【知识】稀土精矿团脱铁除磷的基本原理

中低品位稀土精矿球团电弧炉脱铁除磷，所用的还原剂主要是碳。在电弧炉冶炼温度条件下，碳可以还原铁、锰、磷、铌和钛等氧化物，但不能还原稀土氧化物，稀土氧化物仍保持原形态留在渣中。

由于焦炭密度远比熔渣小，冶炼对焦炭易于漂浮在熔渣的表面，即使加强搅拌，熔渣与焦炭之间的接触也不理想。因而还原的动力学条件不充分。另外用碳完全去除较难还原的氧化物如TiO2等也有困难。为改善还原条件，在实际生产中配入一定量硅铁作辅助还原剂，硅铁的还原效果优于焦炭，但由于价格昂贵，用量过多导致稀土精矿渣的造价增大和部分稀土的被还原，在确保稀土精矿渣质量的前提下，应尽可能少用硅铁。

铁氧化物的还原  铁氧化物的还原是逐级进行的，用碳或硅均可使铁氧化物按Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe顺序还原成铁。在实际生产中，铁的还原速度非常快，用压缩空气搅拌10min，熔渣中含铁量可由10%降至0.5%以下。由于反应过程有CO气体逸出，起到了辅助搅拌的作用，有利于加速的还原过程。

磷氧化物的还原 稀土精矿中的磷主要是以磷酸盐的状态存在，如独居石（CePO4），磷酸钙（3CaO·P2O5）、蓝铁矿（3FeO·P2O5·H2O）等。在电弧炉冶炼条件下，有SiO2和CaO参加时，独居石将发生分解[反应式（1）]，生成的P2O5被碳[反应式（2）]或硅还原[反应式（3）]。

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

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

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

在1200～1500℃时，磷酸钙可以被碳还原：

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

在有SiO2存在时，磷酸钙将发生分解：

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

硅还原铁氧化物及其他氧化物产生的SiO2能促进磷酸盐的分解，从而加速了反应过程。

当稀土精矿球团含铁量较低时，加入少量生铁，使还原产生的磷溶解于铁中，形成稳定的Fe2P相。

锰氧化物的还原  锰氧化物与铁氧化物的还原一样都是逐级进行的。但锰对氧的亲和力大于铁对氧的亲和力，且在稀土精矿中锰的含量远比铁的含量低，还原的热力学条件较差，因此锰氧化物比铁氧化物较难还原。用碳还原锰的高价氧化物为低价氧化物在较低的温度下就能进行，碳和硅还原MnO的反应参见反应式如1式和反应式2。

（MnO＋C）=== [Mn]＋CO↑    （1）

2MnO＋Si====2Mn＋SiO2       （2）

渣中SiO2能与MnO反应生成难还原的MnSiO3，因此加入适量的CaO可以促进MnSiO3的分解，从而增大熔渣中MnO的活度。

MnSiO3＋CaO ==== CaSiO3＋MnO   (6)

△G0 =－75470－5.31T

稀土精矿球团脱铁除磷过程中锰的还原率可以达到80%以上。

钛氧化物的还原  白云鄂博稀土矿由于其钛量相对较高，冶炼用于球铁的稀土硅铁合金时，要求精矿渣含钛量越低越好，因此稀土精矿在脱铁除磷过程中降低其渣的含钛量也是一项重要的内容。

TiO2是很稳定的氧化物，用碳还原TiO2[反应式（7）]，开始温度为1684℃，这在电弧炉冶炼温度条件下是相当困难的。但如果在炉料中加入硅铁，用硅还原[反应式（如3）]，该反应可以顺利进行。

[RESi]＋[Si]====[RESi2]   （3） 

△G0 =341290－174.05T


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