CN108130400B - 一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法 - Google Patents

Abstract

一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒长大的方法，是将渣样置于坩埚中，加热使渣样熔化后，降温至熔体中出现固相时，保温；然后，启动电脉冲发生器对***熔体中的电极施加脉冲电流至少2分钟后，取出电极，将坩埚置于空气中自然冷却至室温，得到固态渣；由于磷富集相与液相渣存在明显的电导率差异，导致磷富集相受到垂直于电流方向的作用力而向上下表面迁移；聚集长大的磷富集相颗粒处于固态渣底部及固态渣上表面，实现渣样中磷富集相明显聚集长大的目的。本发明解决了磷富集相在脱磷渣中呈分散分布，且颗粒较小，导致后期磁选分离效果较差的问题。本发明装置具有结构合理、操作简单方便、节能环保、能耗较低的优点。

Description

一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法

技术领域

本发明涉及一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒长大的方法，属于冶金炉渣综合利用技术领域。

背景技术

磷是重要的战略资源,全世界对磷资源的需求与日俱增。磷矿为不可再生资源,随着开采量的增加,磷矿资源已接近枯竭,磷矿石已被列入中国2010后不能满足国民经济发展需要的20种矿产之一，亟待寻求潜在的磷矿资源替代物。

炼钢工艺过程中所产生的脱磷渣中通常含有2％-5％左右的P₂O₅,且随着高磷铁矿配加比例的提高，其中P₂O₅含量呈增加的趋势。若能将脱磷渣中的磷进行富集分离，不仅分离的磷富集相可以用作磷矿资源的替代物，节约磷矿的开采量,同时分离磷富集相的残渣又可以返回冶金流程内加以循环利用等。因此，有效分离回收钢渣中的磷富集相,这对促进企业节能减排和发展循环经济具有重要意义。

目前回收炉渣中的磷包括浮选法、还原法、钢渣循环利用法以及磁选法。

浮选法是根据磷富集相与基体相密度差的原理进行分离，对生产来说，条件要求极为苛刻，因而受到工业化的限制；

还原法是通过化学反应来破坏磷富集相结构的原理来进行分离，主要包括碳热还原法和硅热还原法，该方法除磷效果明显，但是一般需要较高的反应温度和加入还原剂，钢渣利用成本高；

钢渣循环利用法，是把炉渣再生炉排出的再生渣送入铁水预处理炉对铁水进行脱磷预处理，炉渣再生炉排出的高磷生铁则进入最终脱磷炉脱磷得到高磷炉渣作磷肥，工艺流程长，比较耗时。

磁选法是根据磷富集相与基质相之间的磁性差异的原理进行分离，与其他三种方法相比而言，工艺极其成熟，适合推广使用，但是目前由于存在着磷富集相在炉渣中呈分散分布，且颗粒较小的问题，导致磁选分离效果较差，为了解决此问题，前人通过延长保温时间的方法来让磷富集相颗粒结晶长大，但是需要消耗大量的能源。

因此，亟待开发出一种新方法，在消耗较小能源的条件下，能将炉渣中分散分布的磷富集相有效地聚集起来，从而增大颗粒的尺寸，达到提高磁性分离的效果，这对回收炉渣中的磷富集相用作磷矿资源的替代物具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法及应用于该方法的促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的装置。

采用本发明的装置及方法，可以加速磷富集相颗粒相互聚集、长大，而形成大尺寸颗粒；克服磷富集相在脱磷渣中呈分散分布，且颗粒较小，导致后期磁选分离效果较差的问题。且本发明的装置具有结构合理、操作简单方便、节能环保、能耗较低的优点。

为解决上述技术问题，本发明一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的装置，所示装置包括电脉冲发生***、加热炉；所示电脉冲发生***由电脉冲发生器、电极、电极支架组成；所述加热炉中设有坩埚，所述电极安装在电极支架上，一端与电脉冲发生器电连接，另一端延伸至坩埚中。

