高磷鐵礦生物質(zhì)燒結(jié)過程中磷的氣化行為★

索延帥，胡啟晨，郭 豪，段國(guó)建，左海濱，陳衍彪

（1.中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100176；2.鋼鐵冶金新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

0 引言

隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，鐵礦石消耗量逐年升高，而進(jìn)口鐵礦石起伏不定的價(jià)格嚴(yán)重影響著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展[1]。因此，著眼于開發(fā)利用國(guó)內(nèi)儲(chǔ)量豐富的高磷鐵礦石，對(duì)保障鋼鐵工業(yè)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義[2]。目前，受制于高磷鐵礦較高的磷含量及復(fù)雜的礦相結(jié)構(gòu)，高爐冶煉過程中鐵、磷難以分離使得鐵水中磷的含量升高，而鐵水磷含量較高勢(shì)必會(huì)增加轉(zhuǎn)爐煉鋼過程脫磷的難度和成本，而且還會(huì)使鋼渣中磷含量升高，最終導(dǎo)致整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)過程中磷的惡性循環(huán)，未能得到充分利用[3-4]。因此探索高磷礦物高效利用技術(shù)是資源戰(zhàn)略的必然選擇。

高磷鐵礦的高效利用已成為科研人員的主要研究課題之一，研究人員對(duì)高磷礦石脫磷工作進(jìn)行了大量的理論與實(shí)驗(yàn)研究，得出了具有理論與應(yīng)用價(jià)值的脫磷方法。目前，處理此類礦石的主要方法包括選礦法[5]、化學(xué)法[6-7]、還原熔分法[8]和微波法[9-10]等。上述高磷鐵礦的脫磷方法受環(huán)境、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率和鋼鐵企業(yè)主流配置等因素限制仍處于試驗(yàn)研究階段，未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)[11]。因此，到目前為止，研究并開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的鐵礦高效脫磷技術(shù)仍是鋼鐵生產(chǎn)流程亟待解決的技術(shù)難題。燒結(jié)氣氛宏觀為氧化性，碳粒周圍存在還原性，基于燒結(jié)工藝特點(diǎn)考慮通過調(diào)整配料和工藝參數(shù)，使磷灰石在燒結(jié)過程還原生成磷氣體，還原出的磷氣體在燒結(jié)負(fù)壓的作用下隨煙氣排出，從而實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程磷的氣化脫除[12-13]。張偉[14-15]等對(duì)小型球團(tuán)燒結(jié)脫磷和微波燒結(jié)脫磷工藝進(jìn)行了探索性試驗(yàn)。結(jié)果表明，當(dāng)添加w（C）為5%、w（SiO2）為0.75%和w（CaCl2）為1.5%時(shí)，微波燒結(jié)工藝可以達(dá)到最佳氣化脫磷率為25.71%。趙偉[16-17]等系統(tǒng)地研究了預(yù)還原燒結(jié)工藝中配碳量、焙燒溫度及堿度等對(duì)脫磷的影響，結(jié)果表明當(dāng)配碳量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%、焙燒溫度為1 050 ℃、堿度為0.5 時(shí)，最佳氣化脫磷率為31.61%。綜上所述，燒結(jié)過程具有一定的脫磷能力，但目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，完善和發(fā)展系統(tǒng)理論與基礎(chǔ)研究是需要解決的重要問題。

近年來，面對(duì)全球氣候變化，降低CO2排放進(jìn)行低碳生產(chǎn)已成為鋼鐵工業(yè)當(dāng)務(wù)之急。燒結(jié)工序約占高爐煉鐵長(zhǎng)流程碳排放總量的15%，為降低碳排放采用生物質(zhì)能代替部分焦粉進(jìn)行低碳燒結(jié)引起了眾多研究者的廣泛重視[18-19]。生物質(zhì)燒結(jié)具有燒結(jié)礦孔隙度提高，氣氛還原性強(qiáng)等特點(diǎn)，可有效改善燒結(jié)料層還原脫磷的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件，有利于磷灰石的還原。若能通過生物質(zhì)鐵礦燒結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高磷鐵礦的綠色高效利用具有重要的意義。本文采用壓塊法，對(duì)木炭比例，堿度和還原時(shí)間等不同條件下磷的還原行為進(jìn)行研究，探索還原過程中磷的氣化脫除和分布規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)原料和方法

