CN102628097A - 一种流化床还原磁化处理赤泥制备铁精粉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种流化床还原磁化处理赤泥制备铁精粉的方法。本发明采用高效循环流化床工艺对烘干并预热后的赤泥粉进行磁化还原焙烧，还原焙烧后的废气进入燃烧室燃烧，一部分燃烧后的废气经多级旋风预热器预热赤泥粉，另一部分燃烧后的废气兑入煤气发生炉煤气，调整煤气成分后进入循环流化床，通入流化床的混合煤气将赤泥中90%以上的Fe2O3还原至Fe3O4，离开流化床后的还原磁化赤泥进入冷却机冷却，冷却介质采用煤气发生炉产生的煤气，还原后的赤泥冷却后将其进行磁选分离，可获得品位61%~65%的铁精矿。本发明利用拜耳法赤泥制备铁精粉，铁元素的回收率大于90%，降低焙烧过程能耗，此外还保护环境。

Description

一种流化床还原磁化处理赤泥制备铁精粉的方法
技术领域
本发明涉及以循环流化床为主体设备，采用赤泥为主要原料，通过控制合适的还原温度和还原气氛，对还原产物进行磁选分离，进而制备铁精粉的技术方法。该工艺流程属于化工、冶金的材料制备领域。
背景技术
赤泥是一种不溶性残渣，从产生工艺上可分为烧结法、拜尔法和联合法，通常赤泥主要成分为Fe2O3，SiO2，A12O3和CaO等．烧结法和联合法排放赤泥的主要成分大致相同，其中含有大量的2CaO·SiO2等活性矿物组分，可以直接应用于建筑材料生产；拜尔法产生的赤泥是采用强碱NaOH对一水软铝石型和三水铝石型铝土矿进行浸出后的残渣，此类赤泥不存在2CaO·SiO2等活性成分，且含铁高，耐腐蚀性差，很难直接用于建材行业。
拜耳法赤泥中的铁含量可达32%~50%，从赤泥中回收铁是综合利用赤泥资源的首选考虑。从公开专利和发表论文来看，赤泥磁化焙烧采用两条路线。一条工艺路线是低温条件（约350℃~400℃）下，赤泥配入煤、炭、锯木屑、干蔗渣作固相还原介质，还原后的赤泥经磁选可回收铁。文献1（毕节学院学报，2009，27（4）：88）。另外一条工艺路线是中高温条件下（约950℃~1000℃），拜耳法赤泥配煤进行直接还原焙烧，焙烧产物在隔绝氧气的条件下冷却至室温，焙烧矿细磨后于磁选机中磁选，得到海绵铁。见文献2报道（金属矿山，2005，353（11）：20）。通过分析上述两种赤泥磁化焙烧+磁选工艺，发现还存在一定的局限性。赤泥在低温焙烧过程中反应动力学较差，所需反应时间较长，能源消耗大。第二种还原磁化焙烧，温度控制在950℃~1000℃时，生成金属铁的同时，非磁性物质也达到或接近熔点，形成的液态非磁性物质渣相会堵塞和粘结反应器，因此还原反应过程难以连续化进行。此外关于流化床发明专利（9211333.2）、（200710121616.4）和（201020570114.7）等主要采用流化床实现不同粒级铁精粉的还原，同样此类工艺也回收了焙烧尾气的显热，但发明专利（9211333.2）和（201020570114.7）没有对焙烧尾气中的潜热进行回收。发明专利（200410041935）公开一种循环流化床矿物还原焙烧装置及还原焙烧方法，矿石粉与煤粉从循环流化床下部加入，经预热的空气从底部进入流化床，焙烧后的高温尾气通过换热器与空气换热后，经布袋除尘后放空，同样也没有对焙烧尾气潜热回收，此外该工艺针对铁矿石进行磁化焙烧。
