CN102409164A - 一种混合稀土矿防结块焙烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿石冶炼技术领域，具体涉及一种在混合稀土矿冶炼过程中防止矿粉结块，易于工业放大的焙烧方法。所述方法是通过在焙烧系统中加入研磨体与物料一同焙烧，从而防止物料结块，把将要发生烧结成团的团块迅速打碎，在矿石颗粒表面进行介质更新。本发明设计合理，易于操作，便于工业化放大。

Description

一种混合稀土矿防结块焙烧方法

技术领域

本发明属于矿石冶炼技术领域，具体地说，涉及一种混合稀土矿冶炼过程中防止矿粉结块，易于工业放大的焙烧方法。

背景技术

在我国炼铁炼钢工业中，冶炼前对矿石进行焙烧处理是最通行的。焙烧(roasting)是固体物料在高温不发生熔融的条件下进行的反应过程，可以有氧化、热解、还原、卤化等，通常用于焙烧无机化工和冶金工业。焙烧过程有加添加剂和不加添加剂两种类型。焙烧的目的在于除去矿石中的游离水、结晶水、CO₂和硫，能使坚硬的矿石变得疏松，在炼铁时提高了铁氧化物的还原性。

不加添加剂的焙烧，也称煅烧，按用途可分为：①分解矿石，如石灰石化学加工制成氧化钙，同时制得二氧化碳气体；②活化矿石，目的在于改变矿石结构，使其易于分解，例如：将高岭土焙烧脱水，使其结构疏松多孔，易于进一步加工生产氧化铝；③脱除杂质，如脱硫、脱除有机物和吸附水等；④晶型转化，如焙烧二氧化钛使其改变晶型，改善其使用性质。按生产工艺可分为烧胀法和烧结法两种。烧胀法是将原料加热至熔融温度，产生气体使其膨胀。烧结法通过加热使某些原料熔化，将整团颗粒黏结在一起。

加添加剂的焙烧所使用的添加剂可以是气体或固体，固体添加剂兼有助熔剂的作用，使物料熔点降低，以加快反应速度。按添加剂的不同有多种类型：1、氧化焙烧：粉碎后的固体原料在氧气中焙烧，使其中的有用成分转变成氧化物，同时除去易挥发的砷、锑、硒、碲等杂质。2、还原焙烧：在矿石或盐类中添加还原剂进行高温处理，常用的还原剂是碳。在制取高纯度产品时，可用氢气、一氧化碳或甲烷作为焙烧还原剂。3、氯化焙烧：在矿物或盐类中添加氯化剂进行高温处理，使物料中某些组分转变为气态或凝聚态的氧化物，从而同其他组分分离。氯化剂可用氯气或氯化物(如氯化钠、氯化钙等)。4、硫酸化焙烧：以二氧化硫为反应剂的焙烧过程，通常用于硫化物矿的焙烧，使金属硫化物氧化为易溶于水的硫酸盐。

目前在工业炼铁时存在一系列问题，矿石品位越来越贫，冶炼时矿石铁的生产率不高，在炉中熔化的铁渣不能随意排放，造成一定操作困难，更严重的是炼铁炉的炉壁上经常发生结块、结疤、结瘤的现象，使得炼铁炉内体积逐渐变小，生产受到很大影响。

从炼铁的过程分析，矿石进到炉内，受到热风的加热从顶部向下到炉底温度是逐渐增高的，一开始所行的状态，称之为初渣，根据研究结果发现，在初渣形成过程中矿物的矿相是变化的。研究工作者对炉内温度分布和相变情况进行研究发现，在冶炼各种生铁还原过程中，固相、塑料相及液化相区域有一个规律：在650℃以下为固相，650～850℃区域内会产生熔结。

