磷矿粉制备球团及其性能评价

作     者：曹阳阳 

作者单位：武汉工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何东升;唐远

授予年度：2022年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081902[工学-矿物加工工程] 08[工学] 

主      题：磷矿 电炉法制磷 细粒级 压球 抗压强度 还原率 

摘      要：电炉法生产黄磷的原料主要为高品位块状磷矿石,但随着高品位磷矿资源的不断消耗,符合入炉要求的块状原料越来越少。为有效解决黄磷生产中的原料来源问题,将磷矿石开采或破碎过程中产生的大量磷矿粉合理应用于黄磷生产也已引起研究学者的重视,磷矿粉球团的制备为入炉原料制备提供了可行的技术思路。为进一步研究磷矿粉球团制备及其各项性能,本文以三种磷矿粉物料(原矿粉、精矿粉及二者混合样)为对象,研究了各粉状物料球团的最佳制备工艺,并对所制备球团的机械性能和高温还原性能进行了系统性评价,借助还原渣的物相和形貌分析,进一步阐明球团还原过程中的反应机理。主要研究内容和结论如下:磷矿粉物料中原矿粉PO含量为18.45%,硅钙摩尔比为1.29;精矿粉中PO含量为30.74%,硅钙摩尔比为0.27;物料熔融特征温度测定结果显示,精矿粉的熔融温度高于原矿粉,混合样则介于二者之间。在DS粘结剂用量为0.5%焙烧温度为1000℃的条件下,制得的三种磷矿粉物料球团的平均抗压强度分别为1235.6N/个、1265.3N/个和1367.2N/个,符合工业生产要求。煤炭粉的掺入会大大降低球团的抗压强度,且掺入量越大抗压强度下降越明显。球团还原试验结果表明,影响球团还原率的主要因素为反应时间、反应温度和煤配比。原矿粉球团中压入1mm以下煤炭粉在温度1400℃、反应时间2h、煤配比为20%的条件下还原率能达到95.31%;精矿粉球团使用1mm以下煤炭在温度1450℃、反应时间2h、煤配比为20%以及硅钙摩尔比调整为1.0条件下,还原率能达到95.39%。混合矿球团中原矿粉与精矿粉配比为2:1(硅钙摩尔比0.84)时,在温度为1450℃、反应时间2h、煤配比20%条件下,还原率能达到94.56%。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线粉末衍射分析仪(XRD)对三种磷矿粉球团还原渣的物相组成和微观形貌进行分析。结果表明,在1300℃时主要发生磷灰石的脱氟反应,少量磷酸盐被炭还原,温度升高至1400℃～1450℃时磷酸盐与炭的还原反应加剧,这可能是由于温度升高体系内液相增多,增大了还原反应速率。