惠民高磷褐铁矿焙烧—酸浸除磷机理研究

发布时间：2017-05-21 07:39

  本文关键词：惠民高磷褐铁矿焙烧—酸浸除磷机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：充分利用现有技术难以有效利用的大量高磷铁矿石资源对于提高铁矿石自给率、保障我国铁矿石供应安全具有重要意义。在高磷铁矿众多的除磷方法中,酸浸除磷法以其工艺简单、设备要求不高和除磷率高等优点而备受青睐。高磷铁矿的酸浸除磷效果与磷的赋存状态密切相关,目前对磷化物为磷灰石、胶磷矿和菱磷铝锶矾的高磷铁矿酸浸除磷机理研究的较为清楚。但对与褐铁矿共生的磷化物的脱除研究很不充分,同时对于这类磷化物的赋存状态和酸浸除磷机理也没有研究清楚。针对此问题,本文以惠民褐铁矿为研究对象,对其中磷的赋存状态、酸浸除磷机理、焙烧对磷化物物相结构及其对酸浸过程影响规律进行了详细的研究,取得了以下创新性结果：(1)研究了硫酸浓度、浸出温度、酸浸时间、搅拌速度等条件对惠民铁矿直接浸出过程影响,发现无论怎样改变浸出条件,直接酸浸法仅能去除惠民铁矿中约9%的磷,结合物相分析研究,发现惠民铁矿中的磷主要以无定型的Fe3P07存在。采用化学合成法制备了纯Fe3PO7,并对Fe3PO7在硫酸中浸出行为进行了研究,发现在相同的浸出条件下,Fe3PO7的溶解率小于1%,第一次证实Fe3PO7在硫酸中浸出速度确实非常慢,且是褐铁型高磷铁矿磷浸出慢的原因。(2)考察了焙烧对惠民铁矿中磷化合物赋存状态的影响规律,发现焙烧温度低于600℃时,惠民铁矿中的磷以无定型Fe3PO7形式存在,当焙烧温度在600-800℃之间时,磷由无定型转化为晶体Fe3PO7,当焙烧温度高于800℃时,Fe3PO7会与铁矿中的脉石物相反应,形成易溶于硫酸的Mg3(PO4)2、Ca3(PO4)2和AIPO4,这些研究澄清了以往研究关于褐铁型高磷铁矿磷存在形式的争论,进一步的研究表明,对于惠民铁矿,只有当焙烧温度高于1000℃时,才可取得较好的酸浸除磷效果。(3)研究了褐铁矿中常见脉石SiO2、CaO、MgO和Al2O3与Fe3PO7间相互反应规律,发现各脉石与Fe3PO7司反应活性顺序为：SiO2Al2O3 MgO CaO,各脉石与Fe3PO7间基本反应完全的大致温度Al203为1000℃, CaO和MgO为900℃,而Si02不与Fe3PO7反应。上述研究揭示了焙烧过程中CaO和MgO与Fe3P07间的反应在提高酸浸除磷率起了主要作用,而不是以往研究中所猜测的Al2O3起主要作用,为褐铁型高磷铁矿焙烧-酸浸除磷过程优化提供了理论依据。(4)为了探索降低焙烧温度,研究了添加CaCl2和Na2CO3对Fe3PO7和惠民铁矿焙烧及酸浸除磷过程的影响,发现CaCl2在约850℃即可与Fe3PO7进行较快速的反应而生成Ca5(PO4)3Cl,焙烧温度比未加CaCl2时降低了150℃。而Na2CO3在约750℃就可与Fe3P07发生快速反应,Na2CO3的添加可使焙烧温度降低250℃。对惠民铁矿添加CaCl2和Na2CO3焙烧酸浸除磷工艺进行了探索研究,证实分别在850℃和750℃下焙烧后酸浸,可获得75%和77%高除磷率。
【关键词】：高磷褐铁矿 磷化物 焙烧 酸浸 添加物 除磷机理
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(过程工程研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD951
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 1 文献综述15-35
