CN102618685B - 节能环保两磨一烧法铁矿无焦炼铁暨水泥熟料生产工艺 - Google Patents

Abstract

节能环保两磨一烧法铁矿无焦炼铁暨水泥熟料生产工艺：是将较难选的弱磁铁矿石，如褐铁矿等加无烟煤或烟煤、脱硫剂、催化剂等配料球磨，球磨后的物料加粘合剂压制成砖或瓦，再把成型后的砖块挂浆，送入炉中烘干、烧结、还原、冷却。冷却后的矿块，在氮气保护下细碎和风选，风选出的轻物料碳粉返回再利用，次轻物料是水泥熟料，剩余物经三级磁选，得到高纯铁粉、海绵铁。该工艺无废水、废渣排放，冶炼能耗是现有海绵铁生产能耗的1/5，矿石中加入脱硫剂，使尾气排放达到国家排放标准。如果水泥厂采用该工艺，不仅可在同等能耗的情况下生产水泥熟料，而且可以生产出国家急需的海绵铁、高级铁粉或铁块，缓解我国铁矿石进口压力，效益极好。

Description

节能环保两磨一烧法铁矿无焦炼铁暨水泥熟料生产工艺

技术领域：本发明属于冶金还原铁制备方法领域。具体地是用难选的弱磁性铁矿石，如褐铁矿、针铁矿等，以煤为还原剂生产海面铁、高纯铁粉、或将铁粉压制成铁块，尾渣用于生产水泥的方法。

背景技术：

目前我国铁矿的主要特点是“贫、细、杂”，平均铁品位32％，比世界平均品位低11％，已探明的铁矿资源储量380～410亿t，其中97％的铁矿石需要进行选矿处理。我国褐铁矿储量非常大，虽然含铁品位较高，但由于褐铁矿具有化学成分复杂、含铁量不稳定、水分含量变化大、在碎磨过程中容易过粉碎等特殊性质，属于极难选铁矿石，很难被开发利用。因此，开展褐铁矿石的高效选矿技术的研究，已凸显其重要性和紧迫性。

现有海绵铁生产工艺介绍：

目前我国最先进的海绵铁生产工艺，是将易选铁矿石粉碎、球磨、水选加磁选得到铁精矿粉，再将铁精矿粉加粘合剂压块成型，然后配煤装碳化硅罐中入炉高温还原，待矿块冷却后，出炉分离得到海绵铁，再将海绵铁破碎除杂后，二次配煤装碳化硅罐中，入炉高温还原，经粉碎处理后获得高纯铁粉。在此工艺中，将产生大量的废水和尾渣，因无法除理而造成环境污染。

而现有水泥生产工艺只生产水泥，没有综合利用原料中的有价元素，因此能耗高、效益低。

发明目的与内容

本发明的目的：是用含有赤铁、褐铁、磁性铁的难选铁矿石，在无需浮法水选和烧结的情况下，通过两磨一烧工艺，直接将矿石中的全铁成分，还原为海绵铁或纯铁粉，尾渣作为水泥熟料。实现无焦、节能炼铁，减少废水、废渣排放和资源综合回收利用。

本发明的内容：

具体工艺如下：用弱磁性难选铁矿石(如褐铁矿等)直接加煤、脱硫剂、催化剂等原料，按工艺配比粉碎球磨后(省掉了现有工艺的选矿环节)，加入粘合剂压块成型(如标准砖形)，然后放入浆池中挂浆，挂浆的目的是防止高温加热时互相粘连和还原铁氧化。将挂浆后的矿块砖，码放到炉车上送入反应炉中干燥、升温还原，并将烟气中的锌、镉等有价金属从用布袋回收。由于铁矿石和煤及催化剂、脱硫剂等原料是同时在球磨机中球磨的，它们粒度细、混料均匀，加之高压成型后，原料接触紧密，接触比表面积大，火焰直接燃烧矿块，所以还原所需温度低、还原速度快。还原后的矿块用氮气换热降温，换热后的热氮气，将返至烘干段用于烘干矿砖。

冷却后的矿砖经初碎后，送入雷蒙磨或球磨机中、在氮气保护下(防止铁粉氧化)细磨和风选，其中最轻的，尚未燃烧的碳粉被返回再次利用；次轻的物料作为水泥熟料；剩余物用三级磁选分离出高纯铁粉和海面铁。尾渣作为高档水泥熟料可直接生产水泥。上述提到的氮气，是由中小型分子筛制氮机生产的，它能耗低、效率高。另外制氮机所产生的富氧空气，将被送入还原炉助燃煤气，氮气则可以循环利用，因此补充量很少。

