基於HIsmelt技術的雲南高磷鐵礦熔融還原過程中磷行為研究

《基於HIsmelt技術的雲南高磷鐵礦熔融還原過程中磷行為研究》是依託昆明理工大學，由卿山擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於HIsmelt技術的雲南高磷鐵礦熔融還原過程中磷行為研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：卿山
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

本項目針對雲南省近30億噸高磷鐵礦不能合理利用而進行基於HIsmelt技術的雲南高磷鐵礦熔融還原過程中磷行為研究。系統分析雲南省高磷鐵礦石中磷的賦存狀態和分布特性，對其進行冶金過程相關聯的礦相工藝學研究，建立雲南省高磷鐵礦資源資料庫；研究基於HIsmelt的高磷鐵礦熔融還原反應體系內多相反應的反應機理、金屬和熔渣組元活度對磷容量、磷結構、磷分布及走向的影響規律，建立熔融還原過程中組元活度協同最佳化模型；對高磷鐵礦熔融還原過程進行進行數值模擬，探尋磷在氣液固多相流中的協同反應機制，建立熔融還原過程中磷分配數學模型；研究在熔融還原過程中形成的湧泉對磷在渣-金-氣界面的多相反應平衡機理及磷的走向行為規律，探尋強化傳熱、傳質及化學反應的耦合對磷定向分布的行為機制；揭示磷在熔融還原過程中分解轉化的行為機理，構建基於HIsmelt的高磷鐵礦熔融還原過程中磷反應及分布行為體系的理論基礎。

結題摘要

項目在對雲南地區近30億噸高磷鐵礦石資源調研的基礎上，採用化學分析、多元素分析、岩相顯微鏡、X射線衍射、精密阻抗分析、掃描電鏡、電子能譜和熱重分析儀等測試方法與儀器，系統研究了高磷鐵礦冶煉過程相關聯的礦相工藝礦物學特性，其原礦石平均Fe含量39.13%，平均磷含量0.967%，且鐵礦中鐵和磷的都幾乎分布在整個礦石區域，集中度教低，粒度較細，難以分離，給選礦降磷帶來了很大困難。因此，要想有效利用好高磷鐵礦，需要走選冶結合的道路。利用冶金熱力學、冶金動力學基本原理，在自行設計並搭建的基於HIsmelt技術的高磷鐵礦富氧頂吹熔融還原煉鐵高效脫磷的實驗平台上進行了試驗研究，通過調控高磷鐵礦在富氧頂吹熔融還原反應器內不同渣型、不同氧勢、不同脫磷劑，揭示高磷鐵礦富氧頂吹熔融還原高效脫磷反應體系內多相化學反應、高溫強氧化氣氛下高效脫磷機理。針對高磷鐵礦富氧頂吹熔融還原反應器內複雜的渣-金-氣多相間劇烈的攪拌、混合與反應過程產生的湧泉”現象，特別是對氧氣頂吹的強化多相混合效果，運用水動力學實驗與模型，藉助高速CCD的瞬時捕捉和採集，對攪拌混合圖像進行處理，再利用代數拓撲學、混沌學理論，對富氧頂吹熔融還原爐內“湧泉”現象造成的渣-金-氣多相強化攪拌、劇烈混合程度、混合效果進行數值模擬與仿真研究，構建熔融還原過程中湧泉現象及傳熱傳質的耦合模型。對高磷鐵礦熔融還原過程進行進行數值模擬，探尋磷在氣液固多相流中的協同反應機制，建立熔融還原過程中磷分配數學模型；研究在熔融還原過程中形成的“湧泉”對磷在渣-金-氣界面的多相反應平衡機理及磷的走向行為規律，即當爐渣鹼度增大時，爐渣中氧離子活度隨之增大，反映為爐渣磷容量增大。金屬鐵液中溶解氧和溶解碳可增大熔鐵中磷的活度係數從而促進磷向渣中分配轉移，增大了渣—金屬間磷分配比。利用回響曲面最佳化軟體，對實驗室規模的富氧頂吹熔融還原冶煉過程工藝參數進行計算與最佳化，探尋了強化傳熱、傳質及化學反應的耦合對磷定向分布的行為機制，揭示了磷在熔融還原過程中分解轉化的行為機理，並成功構建了基於HIsmelt的高磷鐵礦熔融還原過程中磷反應及分布行為體系的理論基礎。項目已發表相關學術論文24篇，其中SCI、EI 收錄12 篇；申請專利2項，授權專利11 項（發明專利5 項）；培養博士畢業生2名，碩士畢業生6 名，在讀博士研究生1 人，在讀碩士研究生3人。