• 1.1 引言15-18
• 1.2 中国铁矿石概述18-19
• 1.2.1 中国铁矿石资源分布18
• 1.2.2 中国铁矿石资源的特点18-19
• 1.3 高磷铁矿石概述19-21
• 1.3.1 国外高磷铁矿概况19-20
• 1.3.2 国内高磷铁矿20-21
• 1.3.2.1 国内高磷铁矿石分布20-21
• 1.3.2.2 国内高磷铁矿中的磷化物状态21
• 1.4 高磷铁矿的除磷方法21-30
• 1.4.1 磁选法22-24
• 1.4.2 浮选法24-25
• 1.4.3 微生物法25-26
• 1.4.4 酸浸法26-30
• 1.4.4.1 直接酸浸法26-28
• 1.4.4.2 焙烧酸浸法28-29
• 1.4.4.3 添加物焙烧酸浸法29-30
• 1.5 酸浸法除磷存在的问题30-33
• 1.6 本文研究内容33-35
• 2 惠民褐铁型高磷铁矿酸浸除磷研究35-57
• 2.1 概述35-36
• 2.2 实验36-37
• 2.2.1 实验原料36
• 2.2.2 实验仪器设备36
• 2.2.3 实验步骤36-37
• 2.2.3.1 直接酸浸实验36
• 2.2.3.2 焙烧酸浸实验36-37
• 2.2.4 分析和表征37
• 2.2.4.1 除磷率的表征37
• 2.2.4.2 铁含量的分析37
• 2.3 实验结果与讨论37-56
• 2.3.1 惠民高磷褐铁矿磷化物状态的初步探究37-40
• 2.3.2 直接酸浸除磷40-47
• 2.3.2.1 酸浸温度对除磷率的影响40-41
• 2.3.2.2 硫酸溶液浓度对除磷率的影响41-42
• 2.3.2.3 酸浸时间对除磷率的影响42-43
• 2.3.2.4 搅拌速度对除磷率的影响43-44
• 2.3.2.5 矿粒粒径对除磷率的影响44-45
• 2.3.2.6 磷化物的浸出动力学45-47
• 2.3.3 焙烧酸浸法除磷47-56
• 2.3.3.1 焙烧时间对除磷率的影响49-50
• 2.3.3.2 酸浸温度对除磷率的影响50-51
• 2.3.3.3 硫酸浓度对除磷率的影响51-52
• 2.3.3.4 酸浸时间对除磷率的影响52-53
• 2.3.3.5 搅拌速度对除磷率的影响53-54
• 2.3.3.6 焙烧后的磷化物的浸出动力学54-56
• 2.4 本章小结56-57
• 3 惠民高磷褐铁矿中磷化物状态及除磷机理研究57-85
• 3.1 概述57-58
• 3.2 实验58-60
• 3.2.1 实验原料58
• 3.2.2 实验步骤58-59
• 3.2.2.1 高磷褐铁矿反复酸浸58
• 3.2.2.2 Fe_3PO_7制备58-59
• 3.2.2.3 稀硫酸浸出Fe_3PO_7动力学59
• 3.2.2.4 Fe_3PO_7与氧化物反应59
• 3.2.2.5 Fe_3PO_7与氧化物焙烧产物硫酸浸出动力学59
• 3.2.3 物相和形貌表征59-60
• 3.3 实验结果与讨论60-83
• 3.3.1 高磷褐铁矿中磷化物状态60-64
• 3.3.2 Fe_3PO_7的合成64-66
• 3.3.3 Fe_3PO_7与稀硫酸反应66-67
• 3.3.4 Fe_3PO_7与Al_2O_3的混合物高温焙烧67-74
• 3.3.4.1 高温焙烧Fe_3PO_7与Al_2O_3的混合物的XRD分析69-70
• 3.3.4.2 高温焙烧Fe_3PO_7与Al_2O_3的混合物的电镜分析70-72
• 3.3.4.3 高温焙烧Fe_3PO_7与Al_2O_3的混合物与硫酸反应72-74