650℃是一个分界线，方解石、石英石、磷石英、赤铁矿均由固态逐渐变为熔结态。在有Fe₂O₃存在的矿石中，200～300℃时Fe₂O₃矿粒就粘结起来，在炼铁过程中发生的结块结疤情况基本上已研究清楚。从混合稀土矿提取稀土元素，其工艺路线有不同。其中用Na₂CO₃作为介质对混合稀土矿进行氧化焙烧，进行了一系列实验工作，有的在小型实验中就自行烧结，有的不烧结。但当放大生产时回转窑中进行中试，发生了结块、结疤，使得生产无法正常操作。

为了防止焙烧时结块结疤，在焙烧过程中引入不断破碎的方法，即把将要发生烧结一块的团块迅速打碎，在矿石颗粒表面进行介质更新，同时令已结块的颗粒在外力的作用下予以破碎。破碎的方法有很多，如用力机械搅拌，在桨叶不断的搅动下，早已结块的颗粒被搅碎，但此方法不易扩大，难以进行工业化应用。

CN 101760625A具体公开了一种氰化置换金泥的预焙烧及湿法冶金工艺。将氰化置换金泥按以下设定温度程序焙烧，整个焙烧过程不断搅动金泥防止金泥结块：初次设定温度300-400℃焙烧1-1.5h，二次设定温度400-600℃焙烧1-1.5h，三次设定温度650-750℃焙烧至金泥颜色变为灰白色，自然冷却，焙烧即完成。在经预焙烧的金泥中加水至淹没金泥，送去酸浸继续湿法冶金。该发明技术方案需要在整个焙烧过程不断搅动金泥以防止金泥结块，不但操作起来不方便，而且效果也不能得到保证，不能彻底解决结块问题，存在隐患。

CN 1039847A涉及一种适合于矿物炼前处理的沸腾焙烧工艺及其设备，主要使燃料燃烧和精矿脱杂分别在两个不同的沸腾床层中进行，采用双层锥体沸腾焙烧炉型结构，控制一定的技术条件，使物料炉前不需进行配料作业，解决了细粒精矿在沸腾焙烧过程中大颗粒料的沉积及结块问题，从而提高焙烧脱杂效率和燃料利用率。该发明技术方案虽然在一定程度上能够解决焙烧过程中大颗粒料的沉积及结块问题，但需要改变焙烧炉型结构才能实现，不利于在现有设备的基础上进行改造。

总之，现有技术在解决矿石焙烧过程的结块结疤问题都存在一定的问题，如何在现有设备的基础上进行合理改造来较好地解决焙烧结块的问题，成为矿石冶炼技术领域需要迫切解决的问题。

发明内容

本发明针对现有矿石冶炼焙烧方法中存在的严重结块结疤问题，现有解决方法不适于工业化放大生产等一系列问题，提出了一种操作简便、设计合理、利于工业化生产的混合稀土矿防结块焙烧方法。

为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种混合稀土矿防结块焙烧方法，在焙烧系统中加入研磨体与物料一同焙烧。研磨体的作用就是使焙烧系统内的矿粉分散而不至于结块。由于管式炉等焙烧系统在马达带动下的转动而使研磨体发生由下向上的移动，而后研磨体在落下时对矿石进行冲击，再加上研磨体的摩擦，这两种作用使较大颗粒的矿粉磨细而保持分散状。

管式炉主要运用于冶金，玻璃，热处理，锂电正负极材料，新能源，磨具等行业测定材料在一定气氛条件下的专业设备。管式炉均系采用国际先进技术研制开发的高性能高节能的新型电炉，有单管、双管、卧式、可开启式、立式、单温区、双温区、三温区等多种管式炉型。主要应用于大专院校、科研院所、工矿企业等实验和小批量生产之用。具有安全可靠、操作简单、控温精度高、保温效果好、温度范围大、炉膛温度均匀性高、温区多、可选配气氛、抽真空炉型等。焙烧过程所用设备，按固体物料运动特性，可分为固定床、移动床和流动床几类；按其所用加热炉的形式可分为反射炉、多膛炉、管式炉、竖窑、回转窑、沸腾炉、施风炉等。