节能环保两磨一烧法铁矿无焦炼铁暨水泥熟料生产工艺，能耗低的原因有以下几点。

1：难选铁矿石和还原剂、脱硫剂等是在球磨机中一起磨碎到200-300目的细料，再经高压压制成型，成型后的矿块中，铁矿石和还原剂的接触面积大、密实、均匀，为低温快速还原铁创造了有利条件。

2：水泥厂烧制水泥熟料，因矿石粒度大、气孔率少，烧结时所需温度高、时间长，而本工艺生产的矿块，煤粉和氧化铁粉则接触面积大，加之在反应中水份蒸发，将产生大量气孔，增强了物料的透气性，所以反应速度快，烧结所需温度低，而且可以同时得到铁粉和高档水泥原料，比单纯生产水泥熟料节能。

3：现在最先进的海绵铁生产工艺，是把铁精矿粉加粘合剂压制成直径20公分，厚15公分的圆柱，煤粉加在圆柱外面，然后装到碳化硅还原罐中，再由炉车送到窑炉中还原的。还原过程是，高温火焰先加热碳化硅罐再传导加热碳粉，碳粉再传导加热铁矿粉圆柱，还原产出的一氧化碳气体，是由铁矿粉棒外面逐渐向铁矿粉圆柱内部还原，需加热28小时还原(其中高温还原时间11小时)。而本工艺是将铁矿石与煤等共同压制成厚6公分的矿块(标砖)，并将火焰直接烧矿块(弱还原气氛)，从入炉干燥到加热还原和冷却，所需时间仅为8小时，其中高温还原时间只需60分钟，所以能耗较低。

节能环保两磨一烧法铁矿无焦炼铁暨水泥熟料生产工艺，与现有炼铁工艺比具有以下优点

1：该工艺直接采用难选铁矿石生产单质铁，而不是用铁精粉生产，省去了选矿和焙烧环节，因此比现有工艺节能、环保。

2：该工艺为干法生产，除生活和部分设备用的及少量冷却水外，不产生废水排放。

3：该工艺生产后的尾渣是良好的水泥熟料，因此解决了目前炼铁工艺中大量尾矿和废渣无法处理，造成二次污染的问题。同时也减少了水泥生产中的能源消耗。

技术要点

1：需将原铁矿石和煤、脱硫剂、改良催化剂等配料经共同粉碎、球磨后压制成矿块。

2：为防止粘结和保护矿块表面铁氧化，矿块表面需做挂浆处理。

3：烧结还原后的矿块，应采用氮气冷却，粉碎时也要用氮气保护，防止铁粉被空气中氧气氧化，提高铁粉品质，同时氮气风选回收碳粉，可降低能耗。

4：用投资少、能耗低的分子筛制氮机，分离出空气中的氮气并加以循环利用，制氮机所产生的尾气为富氧空气，将用于高温燃烧段助燃，不仅节能，而且氮化物生成少，更加环保。

我国是世界上最大的产铁国，却也是铁资源匮乏国，大量已探明的褐铁矿和部分赤铁矿，因现在的选矿工艺不过关而无法开采，本工艺可以在不需要预先选矿的条件下，直接用煤把难选的铁矿石生产成海面铁、高级铁粉或铁块，不仅将缓解我国铁矿石进口压力。而且生产成本低，能耗仅为现有海面铁生产工艺的1/5，无废水，废渣排放，特别是生产中产生的尾渣可作为高档水泥原料，减少了水泥生产所需的能源和资源消耗，利国利民。

具体实施方式：

方案1：用褐铁矿(含量TFe39％)直接加烟煤(固定碳含量大于57％，挥发分含量29％)、脱硫剂碳酸钙1.5％、催化剂白云石2％，按工艺配比(铁矿石与烟煤重量比1∶0.2)、粉碎球磨后(省掉了现有工艺的选矿环节)，再将上述原料加粘合剂皂土2％压块成型(如标准砖)，然后放入浆池中挂浆(挂浆原料煤矸石磨成粉)，挂浆的目的是防止高温加热时互相粘连和还原铁氧化。将挂浆后的矿块砖，码放到炉车上送入反应炉中干燥、升温还原高温1150℃，20分钟，并将烟气中的锌、镉等有价金属从用布袋回收。由于铁矿石和煤及催化剂、脱硫剂等原料是同时在球磨机中球磨的，它们粒度细(0.04mm)，接触比表面积大、混料均匀，加之高压成型接触紧密，火焰直接烧矿块，所以还原所需温度低、还原速度快。还原后的矿块用氮气换热降温，换热后的热氮气将返至烘干段用于烘干矿砖。