本发明一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的装置，所述加热炉为电阻炉。

本发明一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的装置，所述电极支架由底座、竖直杆、横杆组成，所述竖直杆垂直安装在所述底座上，所述横杆的一端与竖直杆活动连接，另一端安装有电极。

本发明一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的装置，所述电极为2个，安装在横杆上，且2个电极之间的间距可调。

所述电极安装在横杆上，并与水平面保持垂直，且位于加热炉加热区间的正上方。

本发明一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，是将渣样置于促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的装置中的坩埚中，加热使渣样熔化后，降温至熔体中出现固相时，停止降温，在此温度下保温；然后，将电极***熔体中，调整电极间距及***熔体中的深度，启动电脉冲发生器对电极施加脉冲电流至少2分钟后，取出电极，将坩埚置于空气中自然冷却至室温，得到固态渣；聚集长大的磷富集相颗粒处于固态渣底部及固态渣上表面。

本发明一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，电极的水平间距为4cm-20cm，优选为8cm；电极***熔渣中的深度为5cm-15cm，优选为10cm。

本发明一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，电脉冲发生器施加的电脉冲为间隔脉冲，脉冲宽度为1μs-300μs，优选为200μs，输出电流密度为1×10⁴A/m²-2×10⁸A/m²，优选为2×10⁶A/m²；脉冲频率为1Hz-200Hz,优选为60Hz；脉冲作用时间为2-60分钟，优选为10分钟。

本发明一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，所述渣样选自炼钢工艺过程中所产生的脱磷渣；

所述脱磷渣中，Al₂O₃、MgO、MnO的质量百分含量之和≤10％，余量为CaO-FeO_t-SiO₂-P₂O₅；且CaO-FeO_t-SiO₂-P₂O₅的质量含量组成满足：

0.8≤CaO/SiO₂≤2.0，FeO_t≥10％，P₂O₅≥2％。

本发明一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，渣样熔化后，降温速率≤2O℃/min，优选为7-16℃/min，进一步优选为9-12℃/min。本发明一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，降温至熔体中出现固相时，得到固液相共存的多相渣体系，所述多相渣体系是指只有磷富集相为固相、其余组分为液相的两相体系。

原理及优势

本发明的原理：

通过选择渣的组成成分，加热之后，使脱磷渣完全熔化，然后通过控制降温速率，至熔体中出现固相时，停止降温，在此温度下进行保温，使磷富集相基本析出，获得呈固相的磷富集相和液相的基质相两相共存的多相渣体系，由于磷富集相是由硅酸二钙和磷酸三钙组成的固溶体或化合物，属于硅酸盐陶瓷体系，由于硅酸盐陶瓷体系的电导率极小，几乎具有不导电的特性，而液相是由氧化铁和氧化钙为主组成的高温熔融体系，体系中它们以离子的形式存在，而且存在变价铁离子，存在着电子空穴，导致熔渣具有很大的电导率，正是由于磷富集相与液相具有不同的导电特性，因此，根据它们的导电特性不同，当施加电脉冲时，电流通过液相从正电极沿水平方向流向负电极，在经过磷富集相时，由于电导率不同，在其上下表面产生电流的变化，从而产生移动，促使磷富集相颗粒移动的这种力很特殊，其方向与电流水平方向垂直，其大小与位置有关，正是这种作用力打破了磷富集相所受重力、浮力和粘滞阻力的平衡，促使磷富集相颗粒向上下表面两个方向移动，在移动的过程中磷富集相颗粒会相互发生碰撞、聚集，从而长大形成大尺寸的物相颗粒。

本发明的优势：

1、本方法通过对渣样组分限定，采用电脉冲作用固液两相共存体系，利用体系中固液相电导率的差异，实现磷富集相的集结长大，对实施电脉冲处理的渣样进行观察，能直观地看到磷富集相，形象直观，结果真实、可靠。

2、操作简单、方便。本方法仅需要在熔渣的基础上，***两根电极调节好脉冲参数就能实现，操作没有其他繁琐的过程。

3、节能环保。本方法因实施的电脉冲所消耗的能量仅相当于一个普通白炽灯的用电量，克服了现有技术通过延长保温时间来实现颗粒长大而耗费大量的电能。除此之外，电脉冲在实施过程中不会产生污染如噪声、废水等，比较环保。

