磷是钢铁冶炼过程中主要的有害元素之一。随着冶金工业的发展，钢铁企业对铁精矿磷含量的要求越来越高，故开发铁精矿高效降磷技术已经迫在眉睫。
目前高磷铁矿石的降磷方法主要有：①物理选矿法。该方法是将矿石细磨至磷矿物与铁矿物充分解离，然后通过磁选、重选或浮选来降磷，但降磷效果不太理想；②化学选矿法。该方法通过用硝酸、盐酸或硫酸对铁矿石进行浸出来实现降磷，是一种较为有效的降磷方法，而且磷矿物无须完全单体解离，只要能暴露出来与浸出液有接触就可达到降磷的目的。但该法耗酸量大、成本高．而且容易导致矿石中可溶性铁矿物溶解，造成铁的损失。③微生物浸出法。该方法主要是通过微生物代谢产酸降低体系的pH值来使磷矿物溶解，同时代谢酸还会与Ca2+，Mg2+，Al3+等离子螯合形成络合物，从而促进磷矿物的溶解。存在的问题是仍处于试验阶段，离真正的产业化尚有较大差距。④冶炼法。该法是在铁水入转炉或电炉前，用碱性氧化物或碱性渣使铁水中的磷形成磷渣来实现脱磷。此法效果非常好，但成本高昂，且在我国基本上还处于基础研究阶段。
本研究采用一种新方法－氯化离析－弱磁选工艺来对高磷铁矿石进行提铁降磷。
一、试验矿样
试验矿样为云南某高磷铁矿石样品，含铁41.56%，含磷1.13%，铁主要以赤褐铁矿、菱铁矿、硅酸铁、磁铁矿等形式存在。试样风化现象比较严重，原始粒度组成为+5mm占35%左右，－5+1mm占45%左右，－1mm占20%左右，试验前将其加工成全部小于5mm备用。
试样的光谱分析、化学分析、铁物相分析结果见表1～表3，加工成－5mm后的粒度分析结果见表4。
表1 试样光谱分析结果%
表2 试样多元素化学分析结果%
表3 试样铁物相分析结果%
从表1～表3可知：试样中可回收的有价元素只有铁，其他有价元素铜、锌、铅、钼、镍、钴、钛、金、银等含量均较低；有害元素硫、砷含量不超标，但磷含量严重超标，为1.13%。试样中的可选性铁为赤褐铁矿、菱铁矿和磁铁矿中的铁，三者占全铁的91.15%。
表4显示，铁和磷在各个粒级的分布较为均匀。
表4 －5mm试样粒度分析结果
二、试验流程
氯化离析的基本原理是：氯化剂在高温作用下被分解成高活性的氯化氢气体；氯化氢气体与矿石中的金属氧化物发生反应，迅速生成具挥发性的金属氯化物；挥发性金属氯化物被炭质还原剂强烈吸附，其中的金属在还原剂形成的还原气氛作用下离析出来并覆盖在还原剂表面，可通过选矿得到较好的回收。
氯化离析过去一般用于处理镍、钴、铜矿石，用于处理铁矿石则属于一种新方法。本试验利用该方法对云南某高磷铁矿石进行提铁降磷研究，试验工艺流程见图1。
试验中考察氯化剂种类和用量、还原剂种类和用量、离析焙烧温度和时间、离析产物磨矿细度、弱磁选磁感应强度对铁精矿指标的影响。所用氯化剂分别为L1，L2，L3，L4，还原剂分别为焦炭，褐煤，无烟煤，烟煤。还原剂均加工到－1mm使用。
图1 氯化离析－弱磁选试验流程
需要说明的是，原矿经离析焙烧后会有一定的烧失量，因此试验中铁精矿回收率均对离析产物计。
三、试验结果与讨论
（一）氯化剂种类和用量试验
氯化剂的种类和用量直接影响氯化离析过程中挥发性金属氯化物的生成，进而影响铁精矿的指标。在还原剂（焦炭）用量为10%，离析温度为1000℃，离析时间为60min，弱磁选磁感应强度为0.12T，球磨细度为－0.074mm占85.38%的条件下，分别采用不同用量的4种氯化剂按图1流程进行试验，试验结果见图2～图5。
