專利名稱：從水化礦物中去除雜質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從礦物資源中去除雜質(zhì)，特別地，本發(fā)明涉及從氧化鐵礦石中去除磷。
背景技術(shù)：
用于某些工業(yè)方法的含有氧化鐵的材料(為簡潔在本文中一般稱為鐵礦石)在雜質(zhì)方面需要符合嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。例如，通常期望在高爐熔煉產(chǎn)鐵中用作原料的鐵礦石有低的磷含量。盡管有從熔融鐵中去除磷的方法，但是許多因素(例如經(jīng)濟處罰和市場準(zhǔn)入)使確保在用于熔煉前從鐵礦石中去除磷具有吸引力。因此，降低鐵礦石中磷存在量的方法在商業(yè)上有吸引力，尤其是對于磷天然存在量高的礦石的處理(例如褐鐵礦石和針鐵礦石)。在一些應(yīng)用中，將磷降低到0. 可以是商業(yè)上可接受的，但更期望降低到低于0. 08wt%。最期望的是降低到低于0. 07wt%。存在用于從磷以磷灰石形式存在的鐵礦石中去除磷的方法(例如i^orssberg， Ε.禾口 Adolfsson, G. ,1981. Entphosphorung von hochphosphorhaltigen eisenerzen durch saure laugung, Erzmetall，34 (6)，316-322 (德國))。該方法的實例是用酸或堿溶液進行物理選礦和化學(xué)浸析。然而，用于從磷與氧化鐵相(即氧化鐵礦石如針鐵礦石和褐鐵礦石)結(jié)合的鐵礦石中去除磷的現(xiàn)有方法有許多缺點并且在通常的應(yīng)用中沒有從針鐵礦石中去除磷的方法。國際專利申請PCT/BR91/00030示出在1200°C加熱鐵礦石，然后用2. 5M(10% )鹽酸浸析(leach)，相當(dāng)大地降低了其P、Al203、Ca0和MgO的水平。已知在這樣的高溫下對鐵礦石進行熱處理可以改變氧化鐵相(例如從針鐵礦變成赤鐵礦)從而降低其溶解度，而同時促進雜質(zhì)到表面的遷移以增加它們的可及性和溶解度。澳大利亞專利457，026要求保護的是在1000-1300°C進行熱處理而后用鹽酸或硫酸進行浸析以降低澳大利亞鐵礦石中的磷水平。在美國專利3，402，041中，在用無機酸(例如鹽酸)進行浸析步驟前，對鐵礦石和焙燒添加劑(如堿土金屬鹵化物)進行500-1200°C的焙燒步驟以從鐵礦石中去除磷。美國專利3，928，024指出，已知以高于約800°C的溫度在回轉(zhuǎn)爐中焙燒礦石并與堿金屬氫氧化物結(jié)合以降低硫和磷含量。該專利涉及通過以下來降低氧化鐵礦石中硫和磷含量的方法將礦石與無機堿(例如堿金屬氫氧化物)混合，在高至650°C (但優(yōu)選250°C 至350°C)的溫度下加熱混合物約1小時，然后用水浸析。加入礦石中的無機堿為每重量份礦石中加入約0. 1至1. 5重量份的堿。最近，F(xiàn)isher-White、Lovel和Sparrow(Iron Ore Conference 2009, Australasian Institute of Mining and Metallurgy, Carlton, 249-254頁)報道了類似的結(jié)果，但在加熱處理中添加了少得多的堿金屬氫氧化物。盡管減少磷含量增加礦石的固有價值，但是高溫的使用伴隨高的經(jīng)濟損失。此外， 焙燒添加物是一項另外的花費并且在高溫下使用腐蝕性化學(xué)物增加它們的腐蝕性并減少處理設(shè)備的工作壽命。盡管本發(fā)明主要對磷含量的降低進行了說明，其也可以應(yīng)用于鐵礦石中其他雜質(zhì)如氧化硅和氧化鋁的減少。還可以去除其他樣品特定成分。2/13 頁因此，本發(fā)明的目的是增加從礦石(尤其是水化氧化鐵礦石)中去除成分(尤其是磷)的方法的經(jīng)濟可行性。在本說明書中對任何現(xiàn)有技術(shù)的引用不是并且不應(yīng)被認為是承認或以任何形式暗示該現(xiàn)有技術(shù)是澳大利亞或任何其他行政區(qū)的公知常識的一部分，或者有理由預(yù)計該現(xiàn)有技術(shù)會被本領(lǐng)域技術(shù)人員確定、理解并認為是相關(guān)的。發(fā)明概述本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中的加熱步驟過度復(fù)雜。