【知識】稀土精礦團脫鐵除磷的基本原理

中低品位稀土精礦球團電弧爐脫鐵除磷，所用的還原劑主要是碳。在電弧爐冶煉溫度條件下，碳可以還原鐵、錳、磷、鈮和鈦等氧化物，但不能還原稀土氧化物，稀土氧化物仍保持原形態留在渣中。

由於焦炭密度遠比熔渣小，冶煉對焦炭易於漂浮在熔渣的表面，即使加強攪拌，熔渣與焦炭之間的接觸也不理想。因而還原的動力學條件不充分。另外用碳完全去除較難還原的氧化物如TiO2等也有困難。為改善還原條件，在實際生產中配入一定量矽鐵作輔助還原劑，矽鐵的還原效果優於焦炭，但由於價格昂貴，用量過多導致稀土精礦渣的造價增大和部分稀土的被還原，在確保稀土精礦渣品質的前提下，應盡可能少用矽鐵。

鐵氧化物的還原  鐵氧化物的還原是逐級進行的，用碳或矽均可使鐵氧化物按Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe順序還原成鐵。在實際生產中，鐵的還原速度非常快，用壓縮空氣攪拌10min，熔渣中含鐵量可由10%降至0.5%以下。由於反應過程有CO氣體逸出，起到了輔助攪拌的作用，有利於加速的還原過程。

磷氧化物的還原 稀土精礦中的磷主要是以磷酸鹽的狀態存在，如獨居石（CePO4），磷酸鈣（3CaO·P2O5）、藍鐵礦（3FeO·P2O5·H2O）等。在電弧爐冶煉條件下，有SiO2和CaO參加時，獨居石將發生分解[反應式（1）]，生成的P2O5被碳[反應式（2）]或矽還原[反應式（3）]。

2CePO4＋3CaO＋2SiO2 ==== 3CaO·Ce2O3·2SiO2＋P2O5       (1)

P2O5＋5C ==== 2P＋5CO↑                 (2)

2P2O5＋5Si ==== 4P＋5SiO2                     (3)

在1200～1500℃時，磷酸鈣可以被碳還原：

3CaO·P2O5＋5C ==== 3CaO＋2P＋5CO↑                 (4)

在有SiO2存在時，磷酸鈣將發生分解：

2（3CaO·P2O5）＋3SiO2 ==== 3(2CaO·SiO2)＋2P2O5 (5）

矽還原鐵氧化物及其他氧化物產生的SiO2能促進磷酸鹽的分解，從而加速了反應過程。

當稀土精礦球團含鐵量較低時，加入少量生鐵，使還原產生的磷溶解於鐵中，形成穩定的Fe2P相。

錳氧化物的還原  錳氧化物與鐵氧化物的還原一樣都是逐級進行的。但錳對氧的親和力大於鐵對氧的親和力，且在稀土精礦中錳的含量遠比鐵的含量低，還原的熱力學條件較差，因此錳氧化物比鐵氧化物較難還原。用碳還原錳的高價氧化物為低價氧化物在較低的溫度下就能進行，碳和矽還原MnO的反應參見反應式如1式和反應式2。

（MnO＋C）=== [Mn]＋CO↑    （1）

2MnO＋Si====2Mn＋SiO2       （2）

渣中SiO2能與MnO反應生成難還原的MnSiO3，因此加入適量的CaO可以促進MnSiO3的分解，從而增大熔渣中MnO的活度。

MnSiO3＋CaO ==== CaSiO3＋MnO   (6)

△G0 =－75470－5.31T

稀土精礦球團脫鐵除磷過程中錳的還原率可以達到80%以上。

鈦氧化物的還原  白雲鄂博稀土礦由於其鈦量相對較高，冶煉用於球鐵的稀土矽鐵合金時，要求精礦渣含鈦量越低越好，因此稀土精礦在脫鐵除磷過程中降低其渣的含鈦量也是一項重要的內容。

TiO2是很穩定的氧化物，用碳還原TiO2[反應式（7）]，開始溫度為1684℃，這在電弧爐冶煉溫度條件下是相當困難的。但如果在爐料中加入矽鐵，用矽還原[反應式（如3）]，該反應可以順利進行。

[RESi]＋[Si]====[RESi2]   （3） 

△G0 =341290－174.05T


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