Fig.5 Results on the different limestone qualities 矿山，2008(1)：12) 从图4中看到，随着还原时间的增加，铁精粉产 [3] Ma JM.Wu CG.Study on development and utilization of domes- tie lowgrade iron ore resources.Land Resour Inf,2008(2):7 率变化不明显：铁精粉的品位在提高；磷含量随之降 (马建明，吴初国.对我国低品位铁矿资源开发利用的思考.国 低.这说明反应在30min时未达到平衡.因此，实 土资源情报，2008(2)：7) 验还原时间应大于40min,还原时间的上限依实际 [4]Liu Z J.Yang G Q.Xue Q G,Zhang J L.Yang T J.Research on 情况而定.本实验条件下，取50min为还原时间的 direct reduction of coal-containing pellets of vanadic-itanomagne- 上限 tite by rotary hearth fumace.Chin J Process Eng,2009.9(1):51 (刘征建，杨广庆，薛庆国，等.钒钛磁铁矿含碳球团转底炉直 从图5中可以看到，添加石灰石后，还原时间为 接还原实验研究.过程工程学报，2009,9(1)：51) 40min时随着石灰石用量的增加，铁精粉中的磷含 [5] Huang Y j.Zhou M S.Zhai L W,et al.Experimental study on 量增加；还原时间为50min时随着石灰石用量的增 reasonable Mgo/SiO,ratio of iron ore pellet.Angang Technol. 加，铁精粉中的磷含量没有明显变化.但铁精粉中 2008(3):14 (黄永君，周明顺，翟立委，等.铁矿球团适宜Mg0/SO2比值的 的磷的平均含量随还原时间的增加而降低.说明添 实验研究.鞍钢技术，2008(3)：14) 加石灰石后还原时间在40min时，还原反应未达到 [6]Li JL.Liu WS.Ren W.et al.Experiment Study on Low Carbon 平衡. Bearing Pellet With Mgo.Iron Steel,2011.46(2):18

增刊 1 宋延琦等: 鄂西高磷鲕状赤铁矿含碳球团脱磷 在矿煤比 w( Fex Oy ) /w( C) = 1. 25、矿石粒度 － 2 mm、还原温度 1 250 ℃ 的条件下，改变不同的还 原时间和石灰石用量进行实验，实验结果如图 4 和 图 5 所示． 表 6 不同矿粒度的实验方案及结果 Table 6 Experimental programs and results on the different ore sizes 方案 编号 w( FexOy ) / w( C) 矿粒 度/mm 还原时 间/min 石灰石 用量/% 铁精粉 产率/% TFe / % 金属化 率/% w( P) / % 6 － 4 50. 62 82. 31 83. 59 0. 163 方案二 7 1. 25 － 2 40 0 51. 58 82. 06 89. 45 0. 091 8 － 0. 074 以下 57. 10 84. 09 91. 80 0. 112 图 4 不同还原时间的结果 Fig． 4 Results on the different reduction time periods 图 5 不同石灰石用量的结果 Fig． 5 Results on the different limestone qualities 从图 4 中看到，随着还原时间的增加，铁精粉产 率变化不明显; 铁精粉的品位在提高; 磷含量随之降 低． 这说明反应在 30 min 时未达到平衡． 因此，实 验还原时间应大于 40 min，还原时间的上限依实际 情况而定． 本实验条件下，取 50 min 为还原时间的 上限． 从图 5 中可以看到，添加石灰石后，还原时间为 40 min 时随着石灰石用量的增加，铁精粉中的磷含 量增加; 还原时间为 50 min 时随着石灰石用量的增 加，铁精粉中的磷含量没有明显变化． 但铁精粉中 的磷的平均含量随还原时间的增加而降低． 说明添 加石灰石后还原时间在 40 min 时，还原反应未达到 平衡． 3 结论 ( 1) 高磷鲕状赤铁矿中的磷脱除需要低于 1 280 ℃的直接还原温度作为保证，且内配碳量必须 充足，在不降低矿品位的前提下配碳量越大越好． ( 2) 原矿的粒度对脱磷也有一定的影响，适中 的粒度有利于脱磷，本实验得出原矿粒度为 2 mm 时 脱磷效果最佳． ( 3 ) 最佳实验参数: 矿煤比 1. 25，原矿粒度 2 mm，还原温度 1 250 ℃，反应时间 40 ～ 50 min． ( 4) 添加石灰石后有利于铁矿粉脱磷，磷的最 低质量分数可以达到 0. 031% ，且反应达到平衡的 时间有所延长． 参 考 文 献 ［1］ Zhao Y． An analysis of ironstone supply and demand and policy proposals． Sci Technol Manage Land Resour，2008，25( 3) : 129 ( 赵琰． 铁矿石供需形势分析及政策建议． 国土资源科技管理， 2008，25( 3) : 129) ［2］ Wang Y． Analysis of China’s iron resource situation and strategy of its sustainable supply． Met Mine，2008( 1) : 12 ( 王颖． 我国铁矿资源形式分析与其可持续供给的策略． 金属 矿山，2008( 1) : 12) ［3］ Ma J M，Wu C G． Study on development and utilization of domes￾tic low-grade iron ore resources． Land Resour Inf，2008( 2) : 7 ( 马建明，吴初国． 对我国低品位铁矿资源开发利用的思考． 国 土资源情报，2008( 2) : 7) ［4］ Liu Z J，Yang G Q，Xue Q G，Zhang J L，Yang T J． Research on direct reduction of coal-containing pellets of vanadic-titanomagne￾tite by rotary hearth furnace． Chin J Process Eng，2009，9( 1) : 51 ( 刘征建，杨广庆，薛庆国，等． 钒钛磁铁矿含碳球团转底炉直 接还原实验研究． 过程工程学报，2009，9( 1) : 51) ［5］ Huang Y j，Zhou M S，Zhai L W，et al． Experimental study on reasonable MgO/SiO2 ratio of iron ore pellet． Angang Technol， 2008( 3) : 14 ( 黄永君，周明顺，翟立委，等． 铁矿球团适宜 MgO/SiO2 比值的 实验研究． 鞍钢技术，2008( 3) : 14) ［6］ Li J L，Liu W S，Ren W，et al． Experiment Study on Low Carbon Bearing Pellet With MgO． Iron Steel，2011，46( 2) : 18 ·101·