本发明是采用流化床工艺对赤泥进行磁化焙烧制备铁精粉，由于赤泥的磁化焙烧过程是耗能过程，整体工艺过程能量利用效率的高低将决定此工艺过程的经济性，现有工艺只利用了焙烧后尾气的显热部分，并没有充分利用尾气中的潜热（如尾气中的CO、H2等），此外回收显热的工艺也未能做到充分回收的效果。
发明内容
本发明的目的在于一种循环流化床还原磁化焙烧处理赤泥制备铁精粉的方法，此方法在于通过控制循环流化床内的温度和还原煤气的成分，将赤泥中的非磁性物质Fe2O3尽可能转变为磁性物质Fe4O3，然后对还原后的产物再进行磁选分离，通过磁选分离可以分离出磁性物质即铁精粉的工艺流程。此方法能够满足磁化处理赤泥的的要求，采用循环流化床法处理赤泥能实现赤泥中铁元素的有效回收。
本发明通过以下技术方案实现：一种流化床还原磁化处理赤泥制备铁精粉的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：                   
步骤1：赤泥原料进入烘干滚筒把水分烘干至3%以下，出烘干滚筒的赤泥，再依次进一级旋风预热器和二级旋风预热器进行预热，预热温度为750℃~900℃；
步骤2：经过二级旋风预热器预热后的赤泥进入循环流化床，赤泥粉在循环流化床反应管和循环流化床反应管副管与温度在600℃~700℃，成分要求N2在40%~60%，H2%/（H2%+H2O%）在6%~12%，CO%/（CO%+CO2%）在16%~22%的混合煤气循环反应，时间为25min~50min，得到磁化的赤泥粉，赤泥中95%以上的Fe2O3被还原气体还原至Fe3O4；
步骤3：:将上述步骤得到赤泥粉立即送至冷却器冷却，离开冷却器后的还原磁化赤泥块直接进入磁选分离机进行磁选分离，在磁场强度为5000 ~15000高斯条件下进行磁选，获得Al2O3小于3.5%，SiO2小于2.2%，品位61%~65%的铁精粉，同时还获得非磁性渣，非磁性渣可用于烧结法氧化铝流程中进行配料。
进一步，反应后含尘反应后废气通过旋风除尘器将煤气和粉尘分开，进入煤气燃烧室内燃烧的后产生废气总量的70%~80%依次经所述二级旋风预热器和一级旋风预热器预热从烘干滚筒出来的赤泥粉，其余废气总量的20%~30%兑入新产生的煤气发生炉煤气，分离出的细颗粒粉尘通过下口管道送入所述循环流化床反应管副管继续还原反应。
进一步，所述步骤3中的冷却器的冷却介质采用煤气发生炉产生的煤气，煤气和750℃~900℃的焙烧后的赤泥粉进行流化换热，焙烧后的赤泥粉温度降低到180℃~230℃，煤气发生炉煤气加热到680℃~850℃。
本发明的有益效果是：利用烘干滚筒和二级旋风筒预热器回收废气显热，利用燃烧室释放废气潜热，然后采用通过控制还原温度和煤气成分的手段，在循环流化床内将赤泥中的非磁性Fe2O3尽可能转变为磁性物质Fe4O3，然后对还原后的产物再进行磁选分离，通过磁选分离可以分离出磁性物质即铁精粉，剩余物质为非磁性渣相可循环用于生产氧化铝流程。该工艺过程降低磁化焙烧过程的能耗，提高经济性。
附图说明
图1为循环流化床还原磁化处理赤泥制备铁精粉方法的工艺流程图。
图中：
1．赤泥原料，2.烘干滚筒，3.一级旋风筒预热器， 4.二级旋风筒预热器，
5.循环流化床反应管， 6.循环流化床反应管副管，7.旋风除尘器，
8.煤气燃烧室， 9.煤气混合室， 10.冷却器， 11.磁选分离机，
12.铁精粉， 13.非磁性渣， 14.布袋除尘器， 15.引风机， 16.烟筒，
17.煤气发生炉， 18.空气鼓风机。
 
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