由于高磷鐵礦石的礦物成分和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)過程無法清晰的顯示還原過程中磷元素的遷移路徑，因此實(shí)驗(yàn)采用分析純?cè)噭┠M高磷鐵礦化學(xué)成分。通過分析還原過程中的礦物演化，探索磷進(jìn)入金屬鐵的過程，為生物質(zhì)燒結(jié)脫磷提供理論依據(jù)。實(shí)驗(yàn)混合料質(zhì)量配比如表1 所示。實(shí)驗(yàn)過程中為了更好地研究還原過程中磷的氣化和遷移規(guī)律，減少影響因素，將原礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜1%的物質(zhì)忽略不計(jì)。同時(shí)為突出磷灰石還原過程礦物演變規(guī)律，適當(dāng)?shù)脑黾恿姿徕}含量以增強(qiáng)與磷有關(guān)的反應(yīng)。

表1 混合料質(zhì)量配比

實(shí)驗(yàn)采用的焦粉取自國(guó)內(nèi)某鋼鐵公司，生物質(zhì)燃料木炭是經(jīng)炭化得到的產(chǎn)品。燃料的工業(yè)分析和灰成分分析如表2 所示。相比焦粉，木炭的固定碳和灰分較低，揮發(fā)分高。

表2 燃料的工業(yè)分析和灰成分

還原模擬實(shí)驗(yàn)是在還原爐中進(jìn)行的，如圖1 所示。通過調(diào)整混合爐料中木炭的配比，堿度和還原時(shí)間以探究不同還原條件下高磷鐵礦的還原行為，其中木炭的配比根據(jù)固定碳含量進(jìn)行調(diào)整，實(shí)驗(yàn)過程中保持固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變?yōu)?%。將混合料混合均勻后以5 MPa 壓力進(jìn)行壓片，制得直徑為20 mm 的壓片并在烘干箱（100 ℃）中干燥2 h。將制好的壓片在氮?dú)鈿夥障乱?0 ℃/min 的速度從室溫加熱至設(shè)定溫度1 100 ℃，然后保溫還原。實(shí)驗(yàn)結(jié)束通氮?dú)獗Ｗo(hù)隨爐冷卻至室溫，取樣檢測(cè)分析。

圖1 還原工藝實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

對(duì)焙燒前后的試樣多點(diǎn)取樣進(jìn)行磷含量檢測(cè)，并依據(jù)式（1）計(jì)算脫磷率。

式中：η 為脫磷率，%；w0（P）為焙燒前試樣磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；w1（P）為焙燒后試樣磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；M0為焙燒前試樣的質(zhì)量，g；M1為焙燒后試樣的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 木炭配加比例對(duì)脫磷的影響

依據(jù)混合料中固定碳含量變化為原則，研究木炭配加比例對(duì)還原過程磷的脫除的影響。固定混合料堿度為0.5，還原時(shí)間為60 min，將不同質(zhì)量配比（0、15%、30%、45%、60%）的木炭與試劑混合進(jìn)行還原實(shí)驗(yàn)，不同木炭配加比例對(duì)還原的影響如圖2 所示。

圖2 木炭配加比例對(duì)試樣氣化脫磷率的影響

由圖2 可知，木炭配比對(duì)磷的氣化脫除有顯著影響，隨著木炭質(zhì)量配比從0 升高到60%，脫磷率首先從12.51%升高到27.12%，然后降低到17.25%，在木炭質(zhì)量配比為30%達(dá)到最大值。

為研究不同木炭配比條件下，試樣結(jié)構(gòu)變化對(duì)還原過程磷的氣化脫除的影響，對(duì)不同試樣的比表面積和孔隙進(jìn)行分析，結(jié)果如表3 所示。結(jié)果表明隨著木炭配比的增加，試樣的比表面積和孔徑增大，這是由于相比于焦粉，木炭具有更高的揮發(fā)分，隨著木炭配比的增加，還原過程中大量有機(jī)物的分解逸出以及與CO2反應(yīng)在生物質(zhì)表面生成大量的孔洞[20]，試樣孔洞和孔徑的增加使得反應(yīng)接觸界面增大促進(jìn)還原反應(yīng)速率的升高。