尤其是，加熱步驟中使用的高溫和添加物對去除雜質(zhì)至必需程度不是必要的。本發(fā)明通過不添加任何添加物地加熱礦石， 而后經(jīng)浸析步驟去除雜質(zhì)成分來從鐵礦石中去除雜質(zhì)成分。因此，在本發(fā)明的一個方面中提供了從鐵礦石中去除成分的方法，所述方法包括以下步驟加熱礦石至不超過約500°C的溫度，隨后使礦石與酸或堿浸析溶液接觸以從礦石中浸析雜質(zhì)成分。加熱礦石的步驟在沒有焙燒添加物或浸析溶液的存在下進行。換言之，在空氣或如下討論改變的氣氛中加熱鐵礦石。加熱鐵礦石的步驟可以在高于約225°C的溫度下進行。優(yōu)選地，加熱鐵礦石的步驟在高于約250°C的溫度下進行。加熱鐵礦石的步驟可以在高至約500°C的溫度下進行。優(yōu)選地，加熱鐵礦石的步驟在低于約350°C的溫度下在空氣中進行。更優(yōu)選地，加熱鐵礦石的步驟在約300°C的溫度下進行。加熱鐵礦石的步驟可以在適合的氣體氣氛中通過直接或間接加熱用常規(guī)加熱爐 (例如旋轉(zhuǎn)加熱爐、流化床加熱爐、轉(zhuǎn)動爐篦加熱爐或閃速加熱爐)中進行。優(yōu)選地，所述氣氛是空氣，但在除空氣外的氣氛(例如燃燒氣體)中加熱也是有效的。需要從鐵礦石中去除的成分(雜質(zhì)成分)可為例如磷、氧化硅或氧化鋁。還可以去除其他樣品特定成分(例如硫)。在一個具體例子中，需要去除的成分是磷。在這些實施方案中，從鐵礦石中去除的磷可以存在于鐵礦石的針鐵礦和/或褐鐵礦相，但也可以存在于礦石的任何非氧化磷灰石相中。所述浸析溶液可為酸性或堿性水溶液。酸性浸析溶液可以是無機或有機酸。酸性浸析溶液的實例包括HC1、HN03、H2SO4和檸檬酸。優(yōu)選地，浸析溶液是堿性的。堿性浸析溶液的實例包括NaOH、KOH和NH40H。更優(yōu)選地，浸析溶液是NaOH。鐵礦石與浸析溶液接觸的步驟可以在環(huán)境溫度或者高至浸析溶液沸點的升高的溫度下進行。優(yōu)選地，鐵礦石與浸析溶液接觸的步驟在升高的溫度下進行。本發(fā)明的另一方面提供了根據(jù)以上方法制備并且具有降低的雜質(zhì)含量的純化的礦石。實施方案詳述礦物樣品中包含的磷(和其他成分)的性質(zhì)是礦石特定的。本發(fā)明人認為在針鐵礦樣品中，可能磷起初在沉積時吸附在生長的鐵礦石晶體表面，吸附的磷被鐵礦石覆蓋 (包封)并且經(jīng)過地質(zhì)時間(并經(jīng)過地質(zhì)作用)成為礦物結(jié)構(gòu)的一部分。本發(fā)明人還認為在加熱過程中，發(fā)生針鐵礦到變形的赤鐵礦(相對于致密的赤鐵礦相)的脫羥基作用。在該變形的赤鐵礦中，針鐵礦(起初的)的雜質(zhì)成分(如磷)從礦物結(jié)構(gòu)中排出。因此，這些雜質(zhì)成分可以從礦物中被浸析出。與之不同，磷灰石(Qi5(PO4)3OH)是已知能溶于酸的鐵礦石的常見、熟知附帶礦物。 由于酸浸析不會很大地影響未處理的高磷針鐵礦石，所以不可能在用去除磷灰石相關(guān)磷的條件下去除與針鐵礦相關(guān)的磷。預(yù)期經(jīng)本發(fā)明方法處理的礦石中的磷灰石(及其中的磷) 與更難處理的與針鐵礦相關(guān)的磷一起被浸析。加熱的溫度和時間、浸析時間和浸析劑的濃度取決于鐵礦石和所需最終產(chǎn)物的規(guī)格。認為加熱處理使針鐵礦相脫羥基成為赤鐵礦，從而使雜質(zhì)能在浸析中被去除。因此應(yīng)選擇加熱溫度和處于溫度的時間來實現(xiàn)這種相轉(zhuǎn)化。鐵礦石加熱步驟可以進行少至 0. 25小時或更少的時間。多至M小時的加熱時間并非是不利的，但是可能不節(jié)約成本。優(yōu)選地，加熱時間為約0. 25小時至約4小時。更優(yōu)選地，加熱時間為約1小時。鐵礦石與浸析溶液的接觸的步驟可以進行多至約5小時的時間。更長的浸析時間并非是不利的但不節(jié)約成本。優(yōu)選地，浸析時間為約3小時。更優(yōu)選地，浸析時間為約0. 25 至1小時。浸析溶液的濃度可以是約0. OOlM至約5. OM0更高的濃度并非是不利的，但是可能不節(jié)約成本或不安全。鐵礦石與浸析溶液接觸的步驟可以在有適當(dāng)攪拌的反應(yīng)容器中進行，以確保鐵礦石和浸析溶液的良好接觸。可以根據(jù)需要進行單個或多個浸析階段以實現(xiàn)滿意的雜質(zhì)成分去除?；蛘?，可以在用于大量浸析操作的條件下使加熱的礦石與浸析溶液接觸。