本发明所述研磨体为钢球和/或鹅卵石。所述研磨体的直径5～50mm，优选5～10mm，进一步优选6mm。本领域技术人员能够获知的其他可用作研磨体的材料皆可用于实施本发明，此处为优先选择而非限制。

本发明所述物料包括矿粉和碱性助剂。混合稀土矿主要包括氟碳铈矿和独居石。在一定条件下，碱性助剂可以将氟碳铈矿和独居石分解为稀土氧化物，矿物伴生的磷、硫以及氟等杂质元素，生成了易溶于水的NaF，Na₂SO₄以及Na₃PO₄等，便于后续水浸处理。此外，在冶金领域，根据不同的流程采用不同的助剂，可以有效改变介质的理化性质，如粘度和酸碱度等，利于提高收率。所述助剂优选Na₂CO₃和/或MgO。

所述矿粉与助剂质量比为1∶0.25～0.3。

本发明所述的焙烧温度至少650℃，优选650～850℃；焙烧时间至少1小时，优选3小时。

与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用了在焙烧系统中加入助剂和矿粉，在一定温度条件下加入研磨体，在焙烧过程中防止矿粉的结块。焙烧系统在马达带动下的转动而使研磨体发生由下向上的移动，而后研磨体在落下时则对矿粉进行冲击，并且由于研磨体的摩擦，这两种作用使较大颗粒的矿粉而磨细而保持分散状。本发明方案设计合理，易于操作，便于工业化放大。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的权利范围以权利要求书为准。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

将5g矿粉、1.5g MgO以及10个直径为5mm的钢球放入管式炉中，开动马达带动管式炉开始工作，在650℃的温度下焙烧3小时。

实施例2

将10g矿粉、2.5gNa₂CO₃以及4个直径为50mm的钢球放入管式炉中，开动马达带动管式炉开始工作，在700℃的温度下焙烧5小时。

实施例3

将5g矿粉、2g MgO以及8个直径为20mm的钢球放入管式炉中，开动马达带动管式炉开始工作，在850℃的温度下焙烧1小时。

实施例4

将5g矿粉、2gNa₂CO₃以及6个直径为6mm的钢球放入管式炉中，开动马达带动管式炉开始工作，在650℃的温度下焙烧3小时。

实施例5

将20g矿粉、6g Na₂CO₃以及10个直径为35mm的鹅卵石放入管式炉中，开动马达带动管式炉开始工作，在650℃的温度下焙烧3小时。

本发明还进行了等量物料以及相同操作条件加钢球与不加钢球的实施例与对比例，并对结果进行了对比。

本发明实施例

将5g矿粉、1.5g Na₂CO₃以及四个直径为10mm的钢球放入管式炉中，开动马达带动管式炉开始工作，在650℃的温度下焙烧3小时，取样观察物料状态。

对比例

将5g矿粉、1.5g Na₂CO₃放入管式炉中，开动马达带动管式炉开始工作，在650℃的温度下焙烧3小时，取样观察物料状态。

在加入等量物料以及相同操作条件下，本发明实施方式焙烧后的矿粉仍然处于分散状态，而对比例焙烧后的矿粉已经结块。在焙烧系统中加入研磨体后，研磨体在系统内的运动把将要发生烧结一块的团块迅速打碎，在矿石颗粒表面进行介质更新，同时令已结块的颗粒在外力的作用下给予破碎，因此焙烧后物料仍处于分散状态。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的焙烧方法，但本发明并不局限于上述焙烧方法，即不意味着本发明必须依赖上述焙烧方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种混合稀土矿防结块焙烧方法，其特征在于，在焙烧系统中加入研磨体与物料一同焙烧。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述研磨体为钢球和/或鹅卵石。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述研磨体的直径5～50mm，优选5～10mm，进一步优选6mm。

4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述物料包括矿粉和碱性助剂；所述碱性助剂Na₂CO₃和/或MgO。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述矿粉与助剂质量比为1∶0.25～0.4，优选1∶0.3。

6.如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述的焙烧温度至少650℃，优选650～850℃；焙烧时间至少1小时，优选3小时。