◆102· 北京科技大学学报 第33卷 (李金莲，刘万山，任伟，等.低含碳球团配加Mg0实验研究. (汪琦.铁矿含碳球团技术.北京：治金工业出版社，2005) 钢铁，2011,46(2)：18) [10]Huang X K.Iron and Steel Metallurgy.Beijing:Metallurgical [7]Wu B.Long S G.Cao F.Effect factors of the carbon-bearing pel- Industry Press,2002 let strengths and metallization rate.J Anhui Unir Technol.2007 (黄希枯.钢铁治金原理.北京：冶金工业出版社，2002) 24(2):127 [11]Zhou Y L.Xu B,Li Q,et al.Mechanism research for influence (吴斌，龙世刚，曹枫.含碳球团强度及金属化率的影响因素. of compound additives on the properties of hematite pellets.Min 安徽工业大学学报，2007,242)：127) Metall Eng,2011,31(1):66 [8]Jiang T.Zhu R,Gao F,et al.Metallization of laterite lean iron (周友连，许斌，李骞，等.复合添加剂对赤铁矿球团性能影 ore.J Univ Sci Technol Beijing,2007.29(1):159 响的机理研究.矿治工程，2011,31(1)：66) (任江涛.朱荣，高峰，等.红土贫铁矿的金属化.北京科技大 [12]Wang Q.Reduction reaction of carbon-containing pellet and its 学学报，2007,29(1)：159) reduction process.Angang Technol,2009(4):1 [9]Wang Q.Technology of Carbon Pellets.Beijing:Metallurgical In- (汪琦.含碳球团还原反应及其技术.鞍钢技术，2004)：1) dustry Press,2005

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 ( 李金莲，刘万山，任伟，等． 低含碳球团配加 MgO 实验研究． 钢铁，2011，46( 2) : 18) ［7］ Wu B，Long S G，Cao F． Effect factors of the carbon-bearing pel￾let strengths and metallization rate． J Anhui Univ Technol，2007， 24( 2) : 127 ( 吴斌，龙世刚，曹枫． 含碳球团强度及金属化率的影响因素． 安徽工业大学学报，2007，24( 2) : 127) ［8］ Jiang T，Zhu R，Gao F，et al． Metallization of laterite lean iron ore． J Univ Sci Technol Beijing，2007，29( 1) : 159 ( 任江涛，朱荣，高峰，等． 红土贫铁矿的金属化． 北京科技大 学学报，2007，29( 1) : 159) ［9］ Wang Q． Technology of Carbon Pellets． Beijing: Metallurgical In￾dustry Press，2005 ( 汪琦． 铁矿含碳球团技术． 北京: 冶金工业出版社，2005) ［10］ Huang X K． Iron and Steel Metallurgy． Beijing: Metallurgical Industry Press，2002 ( 黄希枯． 钢铁冶金原理． 北京: 冶金工业出版社，2002) ［11］ Zhou Y L，Xu B，Li Q，et al． Mechanism research for influence of compound additives on the properties of hematite pellets． Min Metall Eng，2011，31( 1) : 66 ( 周友连，许斌，李骞，等． 复合添加剂对赤铁矿球团性能影 响的机理研究． 矿冶工程，2011，31( 1) : 66) ［12］ Wang Q． Reduction reaction of carbon-containing pellet and its reduction process． Angang Technol，2009( 4) : 1 ( 汪琦． 含碳球团还原反应及其技术． 鞍钢技术，2009( 4) : 1) ·102·