（1）赤泥原料首先进入烘干滚筒把水分烘干至3%以下，出烘干滚筒的赤泥，再依次进入一级旋风预热器和二级旋风预热器进行预热，预热温度为900℃；
（2）烘干滚筒的烘干废气来源于一级旋风预热器，一级旋风预热器的加热废气来源于二级旋风预热器，每一级旋风预热器顶部有一路出气口，用来排出此级旋风预热器的废气，并且一级旋风预热器固体物料进口与二级旋风预热器排气口相连，二级旋风预热器固体物料进口与煤气燃烧室出口废气管相连，煤气燃烧室的燃料来源是旋风除尘器顶部出口的煤气，采用空气鼓风机向煤气燃烧室鼓入助燃空气，煤气燃烧室的进气口、空气鼓风机和旋风除尘器顶部的出气口相连接的管路上分别安装气体阀门；；
（3）经过二级旋风预热器预热后的赤泥进入循环流化床，赤泥粉在循环流化床反应管和循环流化床反应管副管循环反应，赤泥粉在循环流化床反应管发生流化和还原反应，赤泥粉和煤气沿着循环流化床反应管上升，从连接管进入循环流化床反应管副管继续发生流化和还原反应，还原后的赤泥粉从循环流化床反应管副管下部连接管进入循环流化床反应管继续循环，另外循环流化床反应管副管上口排出含尘的反应后煤气，含尘反应后煤气通过管道进入旋风除尘器，旋风除尘器将煤气和粉尘分开，煤气通过旋风除尘器的上口管道进入煤气燃烧室燃烧，旋风除尘器分离出的细颗粒粉尘通过下口管道送入循环流化床反应管副管继续发生流化和还原反应；
（4）煤气燃烧室内燃烧后产生废气总量的70%~80%依次经二级旋风预热器和一级旋风预热器预热从烘干滚筒出来的赤泥粉，其余废气总量的20%~30%部分兑入新产生的煤气发生炉煤气，混合后的煤气温度在~700℃，混合煤气的成分要求N2在60%，H2%/（H2%+H2O%）在12%，CO%/（CO%+CO2%）在22%；
（5）从循环流化床反应副管下部排出焙烧后的赤泥粉温度为850℃~900℃，立即送至冷却器，冷却器的冷却介质采用煤气发生炉煤气，在冷却器内煤气发生炉煤气和850℃~900℃的焙烧后的赤泥粉进行流化换热，焙烧后的赤泥粉温度降低到180℃~230℃，煤气发生炉煤气加热到700℃；
（6）离开冷却器后的还原磁化赤泥块直接进入磁选分离机进行磁选分离，在磁场强度为8000高斯条件下进行磁选，可获得品位61%~63%的铁精粉，制得铁精粉的Al2O3小于3.5%，SiO2小于2.2%，同时还获得非磁性渣，非磁性渣可用于烧结法氧化铝流程中进行配料。
实施例2
（1）赤泥原料首先进入烘干滚筒把水分烘干至2%以下，出烘干滚筒的赤泥，再依次进入一级旋风预热器和二级旋风预热器进行预热，预热温度为800℃；
（2）烘干滚筒的烘干废气来源于一级旋风预热器，一级旋风预热器的加热废气来源于二级旋风预热器，每一级旋风预热器顶部有一路出气口，用来排出此级旋风预热器的废气，并且一级旋风预热器固体物料进口与二级旋风预热器排气口相连，二级旋风预热器固体物料进口与煤气燃烧室出口废气管相连，煤气燃烧室的燃料来源是旋风除尘器顶部出口的煤气，采用空气鼓风机向煤气燃烧室鼓入助燃空气，煤气燃烧室的进气口、空气鼓风机和旋风除尘器顶部的出气口相连接的管路上分别安装气体阀门；；