图2 氯化剂L1用量试验结果
■－Fe品位；◆－P含量；▲－Fe回收率；●－P回收率
图3 氯化剂L2用量试验结果
■－Fe品位；◆－P含量；▲－Fe回收率；●－P回收率
图4 氯化剂L3用量试验结果
■－Fe品位；◆－P含量；▲－Fe回收率；●－P回收率
图5 氯化剂L4用量试验结果
■－Fe品位；◆－P含量；▲－Fe回收率；●－P回收率
从图2～图5可知：L1，L2，13提铁降磷的效果不理想，精矿铁品位较低，且磷含量均在0.30%以上。而L4具有明显的提铁降磷效果，随着其用量的增加，精矿铁品位和回收率逐渐升高，磷含量逐渐降低，当其用量为15%时，精矿铁品位达75.25%，磷含量降至0.226%，铁回收率为82.32%，此后精矿指标变化较小。因此，选择L4作为氯化剂，并确定其用量为15%。
（二）还原剂种类和用量试验
还原剂在离析过程中起着提供还原性气氛和作为载体吸附挥发性金属氯化物的双重作用。目前用得较为普遍的固体还原剂主要为焦炭、褐煤、无烟煤和烟煤，其中焦炭具有强度较高、还原透气性好、杂质少等优点，不足之处在于价格较为昂贵，而褐煤、无烟煤、烟煤与焦炭相比价格低廉，但灰分高，杂质多，易污染矿石。在氯化剂L4用量为15%，离析温度为1000℃，离析时间为60min，弱磁选磁感应强度为0.12T，球磨细度为－0.074mm占85.38%的试验条件下，比较这4种还原剂对铁精矿指标的影响，试验结果见图6～图9。
图6 褐煤用量试验结果
■－Fe品位；◆－P含量；▲－Fe回收率；●－P回收率
图7 烟煤用量试验结果
■－Fe品位；◆－P含量；▲－Fe回收率；●－回收率
图8 无烟煤用量试验结果
■－Fe品位；◆－P含量；▲－Fe回收率；●－P回收率
图9 焦炭用量试验结果
■－Fe品位；◆－P含量；▲－Fe回收率；●－P回收率
从图6～图9可知：采用褐煤、无烟煤、烟煤作为还原剂时，虽然随着还原剂用量增加，精矿铁品位和铁回收率逐渐升高，磷含量逐渐降低，但磷含量始终在0.30%以上；而采用焦炭作为还原剂时，随着焦炭用量的增加，精矿铁品位逐渐升高，铁回收率先升高后降低，磷含量则一直未超过0.30%，而且呈不断降低的趋势。因此，选择焦炭作为还原剂，并确定其用量为10%，此时精矿铁品位为75.25%，磷含量为0.226%，铁回收率为82.32%。
（三）离析温度试验
由于离析是一个化学相变的过程，故温度是关键影响因素之一。温度过低，不能提供足够的化学反应能，不利于反应的进行；反之，温度过高，容易导致矿石软化粘结，而且将来生产成本高，操作难度大。在还原剂焦炭用量为10%，氯化剂L4用量为15%，离析时间为60min、弱磁选磁感应强度为0.12T，球磨细度为－0.074mm占85.38%的条件下，按图1流程进行离析温度试验，试验结果见图10。
图10 离析温度试验结果
■－Fe品位；◆－P含量；▲－Fe回收率；●－P回收率
图10显示，随着温度的升高，精矿铁品位和铁回收率呈先升高后降低的趋势，磷含量呈先降低后升高的趋势；此外，在焙烧过程中发现，温度为1050℃时，矿石有软化粘结现象，温度继续升高至1100℃时，矿石有80%以上粘结在一起，影响选别指标。综合考虑，焙烧温度取1000℃比较合适，此时可以得到铁品位为75.27%，磷含量为0.227%，铁回收率为82.62%的铁精矿。
（四）离析时间试验
