一種兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法
2023-09-13 12:35:35 1
專利名稱：一種兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法
技術領域：
本發明屬於溼法冶金領域，涉及一種兩步化學或/和生物酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法。
背景技術：
中國是全世界最大的鋼鐵生產和消費國。隨著我國鋼鐵工業高速發展，對鐵礦石原料需求也越來越大。我國鐵礦儲量有576億噸，可直接利用的經濟型儲量僅166億噸，難選冶高磷鐵礦100億噸(其中40億噸品位很高)，難冶煉的釩鈦共生礦120億噸，其他為難選低品位雜礦。目前我國經濟型鐵礦資源已逐漸枯竭，近幾年，我國一半以上的鐵礦石依賴進口，而國際鐵礦石價呈非理性的飛漲。開發利用我國高品位難選冶高磷鐵礦勢在必行。在湖北省西部和湖南、江西、貴州、四川、雲南等南方諸省區，廣泛分布著含磷較高的高磷鐵礦資源，儲量約為100噸。我國的高磷鐵礦以寧鄉式高磷鮞狀赤鐵礦為主。其特點是，部分富礦品位達到45 50%。礦石含磷高，一般在0. 4 1. 8%。含硫較低，平均為 0. 026% (w/w) 0當前高磷鐵礦之所以不能直接用於鋼鐵冶煉，原因在於它們所含有害元素磷的含量過高，往往高達1%以上。磷可導致鋼材產生「冷脆」，因而鋼鐵冶煉要求鐵礦原料中磷的含量應在0. 3%以下，而且磷的含量越低越好。目前，已經研究的高磷鐵礦石的降磷方法有選礦方法、化學方法、生物方法、高溫冶煉方法。但選礦方法和高溫冶煉方法存在脫磷率低，成本高的缺陷，其應用受到限制。化學方法和生物方法主要是用化工或生物法生產的礦物酸在常溫浸取高磷鐵礦中磷，其特點是脫磷率高，鐵礦中磷含量可由1. 0-2. 0%(w/w)降至0. 10-0. 20%。生物法比化學法還有成本低、環境友好等優點。前人無論是用化學方法還是用生物方法，其操作都是用礦物酸如硫酸一步將高磷鐵礦礦漿PH調至2.0以下，然後做固液分離，得到的固體渣含磷量在0.3%(w/w)以下，而得到的酸性濾液最多只能循環使用三次，循環使用三次後的濾液溶解有高濃度的磷和鈣、 鎂、鋁等雜質離子。這樣的濾液離子強度高，離子活度係數低，因而濾液用石灰中和後，所得的二次濾液中溶解的磷酸根濃度高，這樣的濾液不能排放到環境中，因而這樣的方法在環境評估時不能通過。此外，由於酸性濾液不能循環使用，勢必導致酸浸時使用較多的新鮮礦物酸。另外，由於酸性濾液不能循環使用，中和酸性濾液所用的鹼性石灰量加大。這些都增加了生產成本。
發明內容
本發明目的是為現有技術當中解決二次濾液中溶解的磷酸根濃度高，濾液不能排放到環境中及酸性濾液不能循環使用、中和酸性濾液所用的鹼性石灰量加大的問題。一種兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法，包括以下步驟
1)將含磷量0.4- (w/w)的高磷鐵礦塊磨細成粒徑為0.03-5毫米的粉末，置於容器
中；2)在上述容器中加入一定量濃礦物酸或/和一定量水配成的酸性浸取液攪拌浸取上述礦粉，礦粉固體在酸液中濃度為5-300 (g/L),浸取時間為0.08-365天。當礦漿pH為 1.6 -3.0時，停止浸取，做固液分離，得到濾液和固體渣，使固體渣中含水量小於40%(w/ w)；
3)步驟幻中濾液用鹼液如石灰水中和後排放到周圍環境中，步驟幻中固體渣用步驟 3)中濾液或/和濃礦物酸或/和水配成的酸性浸取液攪拌浸取，礦粉固體在酸液中濃度仍為5-300 (g/L),浸取時間仍為0.08-365天。當礦漿pH為0.5 -1.0時，停止浸取，做固液分離，得到濾液和固體渣，使固體渣中含水量小於40%(w/w)；