表3 不同木炭配比試樣還原后比表面積和孔隙

為了更好地了解木炭配加比例對(duì)還原過程中物相轉(zhuǎn)變影響，采用XRD 分析還原樣品的相變化，結(jié)果如圖3 所示。結(jié)果表明隨著木炭配加比例的增加，F(xiàn)e的衍射峰強(qiáng)度減弱，F(xiàn)eO 峰減弱。木炭配加比例較小時(shí)，鐵氧化物和磷灰石與碳的接觸面積較小，還原速率較慢。隨著木炭配加比例增加，因其較大的比表面積使得單位體積內(nèi)的鐵礦粉的接觸面積增加，促進(jìn)還原反應(yīng)速率的升高。此外，相比于焦粉，木炭具有更高的揮發(fā)分，還原過程中大量有機(jī)物的分解逸出，以及與CO2反應(yīng)在生物質(zhì)表面生成大量的孔洞，試樣孔洞和孔徑的增加使得反應(yīng)接觸界面增大，從而促進(jìn)鐵氧化物和磷灰石的還原。此外，木炭配加比例的增加，還原速率提高促進(jìn)脈石相中的鐵橄欖石和尖晶石更快的被還原，這也使得試樣中參與磷灰石還原反應(yīng)的SiO2數(shù)量增加，促進(jìn)磷灰石反應(yīng)進(jìn)行。但在熱力學(xué)上鐵氧化物和磷灰石存在著選擇性還原，鐵氧化物的還原溫度低于含磷礦物的還原溫度，磷氣體生成之前已經(jīng)有大量金屬鐵的存在，還原出的磷氣體易于金屬鐵結(jié)合生成鐵磷化合物。此外生成的金屬鐵與碳發(fā)生滲碳反應(yīng)生成Fe3C，鐵的滲碳導(dǎo)致鐵液增多，為磷進(jìn)入金屬鐵提供了良好的條件[21]。檢測(cè)到Fe2P 衍射峰的存在，說明磷灰石還原生成的部分磷氣體進(jìn)入金屬鐵從而抑制了磷的氣化脫除。還原過程中生成的金屬鐵與碳的接觸增加使得高溫下液態(tài)鐵的數(shù)量增加抑制了磷的氣化脫除。

圖3 還原樣品XRD 分析（A-Fe2SiO4，C-Fe，H-Ca2SiO4，T-Fe2P，X-FeO，Y-Fe3C）

2.2 堿度對(duì)脫磷的影響

固定木炭質(zhì)量配比為30%，還原時(shí)間為60 min，通過添加CaO 調(diào)整試樣堿度（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5）進(jìn)行還原實(shí)驗(yàn)，堿度對(duì)脫磷率的影響如圖4 所示。

圖4 堿度對(duì)試樣氣化脫磷率的影響

由圖4 可知，隨著堿度從0.5 增加到2.5，脫磷率從27.12%逐漸降低到13.69%。研究表明SiO2一方面有利于降低含磷礦物的還原溫度，使含磷礦物在較低的溫度下被還原生成磷氣體[22]。另一方面鐵氧化物還原過程中，F(xiàn)eO 還原成Fe 這步最難進(jìn)行，F(xiàn)eO 優(yōu)先與SiO2反應(yīng)生成Fe2SiO4，F(xiàn)e2SiO4還原溫度高于P2氣體的逸出溫度，可在P2氣體排出之前將鐵包裹起來，一定程度上抑制了磷向鐵相中的遷移[23]。堿度升高，CaO 與SiO2反應(yīng)生成硅酸鈣，使得參與還原的SiO2含量減少，從而使氣化脫磷率降低。此外，堿度增加，脈石相液相量增多，高溫下降低磷灰石和還原劑的接觸且不利于含磷氣體的排出，從而使脫磷率降低。

為了探討不同堿度試樣結(jié)構(gòu)性質(zhì)對(duì)還原過程磷的氣化脫除的影響，對(duì)試樣的比表面積和孔隙進(jìn)行了分析，結(jié)果見如表4 所示。結(jié)果表明隨著堿度的增加，試樣的比表面積和孔徑增大，這主要是由于隨著堿度增加，還原產(chǎn)物渣量和高熔點(diǎn)物質(zhì)增加有利于金屬鐵聚集生長(zhǎng)從而使得比表面積和孔徑增大。試樣孔洞和孔徑的增加有利于還原反應(yīng)速率的增加，但還原過程中SiO2對(duì)磷灰石還原反應(yīng)速率的提高至關(guān)重要，雖然高堿度試樣孔徑的增加有利于含磷氣體的揮發(fā)，但兩者競(jìng)爭(zhēng)作用下還原起決定性作用。