在其他条件一定的情况下，离析时间越长，离析反应进行得越彻底，但同时也会因其他元素有更多的机会参与反应而影响铁精矿指标；反之，离析时间过短，有效的正反应不能彻底完成，也会影响铁精矿指标。在还原剂焦炭用量为10%，氯化剂L4用量为15%，离析温度为1000℃，弱磁选磁感应强度为0.12T，球磨细度为－0.074mm占85.38%的条件下，按图1流程进行离析时间试验，试验结果见图11。
图11 离析时间试验结果
■－Fe品位；◆－P含量；▲－Fe回收率；●－P回收率
图11显示，随着离析时间的延长，精矿铁品位和铁回收率呈先升高后降低的趋势，磷含量呈先降低后升高的趋势，但这些指标的变化程度都比较小。综合考虑，确定离析时间为45min，此时精矿铁品位为76.06%，磷含量为0.217%，铁回收率为83.11%。
（五）弱磁选磁感应强度试验
在还原剂焦炭用量为10%，氯化剂L4用量为15%，离析温度为1000℃，离析时间为45min，球磨细度为－0.074mm占85.38%的条件下，按图1流程进行弱磁选磁感应强度试验，试验结果见表5。
从表5可知，随着弱磁选磁感应强度的提高，精矿铁品位逐渐下降，铁回收率和磷含量逐渐上升。兼顾各项指标，选择弱磁选磁感应强度为0.16T。
（六）球磨细度试验
在还原剂焦炭用量为10%，氯化剂L4用量为15%，离析温度为1000℃，离析时间为45min，弱磁选磁感应强度为0.16T的条件下，按图1流程进行球磨细度试验，试验结果见表6。
表5 弱磁选磁感应强度试验结果
注：矿石烧失率=9.68%，离析产物Fe品位为46.05，P含量为1.26%。下同。
表6 球磨细度试验结果%
表6显示，随着球磨细度的提高，精矿铁品位逐渐上升，磷含量逐渐下降，铁回收率先上升后下降。兼顾精矿指标和磨矿成本，选择球磨细度为－0.074mm占85.38%。
（七）全流程综合条件重复试验
通过以上试验，确定的全流程综合条件为焦炭用量10%，氯化剂L4用量15%，离析温度1000℃，离析时间45min，球磨细度－0.074mm占85.38%，弱磁选磁感应强度0.16T。按此综合条件进行全流程重复试验，试验结果见表7。
表7 全流程综合条件重复试验结果%
从表7可以看出，采用所确定的工艺条件对试验矿样进行氯化离析－弱磁选处理，可以取得良好的提铁降磷效果，铁精矿产率（对离析产物）为50.88%～52.00%，铁品位为75.33%～76.44%，磷含量为0.215%～0.218%，SiO2含量为5.44%～6.01%，铁回收率（对离析产物）为83.63%～85.66%。
四、结论
（一）云南某铁矿石铁矿物主要为赤褐铁矿和菱铁矿，同时含磷较高，采用常规的选矿工艺较难得出理想的选别指标。
（二）在还原剂焦炭用量为10%，氯化剂L4用量为15%，离析温度为1000℃，离析时间为45min，磨矿细度为－0.074mm占85.38%，弱磁选磁感应强度为0.16T的条件下，采用氯化离析－弱磁选工艺处理该矿石，可得到铁精矿铁品位在75.33%以上，磷含量在0.218%以下，铁回收率在83.63%以上的良好指标。
（三）对高磷铁矿石采用氯化离析－弱磁选工艺进行提铁降磷是一种新方法。大量的试验研究表明，该工艺对高磷鲕状赤铁矿石、高磷菱铁矿石、高磷硫砷难选铁矿石等也能取得较好的选矿指标。
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