4)步驟3)中固體渣乾燥後即得到含磷量為0.06-0. 20%(w/w)的高磷鐵礦，它可作為合格的鐵礦石送到煉鐵廠。步驟幻中濾液用鹼液如石灰水中和後做固液分離，所得固體渣可用作農業磷肥，所得濾液可排放到周圍環境中。所述步驟2)和3)中所述礦物酸可以是化工生產的硫酸或/和鹽酸或/和硝酸， 也可以是微生物產酸細菌氧化元素硫粉或低價硫化物產生的硫酸。所述步驟3)中濾液可循環用作步驟2)產生的固體渣的浸取液的一部分或全部。 循環多次後，濾液中的磷酸根濃度會達到一個較高的值，阻礙步驟2)得到的固體渣中磷的浸出，當固體渣中磷含量不能低於0.20%(w/w)時，這時需停止循環使用步驟3)中濾液，此濾液用石灰水中和後得到沉澱。分離固液後，得到的固體磷酸鈣可作農業上的磷肥。所得濾液可排放到周圍環境中。
所述步驟2)和3)所述的水可以是自來水，也可以是民用或工業廢水。在用元素硫生物法生產硫酸時，所用水可以僅是含有產酸菌的民用廢水，不加任何化工生產的礦物酸。步驟1)所述容器可以是化工生產常用的容器；也可以是為生物堆浸而準備的設施，它主要是天然的礦物堆放在與水平面呈一定傾角的塑料薄膜材料上。本發明的根據是經我們研究發現，高磷鐵礦酸浸脫磷與浸取礦漿PH值有極大關係。如果浸取礦漿PH在1.6以上，高磷鐵礦中磷基本上一點都不溶解脫除，而高磷鐵礦中可溶性脈石礦物如白雲石(CaCO3 WgCO3)或/和斜綠泥石((Mg，Fe, AD6(Si1Al)4O10(OH)8) 在pHl. 6-3.0範圍內幾乎全部溶解，固體損失率為12%左右。即使礦漿pH值再降低，固體損失不會再增加。相反地，當礦漿PH在0. 5-1. 0，高磷鐵礦中磷發生大量脫除，鐵礦中磷含量降到一極限值約0. U%(w/w)。即使礦漿pH值降低至0.5以下，鐵礦中磷含量不會再進一步降低。如果用本發明提出的兩步酸溶，鐵礦中磷含量降到一極限值約0.06%(w/w)。
根據以上研究結果，提出兩步酸溶脫磷方法。在第一步酸溶中，浸取礦漿PH由初始值降低至1. 6-3. 0，這步目的是儘可能多地溶解高磷鐵礦中可溶性脈石礦物，而磷幾乎不溶解。第二步酸溶中，浸取礦漿PH由初始值1. 6-3. 0降低至0. 5-1. 0，這步目的是儘可能多地溶解高磷鐵礦中磷，同時減少礦物酸的消耗，降低生產成本。本發明與現有的化學或生物脫磷技術相比，具有以下優點和有益效果
1)本發明的二步酸溶法得到的鐵礦渣中磷含量(一般為0. 06% (w/w))比一
步酸溶法渣中磷含量(一般為0. 14% (w/w))低。2)第二步酸溶濾液可循環使用，這樣不僅可富集回收磷以用作農業磷肥，而且可節約用酸。
3)所有濾液經中和後可安全排放到環境中，因而過程是環保的。4)此方法提出第二步酸溶礦漿PH最低只需降至0. 50左右，較以前方法降低了礦物酸的消耗。5)此方法第二步酸溶礦漿pH控制在0. 50-1. 0，首次提出這能使鐵礦中磷含量低於0.20% (w/w)。
圖1為本發明實施實例的工藝流程圖，表示兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的工藝流程。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明。實施例1
將1000 g含磷量為1.01 %(w/w),粒徑為0.075-0. 1毫米的高磷鐵礦粉末少量多次加入裝有濃度為3. 70% (w/w)的5000毫升鹽酸溶液的10升塑料桶中，待礦料全部加入後，用聚四氟攪拌槳攪拌礦漿兩小時，攪拌速率為150轉/分。兩小時後礦漿pH=0.53，此時停止酸浸，將礦漿過濾做固液分離，得濾液1和固體渣1，取5mL濾液1和1. Og固體1做化學分析，它們的分析結果列在表1和表2中。原始高磷鐵礦分析結果列在表3中。將濾液1循環用於上述新鮮高磷鐵礦粉的酸浸過程，並補充新鮮鹽酸溶液，使得浸取礦漿終了 PH ^ 0. 50，如此得到幾次循環實驗結果，示於表4中。表1 酸浸濾液1中主要成分濃度