表4 不同堿度試樣還原后比表面積和孔隙

為了更好地了解堿度對(duì)還原過程中物相轉(zhuǎn)變影響，采用XRD 分析還原樣品的相變化，結(jié)果如圖5 所示。結(jié)果表明隨著堿度的增加，渣相中具有高熔點(diǎn)的Ca2SiO4等物質(zhì)衍射峰增強(qiáng)，F(xiàn)e3C 的衍射峰增強(qiáng)，F(xiàn)e 的衍射峰強(qiáng)度減弱。還原過程中SiO2能降低磷灰石的還原溫度，從而提高還原速率。隨著堿度的增加，SiO2優(yōu)先與CaO 反應(yīng)，從而抑制了磷灰石的還原。磷灰石還原難以發(fā)生使得大多數(shù)碳參與鐵氧化物的還原，殘余的碳進(jìn)入金屬鐵中使得Fe3C 衍射峰增強(qiáng)。此外，高熔點(diǎn)化合物的生成雖然使得產(chǎn)物中孔隙增加但高溫下熔化使得液相動(dòng)力學(xué)條件惡化[24]，不利于還原反應(yīng)的反生，從而抑制了磷灰石還原反應(yīng)的反生使得脫磷率下降。

圖5 還原樣品XRD 分析（A-Fe2SiO4，C-Fe，H-Ca2SiO4，T-Fe2P，X-FeO，Y-Fe3C）

2.3 還原時(shí)間對(duì)脫磷的影響

固定木炭質(zhì)量配比為30%，堿度為0.5，研究還原時(shí)間（20 min、30 min、40 min、50 min、60 min）對(duì)脫磷的影響，還原時(shí)間對(duì)脫磷率的影響如圖6 所示。

圖6 還原時(shí)間對(duì)試樣氣化脫磷率的影響

由圖6 可知，隨著還原時(shí)間從20 min 增加到60 min，脫磷率從10.66%逐漸增加到27.12%。隨著還原時(shí)間延長(zhǎng)，還原反應(yīng)充分的進(jìn)行。依據(jù)動(dòng)力學(xué)原理，減小了限速環(huán)節(jié)對(duì)含磷礦物反應(yīng)的影響。但還原時(shí)間延長(zhǎng)會(huì)增加燃料消耗、降低生產(chǎn)效率。

為了探討不同還原時(shí)間試樣結(jié)構(gòu)性質(zhì)對(duì)還原過程磷的氣化脫除的影響，對(duì)不同試樣的比表面積和孔隙進(jìn)行分析，結(jié)果見表5 所示。隨著還原時(shí)間的增加，孔徑和比表面積增加。木炭燃料具有較高的揮發(fā)分，隨著還原時(shí)間的增加，更多的木炭參與反應(yīng)，樣品中的有機(jī)物質(zhì)受熱分解逸出使得樣品孔隙增加。木炭具有良好的反應(yīng)性，易與CO2快速反應(yīng)，在木炭表面生成大量的孔洞。試樣孔洞和孔徑的增加有利于磷氣體的快速揮發(fā)從而增加了氣化脫磷率。此外，碳熱還原過程中存在著磷和鐵的選擇性還原[24]，相比于磷灰石的還原溫度，鐵的還原溫度較低，還原時(shí)間延長(zhǎng)有利于磷灰石的充分反應(yīng)從而使得脫磷率增加。

表5 不同還原時(shí)間試樣還原后比表面積和孔隙

為了清晰詳細(xì)的說明不同還原時(shí)間下還原過程中高磷鐵礦礦物演變過程，采用SEM-EDS 的方法對(duì)不同還原時(shí)間下元素分布進(jìn)行分析，結(jié)果如圖7 所示。圖7 展示了不同還原時(shí)間（20 min、60 min）還原產(chǎn)物的掃描電鏡圖像和能譜圖。

