專利名稱：一種兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于濕法冶金領(lǐng)域，涉及一種兩步化學(xué)或/和生物酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法。
背景技術(shù)：
中國是全世界最大的鋼鐵生產(chǎn)和消費國。隨著我國鋼鐵工業(yè)高速發(fā)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(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)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(jìn)口，而國際鐵礦石價呈非理性的飛漲。開發(fā)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、云南等南方諸省區(qū)，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(xiāng)式高磷鮞狀赤鐵礦為主。其特點是，部分富礦品位達(dá)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(dāng)前高磷鐵礦之所以不能直接用于鋼鐵冶煉，原因在于它們所含有害元素磷的含量過高，往往高達(dá)1%以上。磷可導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生“冷脆”，因而鋼鐵冶煉要求鐵礦原料中磷的含量應(yīng)在0. 3%以下，而且磷的含量越低越好。目前，已經(jīng)研究的高磷鐵礦石的降磷方法有選礦方法、化學(xué)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(yīng)用受到限制?；瘜W(xué)方法和生物方法主要是用化工或生物法生產(chǎn)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(xué)法還有成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點。前人無論是用化學(xué)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(diào)至2.0以下，然后做固液分離，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(huán)使用三次，循環(huán)使用三次后的濾液溶解有高濃度的磷和鈣、 鎂、鋁等雜質(zhì)離子。這樣的濾液離子強(qiáng)度高，離子活度系數(shù)低，因而濾液用石灰中和后，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(huán)境中，因而這樣的方法在環(huán)境評估時不能通過。此外，由于酸性濾液不能循環(huán)使用，勢必導(dǎo)致酸浸時使用較多的新鮮礦物酸。另外，由于酸性濾液不能循環(huán)使用，中和酸性濾液所用的堿性石灰量加大。這些都增加了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)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(huán)境中及酸性濾液不能循環(huán)使用、中和酸性濾液所用的堿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(xì)成粒徑為0.03-5毫米的粉末，置于容器
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(dāng)?shù)V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于40%(w/ w)；
3)步驟幻中濾液用堿液如石灰水中和后排放到周圍環(huán)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(dāng)?shù)V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于40%(w/w)；
4)步驟3)中固體渣干燥后即得到含磷量為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。步驟幻中濾液用堿液如石灰水中和后做固液分離，所得固體渣可用作農(nóng)業(yè)磷肥，所得濾液可排放到周圍環(huán)境中。所述步驟2)和3)中所述礦物酸可以是化工生產(chǎn)的硫酸或/和鹽酸或/和硝酸， 也可以是微生物產(chǎn)酸細(xì)菌氧化元素硫粉或低價硫化物產(chǎn)生的硫酸。所述步驟3)中濾液可循環(huán)用作步驟2)產(chǎn)生的固體渣的浸取液的一部分或全部。 循環(huán)多次后，濾液中的磷酸根濃度會達(dá)到一個較高的值，阻礙步驟2)得到的固體渣中磷的浸出，當(dāng)固體渣中磷含量不能低于0.20%(w/w)時，這時需停止循環(huán)使用步驟3)中濾液，此濾液用石灰水中和后得到沉淀。分離固液后，得到的固體磷酸鈣可作農(nóng)業(yè)上的磷肥。所得濾液可排放到周圍環(huán)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(yè)廢水。在用元素硫生物法生產(chǎn)硫酸時，所用水可以僅是含有產(chǎn)酸菌的民用廢水，不加任何化工生產(chǎn)的礦物酸。步驟1)所述容器可以是化工生產(chǎn)常用的容器；也可以是為生物堆浸而準(zhǔn)備的設(shè)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(fā)明的根據(jù)是經(jīng)我們研究發(fā)現(xiàn)，高磷鐵礦酸浸脫磷與浸取礦漿PH值有極大關(guān)系。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云石(CaCO3 WgCO3)或/和斜綠泥石((Mg，F(xiàn)e, AD6(Si1Al)4O10(OH)8) 在pHl. 6-3.0范圍內(nèi)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(dāng)?shù)V漿PH在0. 5-1. 0，高磷鐵礦中磷發(fā)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(jìn)一步降低。如果用本發(fā)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(jù)以上研究結(jié)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，這步目的是盡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，這步目的是盡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(chǎn)成本。本發(fā)明與現(xiàn)有的化學(xué)或生物脫磷技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和有益效果
1)本發(fā)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(huán)使用，這樣不僅可富集回收磷以用作農(nóng)業(yè)磷肥，而且可節(jié)約用酸。
3)所有濾液經(jīng)中和后可安全排放到環(huán)境中，因而過程是環(huán)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于0.20% (w/w)。


圖1為本發(fā)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(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)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，待礦料全部加入后，用聚四氟攪拌槳攪拌礦漿兩小時，攪拌速率為150轉(zhuǎn)/分。兩小時后礦漿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(xué)分析，它們的分析結(jié)果列在表1和表2中。原始高磷鐵礦分析結(jié)果列在表3中。將濾液1循環(huán)用于上述新鮮高磷鐵礦粉的酸浸過程，并補(bǔ)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(huán)實驗結(jié)果，示于表4中。表1 酸浸濾液1中主要成分濃度
權(quán)利要求
1.一種兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法，其特征包括以下步驟1)將含磷量0.4- (w/w)的高磷鐵礦塊磨細(xì)成粒徑為0.03-5毫米的粉末，置于容器中；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(dāng)?shù)V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于40%(w/ w)；3)步驟2)中濾液用堿液中和后排放到周圍環(huán)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(dāng)?shù)V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于40%(w/w)；4)步驟3)中固體渣干燥后即得到含磷量為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；步驟幻中濾液用堿液中和后做固液分離，所得固體渣可用作農(nóng)業(yè)磷肥，所得濾液可排放到周圍環(huán)境中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法，其特征是所述步驟2)和 3)中所述礦物酸是化工生產(chǎn)的硫酸或/和鹽酸或/和硝酸，或者是微生物產(chǎn)酸細(xì)菌氧化元素硫粉或低價硫化物產(chǎn)生的硫酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法，其特征是所述步驟3)中濾液可循環(huán)用作步驟2)產(chǎn)生的固體渣的浸取液的一部分或全部；循環(huán)多次后，濾液中的磷酸根濃度會達(dá)到一個較高的值，阻礙步驟2)產(chǎn)生的固體渣中磷的浸出，當(dāng)固體渣中磷含量不能低于0. 20%(w/w)時，這時需停止循環(huán)使用步驟3)中濾液，此濾液用石灰水中和后得到沉淀；分離固液后，得到的固體磷酸鈣可作農(nóng)業(yè)上的磷肥，所得濾液可排放到周圍環(huán)境中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法，其特征是所述步驟2)和 3)所述的水為自來水，或是民用或工業(yè)廢水；在用元素硫生物法生產(chǎn)硫酸時，所用水為僅含有產(chǎn)酸菌的民用廢水，不加任何化工生產(chǎn)的礦物酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法，其特征是步驟1)所述容器為化工生產(chǎn)常用的容器；或者是為生物堆浸而準(zhǔn)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(shè)施。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種兩步酸浸脫除高磷鐵礦中磷的方法，屬于濕法冶金領(lǐng)域。其特征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即為可用于煉鐵的鐵礦石，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(huán)使用，這樣不僅可富集回收磷以用作農(nóng)業(yè)磷肥，而且可節(jié)約用酸。所有濾液經(jīng)中和后可安全排放到環(huán)境中，因而過程是環(huán)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(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者沈少波 申請人:北京科技大學(xué)