4、适用范围广。本方法除了应用于脱磷渣之外，还可以推广应用于其他渣或体系，只要满足固液共存的多相体系条件，而且固液相之间存在着较大的电导性差异，都是可以通过实施电脉冲进行固液颗粒的聚集长大，比如可以应用于钒钛渣富集钒钛等等。

5、本发明方法特点突出，优势明显，应用前景广泛，可为学术科研和生产实践提供可靠、稳定的理论依据和技术支持。

综上所述，本发明的装置及方法，可以加速磷富集相颗粒相互聚集、长大，而形成大尺寸颗粒；克服磷富集相在脱磷渣中呈分散分布，且颗粒较小，导致后期磁选分离效果较差的问题。应用前景广泛，可为学术科研和生产实践提供可靠、稳定的理论依据和技术支持。

附图说明

附图1为本发明实施例1的结构示意图；

附图2为实施例2、对比例1的渣样样品上中下三个不同位置的取样示意图；

附图3a₁为实施例2处理后的渣样1号位置取样的扫描电镜图。

附图3a₂为附图3a₁的能谱图。

附图3b₁为实施例2处理后的渣样2号位置取样的扫描电镜图。

附图3b₂为附图3b₁的能谱图。

附图3c₁为实施例2处理后的渣样3号位置取样的扫描电镜图。

附图3c₂为附图3c₁的能谱图。

附图4a₁为对比例1处理后的渣样1号位置取样的扫描电镜图。

附图4a₂为附图4a₁的能谱图。

附图4b₁为对比例1处理后的渣样2号位置取样的扫描电镜图。

附图4b₂为附图4b₁的能谱图。

附图4c₁为对比例1处理后的渣样3号位置取样的扫描电镜图。

附图4c₂为附图4c₁的能谱图。

附图1中，1-电脉冲发生器、2-电极、3-电极支架、4-加热炉5-坩埚、6-底座、7-竖直杆、8-横杆。

图2中，取样位置分别为：距渣样表面1cm处取样位置定义为1号，距渣样底面1cm处取样位置定义为3号，在渣样中部处取样位置定义为2号，2号位置距1号位置、3号位置距离分别为4cm。

从附图3a₁-3c₁的扫描电镜图可以看出，在渣样表面及底部均有颗粒富集，在渣样中间部分未见颗粒富集；

从附图3a₂-3c₂的能谱图可以看出，对应于渣样表面及底部富集的颗粒为磷富集相颗粒，渣样中间部分组分为均匀分布的钙、硅、铁，无磷富集相颗粒。

从附图4a₁-4c₁的扫描电镜图可以看出，在渣样表面、中间部分及底部为杂乱分布的富集颗粒。

从附图4a₂-4c₂的能谱图可以看出，富集的颗粒为钙、硅、磷颗粒。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

参见附图1，本发明一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的装置，所示装置包括电脉冲发生***、加热炉4；所示电脉冲发生***由电脉冲发生器1、电极2、电极支架3组成；所述加热炉4中设有坩埚5，所述电极2安装在电极支架3上，一端与电脉冲发生器1电连接，另一端延伸至坩埚5中；所述电极支架3由底座6、竖直杆7、横杆8组成，所述竖直杆7垂直安装在所述底座6上，所述横杆8的一端与竖直杆7活动连接，另一端安装有电极2

所述电极为2个，安装在横杆8上，且2个电极之间的间距可调；

所述加热炉4为电阻炉。

实施例2

一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，是将渣样置于实施例1所述促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的装置中的坩埚中，加热使渣样熔化后，以9-12℃/min的降温速率降温至熔体中出现固相时，停止降温，在此温度下保温，得到固液相共存的多相渣体系，所述多相渣体系是指只有磷富集相为固相、其余组分为液相的两相体系；然后，将电极***熔体中，调整电极间距及***熔体中的深度，启动电脉冲发生器对电极施加脉冲电流至少2分钟后，取出电极，将坩埚置于空气中自然冷却至室温，得到固态渣；聚集长大的磷富集相颗粒处于固态渣底部及固态渣上表面；