（3）经过二级旋风预热器预热后的赤泥进入循环流化床，赤泥粉在循环流化床反应管和循环流化床反应管副管循环反应，赤泥粉在循环流化床反应管发生流化和还原反应，赤泥粉和煤气沿着循环流化床反应管上升，从连接管进入循环流化床反应管副管继续发生流化和还原反应，还原后的赤泥粉从循环流化床反应管副管下部连接管进入循环流化床反应管继续循环，另外循环流化床反应管副管上口排出含尘的反应后煤气，含尘反应后煤气通过管道进入旋风除尘器，旋风除尘器将煤气和粉尘分开，煤气通过旋风除尘器的上口管道进入煤气燃烧室燃烧，旋风除尘器分离出的细颗粒粉尘通过下口管道送入循环流化床反应管副管继续发生流化和还原反应；
（4）煤气燃烧室内燃烧后产生废气总量的80%~90%依次经二级旋风预热器和一级旋风预热器预热从烘干滚筒出来的赤泥粉，其余废气总量的10%~20%部分兑入高炉煤气，混合后的煤气温度在700℃~750℃，混合煤气的成分要求N2在50%，H2%/（H2%+H2O%）在~8%，CO%/（CO%+CO2%）在20%；
（5）从循环流化床反应副管下部排出焙烧后的赤泥粉温度为900℃，立即送至冷却器，冷却器的冷却介质采用煤气发生炉煤气，在冷却器内高炉煤气和900℃的焙烧后的赤泥粉进行流化换热，焙烧后的赤泥粉温度降低到180℃~220℃，煤气发生炉煤气加热到700℃~750℃；
（6）离开冷却器后的还原磁化赤泥块直接进入磁选分离机进行磁选分离，在磁场强度为13000高斯条件下进行磁选，可获得品位64%~66%的铁精粉，制得铁精粉的Al2O3小于3.3%，SiO2小于2.0%，同时还获得非磁性渣，非磁性渣可用于烧结法氧化铝流程中进行配料。

Claims (3)

1.一种流化床还原磁化处理赤泥制备铁精粉的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：                   
步骤1：赤泥原料进入烘干滚筒把水分烘干至3%以下，出烘干滚筒的赤泥，再依次进一级旋风预热器和二级旋风预热器进行预热，预热温度为750℃~900℃；
步骤2：经过二级旋风预热器预热后的赤泥进入循环流化床，赤泥粉在循环流化床反应管和循环流化床反应管副管与温度在600℃~700℃，成分要求N2在40%~60%，H2%/（H2%+H2O%）在6%~12%，CO%/（CO%+CO2%）在16%~22%的混合煤气循环反应，时间为25min~50min，得到磁化的赤泥粉，赤泥中95%以上的Fe2O3被还原气体还原至Fe3O4；
步骤3：:将上述步骤得到赤泥粉立即送至冷却器冷却，离开冷却器后的还原磁化赤泥块直接进入磁选分离机进行磁选分离，在磁场强度为5000 ~15000高斯条件下进行磁选，获得Al2O3小于3.5%，SiO2小于2.2%，品位61%~65%的铁精粉，同时还获得非磁性渣，非磁性渣可用于烧结法氧化铝流程中进行配料。
2.根据权利要求1所述的流化床还原磁化处理赤泥制备铁精粉的方法，其特征在于，所述步骤2中，反应后含尘废气进入旋风除尘器将废气中的煤气和粉尘分开，煤气进入燃烧室内燃烧，燃烧后产生废气总量的70%~80%依次进入所述二级旋风预热器和一级旋风预热器预热从赤泥粉，其余废气总量的20%~30%兑入新产生的煤气发生炉煤气中；分离出的细颗粒粉尘通过下口管道送入所述循环流化床反应管副管继续还原反应。
3.根据权利要求1所述的流化床还原磁化处理赤泥制备铁精粉的方法，其特征在于，所述步骤3中的冷却器的冷却介质采用煤气发生炉产生的煤气，煤气和750℃~900℃的焙烧后的赤泥粉进行流化换热，焙烧后的赤泥粉温度降低到180℃~230℃，将煤气发生炉煤气加热到680℃~850℃。
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