圖7 代表性樣品的SEM-EDS 分析

由圖7 可知，還原時(shí)間20 min 時(shí)，觀察到大部分P 與Ca 重疊分布，磷主要保留在磷灰石中，此時(shí)少量的磷遷移進(jìn)入鐵相，說明此時(shí)主要為鐵氧化物的還原，磷灰石還原較少。還原時(shí)間60 min 時(shí)，還原生成的金屬鐵逐漸增多，金屬鐵開始聚集，還原生成的磷向金屬鐵遷移，磷明顯增加呈現(xiàn)出雜亂的微觀結(jié)構(gòu)。這主要是因?yàn)檫€原初期主要進(jìn)行鐵氧化物的還原，鐵中碳含量較低主要以固相形式存在，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，發(fā)生還原反應(yīng)的磷灰石增多，此外鐵相滲碳、礦物組成和孔隙結(jié)構(gòu)的改變，磷進(jìn)入金屬鐵的條件改善，鐵相中磷逐漸增多且從邊緣逐漸擴(kuò)展到鐵相的內(nèi)部，鐵相中磷含量增加。實(shí)際燒結(jié)過程中，料層上部降溫較快，保溫時(shí)間短導(dǎo)致脫磷反應(yīng)不能充分進(jìn)行，這也會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)過程中脫磷率的降低。

為闡明不同條件下磷灰石的還原機(jī)理，對(duì)可能發(fā)生的還原反應(yīng)的熱力學(xué)進(jìn)行討論。通過FactSage 軟件計(jì)算相關(guān)反應(yīng)，還原過程中磷灰石還原可能發(fā)生的反應(yīng)如式（2）—（8）所示。脈石相中含有的SiO2，Al2O3等物質(zhì)參與磷灰石的還原，研究表明添加SiO2、Al2O3和Na2CO3有利于降低磷灰石的還原開始溫度，有利于提高磷灰石還原速率，從而使得氣化脫磷率升高[25]。反應(yīng)過程中CaO、SiO2、Al2O3和Na2CO3相互作用生成低熔點(diǎn)的Na2CaSi5O12、NaAlSiO4相。低熔點(diǎn)化合物的生成改善了體系的流動(dòng)性同時(shí)破壞了礦石中脈石相對(duì)磷灰石的包裹結(jié)構(gòu)，從而使得磷灰石還原反應(yīng)更好的發(fā)生[26]。此外，研究表明Na2CO3的促進(jìn)作用強(qiáng)于Al2O3，NaAlSiO4等低熔點(diǎn)渣相生成使得液相量相應(yīng)增加，改善了體系的流動(dòng)性，傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)條件變好，促進(jìn)磷灰石還原，但形成的CaAl2Si2O8高熔點(diǎn)物質(zhì)惡化了液相的流動(dòng)性，在冷卻結(jié)晶過程中生成的液相把含磷礦物固溶在脈石相中，無法使含磷礦物在脈石相中裸露，使磷單質(zhì)的擴(kuò)散變得困難，或多或少地降低了脫磷率[27]。

基于不同條件對(duì)磷的氣化脫除的影響分析可知，高磷鐵礦還原過程中，磷灰石和鐵氧化物選擇性還原，首先發(fā)生鐵氧化物的逐級(jí)還原，隨著還原反應(yīng)的進(jìn)行，金屬鐵和脈石相各自聚集分布。與磷灰石還原相比，金屬鐵還原溫度較低，在磷氣體排出的過程中部分被金屬鐵吸收生成鐵磷化合物。Fe-P 二元相圖如圖8 所示。

圖8 Fe-P 二元相圖

由圖8 可知隨著鐵相中磷含量的變化，F(xiàn)exP 中磷具體以γ 鐵和α 鐵或Fe3P、Fe2P 和FeP 的固溶體形式存在，同時(shí)伴隨磷含量的增加形成αFe-Fe3P（熔點(diǎn)為1 048 ℃）和Fe2P-FeP（熔點(diǎn)為1 262 ℃）金屬鐵間化合物的共晶混合物，P 在γ-Fe 中的最大溶解度在1 200 ℃時(shí)約為0.56%[28]。