电极的水平间距为8cm；电极***熔渣中的深度为10cm；

电脉冲发生器施加的电脉冲为间隔脉冲，脉冲宽度为200μs，输出电流密度为2×10⁶A/m²；脉冲频率为60Hz；脉冲作用时间为10分钟；

所述渣样为炼钢工艺过程中所产生的脱磷渣；

所述脱磷渣中，Al₂O₃、MgO、MnO的质量百分含量之和≤10％，余量为CaO-FeO_t-SiO₂-P₂O₅；且CaO-FeO_t-SiO₂-P₂O₅的质量含量组成满足：

0.8≤CaO/SiO₂≤2.0，FeO_t≥10％，P₂O₅≥2％。

本实施例处理后的渣样经光学显微镜观察，可以看到：聚集长大的磷富集相颗粒处于固态渣底部及固态渣上表面，见附图2。

对比例1

与实施例1的渣组成相同，加热熔化工艺及冷却、保温及保温后的冷却工艺参数完全相同，但不对渣施加电脉冲，得到的处理后的渣样经光学显微镜观察，未见磷聚集长大的颗粒富集，基本处于均匀分布的状态。见附图3。

从实施例2与对比例1的观察结果可知：本发明实现了脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大。而对比例的脱磷渣中，未见磷聚集长大的颗粒富集，基本处于均匀分布的状态。

以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，是将渣样置于促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的装置中的坩埚中，加热使渣样熔化后，降温至熔体中出现固相时，停止降温，在此温度下保温；然后，启动电脉冲发生器对***熔体中的电极施加脉冲电流至少2分钟后，取出电极，将坩埚置于空气中自然冷却至室温，得到固态渣；聚集长大的磷富集相颗粒处于固态渣底部及固态渣上表面。

2.根据权利要求1所述的一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，其特征在于：电极的水平间距为4cm-20cm；电极***熔渣中的深度为5cm-15cm。

3.根据权利要求1所述的一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，其特征在于：电脉冲发生器施加的电脉冲为间隔脉冲，脉冲宽度为1μs-300μs，输出电流密度为1×10⁴A/m²-2×10⁸A/m²；脉冲频率为1Hz-200Hz；脉冲作用时间为2-60分钟。

4.根据权利要求1所述的一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，其特征在于：所述渣样选自炼钢工艺过程中所产生的脱磷渣；

所述脱磷渣中，Al₂O₃、MgO、MnO的质量百分含量之和≤10%，余量为CaO-FeO_t-SiO₂-P₂O₅；且CaO-FeO_t-SiO₂-P₂O₅的质量含量组成满足：

0.8≤CaO/SiO₂≤2.0 ，FeO_t≥10%，P₂O₅≥2%。

5.根据权利要求1所述的一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，其特征在于：渣样熔化后，降温速率≤20 ℃/min。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，其特征在于：降温至熔体中出现固相时，得到固液相共存的多相渣体系，所述多相渣体系是指只有磷富集相为固相、其余组分为液相的两相体系。

7.如权利要求1所述的一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，其特征在于：所述促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的装置包括电脉冲发生***、加热炉；所示电脉冲发生***由电脉冲发生器、电极、电极支架组成；所述加热炉中设有坩埚，所述电极安装在电极支架上，一端与电脉冲发生器电连接，另一端延伸至坩埚中。

8.根据权利要求7所述的一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，其特征在于：所述加热炉为电阻炉。

9.根据权利要求8所述的一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，其特征在于：所述电极支架由底座、竖直杆、横杆组成，所述竖直杆垂直安装在所述底座上，所述横杆的一端与竖直杆活动连接，另一端安装有电极。

10.根据权利要求9所述的一种促进脱磷渣中磷富集相颗粒聚集长大的方法，其特征在于：所述电极为2个，安装在横杆上，且2个电极之间的间距可调。