含磷鐵礦石化學(xué)與生物浸出脫磷新工藝及其基礎(chǔ)研究.pdf

1、本研究課題是在國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展生物973項(xiàng)目資助下完成的。 隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)有限的富礦及易選的鐵礦資源已逐漸枯竭，可利用的鐵礦資源日益趨向于貧、細(xì)、雜。在我國(guó)的湘、鄂地區(qū)、長(zhǎng)江流域，均埋藏大量含磷鐵礦石，梅山鐵礦含磷達(dá)0.38％，“寧鄉(xiāng)式”赤鐵礦、烏石山礦區(qū)含磷均高于0.5％。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，冶煉對(duì)入爐物料的要求日益苛刻。Cleveland Clefts

2、Inc提出鐵精礦含磷應(yīng)低于0.024％。國(guó)內(nèi)對(duì)鐵精礦含磷的要求則為0.05～0.30％。因此，研究鐵礦石脫磷，對(duì)提高國(guó)內(nèi)鐵礦質(zhì)量和促進(jìn)我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。 低含磷量是鐵礦石的一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)，因?yàn)榱鬃鳛殇撹F生產(chǎn)中的主要有害雜質(zhì)，在礦石的燒結(jié)過(guò)程中不能有效脫除，容易導(dǎo)致鋼鐵冷脆。論文對(duì)高磷鐵礦石化學(xué)浸出和生物浸出脫磷兩種工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并對(duì)浸出過(guò)程中可能發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算，同時(shí)繪制了浸出過(guò)程中的

3、主要電位一pH圖并對(duì)其進(jìn)行了分析。 堿浸試驗(yàn)表明，氫氧化鈉與磷灰石不發(fā)生反應(yīng)，但是當(dāng)有．SiO<,2>，存在時(shí)，氫氧化鈉與siO<,2>以及磷灰石共同反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能負(fù)值很大，即反應(yīng)可以進(jìn)行且反應(yīng)程度很徹底，因此，采用氫氧化鈉浸出可以脫除包裹在硅酸鹽中的磷灰石。 酸浸試驗(yàn)表明，在硫酸、鹽酸、硝酸三種酸中，采用硫酸浸出脫磷效果最好且最經(jīng)濟(jì)。通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算得出，硫酸、硝酸、鹽酸與磷灰石反應(yīng)的△G<,298><'θ>依次增大，

4、K<,p><'θ>依次減小，即反應(yīng)進(jìn)行程度逐漸減小。酸浸時(shí)，采用硫酸浸出的最佳溫度為30℃，鹽酸和硝酸浸出的最佳溫度則為40℃。礦石脫磷率與礦漿濃度呈直線關(guān)系，可用方程式y(tǒng)=107.20714-1.62370x表示。采用1％濃度的硫酸，礦漿濃度為10％，攪拌轉(zhuǎn)速為620r／min時(shí)，室溫下浸出20min鐵礦石脫磷率可達(dá)91.61％，浸出體系pH變化范圍為0.80～1.22，電位變化范圍為0.544～0.322V。采用酸浸工藝，鐵品位可提

5、高2～3個(gè)百分點(diǎn)，鐵損小于0.25％。 對(duì)生物浸出脫磷的研究表明，有菌浸出體系下，礦石的脫磷率及脫磷速率遠(yuǎn)高于無(wú)菌體系，浸出培養(yǎng)基采用缺P(pán)培養(yǎng)基浸出效果最好。試驗(yàn)中，若添加一定配比的黃鐵礦可提高礦石的脫磷率。適當(dāng)加大細(xì)菌的接種量，可提高培養(yǎng)基中的初始菌濃度，加快re<'2+>氧化速率，使浸出體系中的細(xì)菌濃度提前達(dá)到最大值，當(dāng)細(xì)菌接種量從5％增大到10％時(shí)，礦石脫磷率僅從78.84％增大到79.95％，增加幅度不明顯。浸出脫磷時(shí)，

6、培養(yǎng)基中需要有Fe<'2+>，但是過(guò)量的Fe<'2+>對(duì)浸出過(guò)程反而不利。生物浸出時(shí)，礦石粒度采用75～150um效果最佳。另外，浸出過(guò)程中在pH達(dá)到穩(wěn)定值后定期更新浸出液可以提高脫磷率，最佳溶液更新量為6％。適量的表面活性劑可以提高細(xì)菌活性，降低體系的終點(diǎn)pH，提高脫磷率，而過(guò)量的表面活性劑反而會(huì)抑制細(xì)菌的活性，對(duì)生物浸出不利，表面活性劑最佳用量為0.003％。從Fe—H<,2>O系E—pH圖分析可知，pH在2.5～1.25、電位在0

7、.434～0.498V范圍內(nèi)，亞鐵離子在無(wú)菌體系下幾乎不被氧化。當(dāng)有氧化亞鐵硫桿菌存在時(shí)，細(xì)菌降低了亞鐵氧化反應(yīng)的電位，使得亞鐵的氧化反應(yīng)在上述區(qū)域中可發(fā)生。通過(guò)對(duì)E—pH圖的分析說(shuō)明，Tf—Fe—H<,2>O系E—pH圖決不是T.f菌生長(zhǎng)的E-pH圖和Fe—H<,2>O系E—pH圖兩個(gè)圖簡(jiǎn)單的相加重疊。要繪制T.f-Fe-H<,2>O系E—pH圖只有先通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定各反應(yīng)的吉布斯自由能或反應(yīng)電位后來(lái)繪制。從S—H<,2>O系E—pH圖分