我国髙磷鲕状赤铁矿资源储量丰富,但因其复杂的矿物组成,特殊的鲕粒结构和高的磷含量,传统物理选矿难以对其实现有效的经济开发和利用。本文以鄂西髙磷鲕状赤铁矿为原料,采用氢气还原-熔融分离工艺处理该矿石,不仅铁磷分离问题得到解决,同时其他硅铝脉石矿物也能得以有效去除。实验采用的鄂西髙磷鲕状赤铁矿粒度为120-160目,铁品位为56.27 wt.%,主要赋存于赤铁矿中,磷含量达0.65 wt.%,主要赋存于磷灰石中,矿石内部石英、绿泥石和磷灰石等脉石矿物与赤铁矿紧密嵌布形成同心环状的鲕粒结构。基于上述矿石的矿物学特征,利用HSC chemistry^?5.1软件对氢气与磷灰石在不同脉石体系下可能的化学反应进行了热力学计算,结果表明,氟磷灰石和羟磷灰石中的磷被氢气还原后较易以P₂的形式挥发,在Ca₅（PO₄）₃F-SiO₂-Al₂O₃和Ca₅（PO₄）₃OH-SiO₂-Al₂O₃体系中,当P_P2=100 Pa时,P₂生成反应的开始温度可分别降低至1350 K和1248 K。综合考虑到铁氧化物与磷灰石的选择性还原,选取还原温度为1073 K,将约200 g矿粉于旋转卧式电阻炉内通1 L/min的氢气还原5 h,矿粉金属化率可达至87.12%,还原后的矿粉表面变得稀疏多孔,同时还原前后髙磷鲕状赤铁矿的鲕状结构以及脉石元素的分布情况均未发生明显变化,其中磷仍以磷灰石的形式存在于还原矿粉中,这为后续渣铁分离实验中去除脉石矿物提供了有利条件。在渣铁熔融分离过程中,将约11-12 g氢气还原后的矿粉与适量的CaO和CaF₂混匀后,放入氧化铝坩埚,于感应炉中在1400-1600°C熔分,通过不断优化各熔分因素,得到最优的熔分条件为:熔分温度为1873 K,碱度为2,熔分时间为10 min,CaF₂添加量为4%和还原矿粉金属化率为85.91%,在此条件下,脱磷、铝和硅率分别为97.54%、99.94%和99.99%,铁中磷,铝和硅含量可分别降低至0.027 wt.%,0.004 wt.%和0.0013 wt.%,铁回收率达86.3%,可同时实现降磷、除杂和提铁。此外,在各熔分因素中,碱度较之于熔分时间和添加剂CaF₂对P的脱除作用更为显著,且由于硅铝脉石矿物与铁氧化物和CaO之间形成了较低熔点的化合物,所以Al和Si与P相比更容易脱除,而还原矿粉金属化率的提高会导致矿粉中未被还原的铁氧化物的含量减少,熔渣的氧化性和流动性有所降低,对脱磷不利。熔分后,将得到的铁块和渣块经镶样、磨样和抛光处理后,通过对含磷夹渣在渣铁两相中的SEM-EDS分析表明:在1873 K下,当碱度为1,熔分时间为8 min时,含磷夹渣以Fe₃（PO₄）₂为主,且铁中可发现少量溶解的[P],当碱度增至2,熔分时间增至10 min时,含磷夹渣为由明暗两部分构成的复合夹渣,深色区域为Fe₃（PO₄）₂相,浅色区域为FeO相,在上述熔分实验条件下,于还原矿粉中加入4%的CaF₂,含磷夹渣深色区域有所减小,逐渐转变成单一的FeO夹渣,因此含磷夹渣在铁块中的演变规律为Fe₂P+Fe₃（PO₄）₂→Fe₃（PO₄）₂→FeO。熔分后渣样物相主要由富磷相,富铁相和基体相组成,富磷相多呈不规则灰黑色多边形或椭圆状,粒径在5-10μm之间,其形成过程为在较高熔分温度和较长熔分时间内,渣中磷不断向2CaO·SiO₂颗粒表面扩散并最终形成了2CaO·SiO₂-3CaO·P₂O₅固溶体的富磷相。因此,本文在对髙磷鲕状赤铁矿的矿物学分析之上,探明了氢还原过程中磷矿物的反应行为,确定了熔分过程中适宜的渣铁分离条件,揭示了熔分条件对磷元素在各相间分布规律的影响,为髙磷鲕状赤铁矿的氢气还原-熔融分离工艺的进一步研究和综合利用提供了支持。