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磷矿是一种重要化工矿物原料,应用十分广泛。它可以用于制取纯磷(黄磷、赤磷)和化工原料,还可以用于制取作动物饲料。目前处理磷矿生产黄磷的工艺主要是电炉法。为满足生产要求,入炉磷矿需粒度均匀、水份和碳酸盐含量少,并具备一定热强度。我国磷矿资源主要为中低品位磷矿,富矿资源少,再加上近年来富矿资源逐渐消耗以及其价格日益上涨,国内磷矿企业不得不选用对中低品位磷矿进行选矿后的磷精矿进行生产。由于磷精矿存在粒度小等问题,入炉前须对其进行造块处理。目前比较成熟的造块方式有烧结、球团、压块、瘤结等。由于烧结矿粒度均匀,含水量低,机械强度高,热稳定性好、入炉料均衡且在实现造块的同时还能有效实现碳酸盐的脱除,所以能够降低单位产品能耗,提高经济效益。因此,对于P含量低、碳酸盐含量高的磷矿,烧结法是比较适宜的工艺。因此,磷矿的烧结的研究具有重要的意义。国内虽已有部分关于磷矿烧结的报道,但多重在探索烧结可行性的论证上,尚缺乏从原料基础性质到烧结工艺的系统性研究。从了解磷矿基础性质以及制粒行为和烧结行为两方面着手,就乐山地区磷矿制粒烧结工艺展开理论和实验研究工作。研究所得结论如下:①乐山地区磷矿Ca O含量高达47.08%,属于沉积型钙质磷块岩矿;与块矿相比,经过选矿的磷精矿碳酸盐得到部分去除;磷精矿及块矿的主要物相为氟磷灰石(Ca5(PO4)3F)、羟磷灰石(Ca5(PO4)3(OH)),此外,还含有少量的白云石(Ca Mg(CO3)2)及石英(Si O2)。②磷精矿颗粒粒度小于0.7mm颗粒达到99%以上;磷精矿和硅石接触角分别为71.5°和75.24°,亲水性较差;随着块矿加入量以及硅石加入量的增加混合料湿容量减小,亲水性变差。③磷精矿中白云石分解后在1250℃与Si O2反应形成Ca2Si O4。磷精矿中白云石分解为吸热过程,吸热峰所在温度区间为600—850℃;分解的活化能约为71.6—123.6k J/mol,且活化能随着转化率的增大而增加;同时,分解过程机理函数符合Valensi方程及G-B方程。④无硅石添加时,随着外配水量从1%增加到3%,制粒各项指标逐步得到改善,但外配水量从3%变化到4%时改善不明显,因此外配水量3%为最佳配水量;随着形核粒子添加量从5%增加到15%,制粒各项指标先改善后恶化,在形核粒子添加量为10%时获得最好制粒效果;随着酸度从0.35增加到0.80,制粒各项指标逐渐恶化,在酸度为0.35(无硅石添加)、0.60和0.80时适宜配水量分别为3%、3%和4%。⑤高固定碳煤粉烧结时,配碳量对烧结矿物理机械强度、成品率、熔滴性能和磷品位的影响均比较明显;随着配碳量从5%增加到8%,磷矿烧结矿各项指标先改善后恶化,配碳量6%~7%时烧结矿效果最好,结合烧结成本,认为配碳量6%时烧结效果最好。酸度主要影响烧结料层透气性进而影响烧结矿物理机械强度、磷品位、成品率和熔滴性能;由于化学反应的发生而影响烧结矿物相组成;随着酸度的增加烧结矿物理机械性能、成品率以及熔滴性能均逐渐恶化,此外磷品位也降低。⑥低固定碳煤粉烧结时,配碳量对烧结矿物理机械性能、成品率影响较大,但是对磷矿烧结矿品位、还原性能、熔滴性能影响不大;随着配碳量从5%增加到8%,烧结矿各项性能先改善后恶化,在配碳7%时获得最好烧结效果。随着酸度的增加烧结矿物理机械性能、成品率、磷品位以及熔滴性能均逐渐恶化;由于化学反应的发生而影响烧结矿物相组成。⑦煤粉固定碳含量对磷矿烧结矿物理机械性能影响较大,固定碳含量高时,配碳量较少便可获得较好物理机械性能的烧结矿;煤粉中灰分含量对磷矿烧结矿磷品位和熔滴性能有较大影响,灰分越大,相同配碳量下烧结矿磷品位越低,熔滴性能越差。⑧磷矿烧结矿在900℃还原时失重率很小,磷矿烧结矿还原粉化指数均在96%以上,抗还原粉化性能很好。⑨磷矿烧结矿主要物相为氟磷灰石(Ca5(PO4)3F)、钙镁黄长石(Ca2Mg Si2O7)以及Si O2。烧结过程中白云石(Ca Mg(CO3)2)和羟磷灰石(Ca5(PO4)3(OH))完全分解;磷矿烧结主要是靠半熔融态的氟磷灰石再结晶以及熔融的低熔点物质——钙镁黄长石(Ca2Mg Si2O7)冷却后结晶相互粘结成块。