實施例實施例1至11闡釋了對兩種澳大利亞Brockman高磷鐵礦石進行的本發(fā)明方法。將兩種樣品均壓碎至小于1.2mm以增加樣品的均一性。粗樣品的磷去除在工業(yè)應(yīng)用中更加有利但難于以可重復(fù)方式證明。X射線熒光光譜(XRF)分析顯示鐵礦石樣品1包含 62. Owt % Fe、0. 146wt% P、3. 07wt% SiO2 和 2. 27wt% Al2O3,而鐵礦石樣品 2 包含 62. Iwt % Fe、0. 123wt% P,3. 22wt% SiO2和2. 18wt% Al2O30每次測試后，通過過濾收集浸析固體，用水清洗并在60°C干燥。按照需要收集浸析溶液。通過浸析殘余物的XRF測定和溶液樣品的電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-0EQ來評估由多個測試條件去除的成分的量。為了在實施例中評估加熱處理對隨后浸析中磷去除的作用，將未經(jīng)加熱處理的兩種礦石樣品用不同的浸析溶液浸析，結(jié)果示出于表A中。表 A
權(quán)利要求
1.一種用于從鐵礦石中去除雜質(zhì)成分的方法，所述方法包括以下步驟加熱所述礦石至不超過約500°C的溫度，隨后使所述礦石與酸或堿浸析溶液接觸以從所述礦石中浸析所述雜質(zhì)成分。
2.權(quán)利要求2的方法，其中加熱所述礦石的步驟在不存在焙燒添加物或浸析溶液的情況下進行。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中加熱所述礦石的步驟在低至約225°C的溫度下進行。
4.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中加熱所述礦石的步驟在約250°C至約350°C的溫度下進行。
5.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中加熱所述礦石的步驟在約300°C的溫度下進行。
6.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中加熱所述礦石的步驟進行約0.25小時或更長。
7.權(quán)利要求6的方法，其中加熱所述礦石的步驟進行約1小時的時間。
8.權(quán)利要求6或7的方法，其中加熱所述礦石的步驟進行短于約4小時的時間。
9.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述雜質(zhì)成分是磷、氧化硅或氧化鋁。
10.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述雜質(zhì)成分是磷。
11.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述浸析溶液選自NaOH、H2SO4,NH4OH, Κ0Η、 HCl、HNO3和檸檬酸。
12.權(quán)利要求9的方法，其中所述浸析溶液是NaOH。
13.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述浸析溶液的濃度為約0.OOlM至約5. OM或更多。
14.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述浸析溶液的溫度為40°C至沸騰溫度。
15.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中使所述礦石與浸析溶液接觸的步驟進行0.25 小時或更長的時間。
16.權(quán)利要求14的方法，其中使所述礦石與浸析溶液接觸的步驟進行約3小時的時間。
全文摘要
用于從鐵礦石中去除雜質(zhì)成分的方法，所述方法包括以下步驟加熱礦石至不超過約500℃的溫度，隨后使礦石與酸或堿浸析溶液接觸以從礦石中浸析雜質(zhì)成分。
文檔編號C22B1/11GK102395692SQ201080017191
公開日2012年3月28日 申請日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者格拉哈姆·杰弗里·斯帕羅, 羅伊·蘭德爾·洛弗爾, 邁克爾·約翰·菲舍爾-懷特 申請人:聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織