• 3.3.5 Fe_3PO_7与MgO、CaO混合物的高温焙烧74-79
• 3.3.5.1 高温焙烧Fe_3PO_7与MgO、CaO混合物的XRD分析74-75
• 3.3.5.2 高温焙烧Fe_3PO_7与MgO、CaO混合物的电镜分析75-78
• 3.3.5.3 高温焙烧Fe_3PO_7与MgO、CaO的混合物与硫酸反应78-79
• 3.3.6 Fe_3PO_7与SiO_2的混合物的高温焙烧79-80
• 3.3.7 高温焙烧Fe_3PO_7与Al_2O_3、Mgo和CaO的反应速度比较80-83
• 3.4 本章小结83-85
• 4 添加物共焙烧对惠民高磷褐铁矿焙烧酸浸除磷影响85-111
• 4.1 概述85-86
• 4.2 实验86-87
• 4.2.1 实验原料86
• 4.2.2 实验步骤86
• 4.2.2.1 Fe_3PO_7与CaCl_2反应86
• 4.2.2.2 Fe_3PO_7与Na_2CO_3反应86
• 4.2.2.3 焙烧酸浸实验86
• 4.2.3 物相和形貌表征86-87
• 4.2.4 差热分析87
• 4.3 结果与讨论87-109
• 4.3.1 添加物CaCl2与Fe_3PO_7的焙烧反应87-92
• 4.3.1.1 Fe_3PO_7与CaCl_2混合物的差热分析87-88
• 4.3.1.2 Fe_3PO_7与CaCl_2混合物的XRD分析88-89
• 4.3.1.3 Fe_3PO_7与CaCl_2混合物的电镜与能谱分析89-92
• 4.3.2 添加物Na_2CO_3与Fe_3PO_7的焙烧反应92-95
• 4.3.2.1 Fe_3PO_7与Na2_CO_3混合物的差热曲线92
• 4.3.2.2 Fe_3PO_7与Na_2O_3混合物的XRD分析92-93
• 4.3.2.3 Fe_3PO_7与Na_2CO_3混合物的电镜与能谱分析93-95
• 4.3.3 高磷褐铁矿加CaCl_2焙烧酸浸除磷工艺的探索95-103
• 4.3.3.1 焙烧温度对除磷率的影响95-97
• 4.3.3.2 焙烧时间对除磷率的影响97-98
• 4.3.3.3 CaCl_2加入量对除磷率的影响98-99
• 4.3.3.4 搅拌速度对除磷率的影响99-100
• 4.3.3.5 酸浸温度对除磷率的影响100-101
• 4.3.3.6 酸浸时间对除磷率的影响101-102
• 4.3.3.7 酸浓度对除磷率的影响102-103
• 4.3.4 高磷褐铁矿加Na_2CO_3焙烧酸浸除磷工艺的探索103-109
• 4.3.4.1 焙烧温度对除磷率的影响103-105
• 4.3.4.2 焙烧时间对除磷率的影响105
• 4.3.4.3 Na_2CO_3加入量对除磷率的影响105-106
• 4.3.4.4 酸浸温度和酸浸时间对除磷率的影响106-108
• 4.3.4.5 酸浓度对除磷率的影响108-109
• 4.4 本章小结109-111
• 5 结论与展望111-113
• 5.1 主要结论111-112
• 5.2 展望112-113
• 参考文献113-119
• 个人简历及发表文章目录119-121
• 致谢121

【共引文献】

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1 魏可;高磷铁矿熔融还原过程中组元活度对磷行为影响研究[D];昆明理工大学;2013年

  本文关键词：惠民高磷褐铁矿焙烧—酸浸除磷机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：382916