此外，根據(jù)圖9 中Fe3C 和Fe2P 的晶體結(jié)構(gòu)信息，可知Fe3C 和Fe2P 具有相似的金屬相結(jié)構(gòu)，同為六方體晶系，晶格常數(shù)相似，由此推測(cè)鐵相中的P 易進(jìn)入Fe3C 晶格生成Fe2P，脫磷率降低。綜上所述還原焙燒后，部分P2氣體隨燒結(jié)廢氣排放到大氣中，部分P2氣體進(jìn)入到金屬鐵中生成FexP。隨著還原反應(yīng)進(jìn)行，加速磷進(jìn)入鐵相中導(dǎo)致氣化脫磷率的下降。因此通過調(diào)整配料和優(yōu)化工藝參數(shù)，在液相鐵出現(xiàn)之前促使磷灰石在低溫下快速氣化脫除，是實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程磷氣化脫除的關(guān)鍵。

圖9 Fe3C 和Fe2P 晶體結(jié)構(gòu)示意圖

綜上所述，基于生物質(zhì)能燒結(jié)工藝特點(diǎn)，還原過程中存在著鐵和磷選擇性還原的問題，通過調(diào)整燃料配比，混合料的堿度和還原時(shí)間等可實(shí)現(xiàn)磷和鐵的還原，還原出的磷氣體部分揮發(fā)到煙氣中隨燒結(jié)廢氣排出，部分進(jìn)入金屬鐵中生成FexP。因此，通過調(diào)整燒結(jié)工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)還原過程磷的氣化脫從而對(duì)減輕煉鋼過程中的脫磷壓力，減少高磷鋼渣的數(shù)量具有重大意義。此外，可借鑒化工行業(yè)成熟的黃磷生產(chǎn)工藝對(duì)煙道中的含磷氣體進(jìn)行回收，煙道中含磷煙氣主要以磷單質(zhì)氣體和氧化物的形式存在，還原產(chǎn)生的磷氣體在抽風(fēng)負(fù)壓作用下隨燒結(jié)煙氣進(jìn)入煙道中，通過除塵裝置過濾掉灰塵雜質(zhì)，然后通入冷凝回收裝置，冷凝器中利用循環(huán)水噴淋冷卻，磷蒸汽冷凝聚集形成粗磷，冷卻成型后即得產(chǎn)品黃磷。下一步的研究重點(diǎn)在于通過調(diào)整燒結(jié)配料制度和優(yōu)化燒結(jié)參數(shù)，找到實(shí)現(xiàn)磷的氣化脫除的同時(shí)保證合理的燒結(jié)礦質(zhì)量的平衡點(diǎn)，同時(shí)與選礦法相結(jié)合，將經(jīng)過選礦法預(yù)處理的含磷礦粉制粒燒結(jié)，形成選礦法+生物質(zhì)燒結(jié)組合深度脫磷的方法，實(shí)現(xiàn)滿足高爐入爐冶煉指標(biāo)。

3 結(jié)論

本研究以純物質(zhì)模擬高磷鐵礦為研究對(duì)象，研究了生物質(zhì)木炭配比、混合料堿度和還原時(shí)間對(duì)還原過程中磷灰石的還原行為。通過XRD、SEM-EDS 對(duì)還原過程中磷的遷移規(guī)律進(jìn)行了分析。得出了以下結(jié)論。

1）與全焦粉燒結(jié)相比，添加木炭反應(yīng)速率增加可促進(jìn)還原過程中磷的還原，還原過程木炭揮發(fā)分中有機(jī)物的分解逸出使得孔徑增加有利于磷氣體的快速揮發(fā)，綜合作用下脫磷率升高。

2）在木炭質(zhì)量配比為30%，還原時(shí)間為60 min時(shí)，隨著試樣堿度增加，SiO2會(huì)優(yōu)先與CaO 反應(yīng)，使得參與還原的SiO2含量減少，高溫下液相量增多，不利于含磷氣體的排出，從而使脫磷率降低。

3）在木炭質(zhì)量配比為30%，堿度為0.5 時(shí)，隨著還原時(shí)間增加，還原反應(yīng)充分的進(jìn)行，減小了限速環(huán)節(jié)對(duì)含磷礦物反應(yīng)的影響脫磷率逐漸升高。還原過程中首先發(fā)生鐵氧化物的還原，隨著還原反應(yīng)的進(jìn)行磷灰石還原發(fā)應(yīng)發(fā)生，部分還原出的P2氣體被金屬鐵吸收生成Fe2P。