冷却后的矿块经初碎后，送入雷蒙磨或球磨机中、在氮气保护下(防止铁粉氧化)细磨和风选，其中最轻的尚未燃烧的碳粉被返回再次利用，次轻的物料作为水泥熟料，剩余物用三级磁选分离出高纯铁粉和海面铁金属化率94％。尾渣是高档水泥熟料可直接生产水泥。原料含硫0.2％加脱硫剂后脱硫率92％。

方案2：用难选赤铁与褐铁混合矿石(含量TFe41.2％)直接加无烟煤(固定碳含量78％，挥发分含量16％)、脱硫剂碳酸钙1.5％、催化剂白云石2％等原料，按工艺配比(铁矿石与烟煤重量比1∶0.15)、粉碎球磨后(省掉了现有工艺的选矿环节)，再将上述原料加粘合剂皂土2％压块成型(如标准砖)，然后放入浆池中挂浆，挂浆的目的是防止高温加热时互相粘连和还原铁氧化。将挂浆后的矿块砖，码放到炉车上送入反应炉中干燥、升温还原高温1050℃，30分钟，冷却后的矿块经初碎后，送入雷蒙磨或球磨机中、在氮气保护下(防止铁粉氧化)细磨和风选，其中最轻的尚未燃烧的碳粉被返回再次利用，次轻的物料作为水泥熟料，剩余物用三级磁选分离出高纯铁粉和海面铁金属化率96％。尾渣是高档水泥熟料可直接生产水泥。原料含硫0.18％加脱硫剂后脱硫率95％。

附图说明：附图是工艺流程图。

Claims (12)

1.铁矿两磨一烧法炼铁暨水泥熟料生产方法，其特征在于：具体流程为：将弱磁铁矿石加煤、催化剂、脱硫剂经球磨制粉，将混合料加粘合剂搅拌均匀后压制成型，成型后的矿块经挂浆、烘干、烧结、还原、冷却工序成为还原矿块，将还原好的矿块压碎后，送入球磨机在氮气保护下球磨、风选，风选出的轻物质碳粉返回原料煤仓循环利用，次轻物质作为水泥熟料，重物质送入磁选机经三级磁选后，得到不同等级的铁粉、海绵铁和水泥熟料；所述的挂浆是指由耐火度大于1250℃的耐火粘土原料，经磨细加水搅拌成泥浆，矿块从泥浆中沾过。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述弱磁铁矿石是褐铁矿、针铁矿或赤铁矿。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：所述弱磁铁矿石的全铁含量大于30％。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述煤是无烟煤或烟煤，实现了无焦炼铁。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述脱硫剂是石灰石或白云石。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述的催化剂是钾、钙、镁、钡、钠、锂金属离子中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于：粘合剂为石灰、废纸浆、膨润土、水玻璃、淀粉、糊精、腐植酸、甲基纤维素中的一种或几种配合。

8.根据权利要求1所述方法，其特征在于：挂浆厚度为1-3mm；挂浆的目的：一是防止矿块高温还原时相互粘结，二是防止矿块氧化；耐火度大于1250℃的耐火粘土原料有煤矸石、膨润土、红粘土、铝土矿、陶瓷粘土、高岭土、皂石、叶腊石、蒙脱石、伊利石。

9.根据权利要求1所述方法，其特征在于：氮气是由中小型分子筛制氮机生产的，制氮机排出的富氧空气，被送到高温换热器中换热，换热后的高温富氧空气参与高温燃烧。

10.根据权利要求1所述方法，其特征在于：原料的压制成型，可以是任意形状，还原炉选回转窑、竖炉、隧道窑的一种。

11.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在烘干过程中所分离出的水，将被用于采暖，采暖后的水被送回挂浆池或稀释粘合剂，从而节约了用水，杜绝了污水排放。

12.根据权利要求1所述方法，其特征在于：磁选过程分三级，第一级磁选磁场强度为57KA/m，选出物被送到第二级磁选，剩余尾渣是水泥熟料；第二级磁选强度为44KA/m，选出的物料被送到第三级磁选，尾渣返回球磨机中重新破碎风选，第三级磁选强度30KA/m，选出物为铁粉，剩余物为海绵铁。