權利要求
1.一種兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法，其特徵包括以下步驟1)將含磷量0.4- (w/w)的高磷鐵礦塊磨細成粒徑為0.03-5毫米的粉末，置於容器中；2)在上述容器中加入一定量濃礦物酸或/和一定量水配成的酸性浸取液攪拌浸取上述礦粉，礦粉固體在酸液中濃度為5-300 (g/L),浸取時間為0.08-365天；當礦漿pH為 1.6 -3.0時，停止浸取，做固液分離，得到濾液和固體渣，使固體渣中含水量小於40%(w/ w)；3)步驟2)中濾液用鹼液中和後排放到周圍環境中，步驟2)中固體渣用步驟3)中濾液或/和濃礦物酸或/和水配成的酸性浸取液攪拌浸取，礦粉固體在酸液中濃度仍為5-300 (g/L),浸取時間仍為0.08-365天；當礦漿pH為0.5 -1.0時，停止浸取，做固液分離， 得到濾液和固體渣，使固體渣中含水量小於40%(w/w)；4)步驟3)中固體渣乾燥後即得到含磷量為0.06-0.20%(w/w)的高磷鐵礦，它可作為合格的鐵礦石送到煉鐵廠；步驟幻中濾液用鹼液中和後做固液分離，所得固體渣可用作農業磷肥，所得濾液可排放到周圍環境中。
2.根據權利要求1所述兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法，其特徵是所述步驟2)和 3)中所述礦物酸是化工生產的硫酸或/和鹽酸或/和硝酸，或者是微生物產酸細菌氧化元素硫粉或低價硫化物產生的硫酸。
3.根據權利要求1所述兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法，其特徵是所述步驟3)中濾液可循環用作步驟2)產生的固體渣的浸取液的一部分或全部；循環多次後，濾液中的磷酸根濃度會達到一個較高的值，阻礙步驟2)產生的固體渣中磷的浸出，當固體渣中磷含量不能低於0. 20%(w/w)時，這時需停止循環使用步驟3)中濾液，此濾液用石灰水中和後得到沉澱；分離固液後，得到的固體磷酸鈣可作農業上的磷肥，所得濾液可排放到周圍環境中。
4.根據權利要求1所述兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法，其特徵是所述步驟2)和 3)所述的水為自來水，或是民用或工業廢水；在用元素硫生物法生產硫酸時，所用水為僅含有產酸菌的民用廢水，不加任何化工生產的礦物酸。
5.根據權利要求1所述兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法，其特徵是步驟1)所述容器為化工生產常用的容器；或者是為生物堆浸而準備的、將天然的礦物堆放在與水平面呈一定傾角的塑料薄膜材料上的設施。
全文摘要
本發明涉及一種兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法，屬於溼法冶金領域。其特徵包括以下步驟將含磷量0.4-2%(w/w)的高磷鐵礦粉加入一定量礦物酸中攪拌浸取，使得浸取終了pH值保持在1.6-3.0，過濾分離固液，得固體1和濾液1；將固體1加入一定量礦物酸中攪拌浸取，使得浸取終了pH值保持在0.5-1.0，過濾分離固液，得固體2和濾液2,固體2即為可用於煉鐵的鐵礦石，其磷含量為0.06-2.0%。該方法脫磷率較一步酸浸法高。濾液2可循環使用，這樣不僅可富集回收磷以用作農業磷肥，而且可節約用酸。所有濾液經中和後可安全排放到環境中，因而過程是環保的。
文檔編號C22B1/11GK102268539SQ201110221510
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月3日 優先權日2011年8月3日
發明者沈少波 申請人:北京科技大學