CN103060504B

CN103060504B - 一种利用生物质焦制备海绵铁的方法

Info

Publication number: CN103060504B
Application number: CN201310027418.7A
Authority: CN
Inventors: 冯雅丽; 李浩然; 张士元; 王维大; 蔡震雷
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: CN103060504A

Abstract

本发明属于铁氧化物直接还原的矿物加工技术领域，涉及一种生物质焦的制备并将其应用于铁氧化物直接还原制备海绵铁的方法。主要工艺包括生物质焦的制备、生物质焦直接还原铁氧化物制备海绵铁、磨矿、弱磁选等步骤。其特征是：将玉米秸秆、松树锯末、树叶、废纸等生物质在设计设备中，450-650℃加热保温，得到生物质焦并收集焦油，废气循环利用，在1150-1250℃下将制得生物质焦作为还原剂直接还原铁氧化物制备海绵铁，海绵铁品位达到90%以上，回收率85%以上。该方法中生物质焦具有低N、低S的优点，且可减少CO₂排放量。对于锰、铬、钒等金属化合物该方法也具有较好效果。

Description

一种利用生物质焦制备海绵铁的方法

技术领域

本发明涉及一种生物质焦的制备及其用于直接还原铁氧化物生产海绵铁的方法，属于矿物加工技术领域。

背景技术

我国铁矿石总储量约为462. 32亿t（不包括台湾省），占世界总储量的17. 86%。我国铁矿石贫矿多、富矿少，矿石平均品位低，贫矿占总储量的97.5%；矿石类型复杂，氧化矿、多金属共生矿石及难选矿石多，且嵌布粒度细，几乎全部开采的矿石都需经选矿处理，而贫、细、杂的铁矿在选矿领域也存在很多技术难题，从而影响着冶金行业的原料使用。

目前，我国磁鉄矿的选矿工艺主要有阶段磨矿、细粒高梯度磁选、反浮选等工艺，对于细粒嵌布、与脉石结构关系复杂的磁鉄矿，采用上述工艺都存在选矿成本高、精矿品位和回收率不能双保等问题。褐铁矿由于受自然性质的制约，采用物理选矿方法铁精矿品位很难达到60. 00%，且难以获得较高的金属回收率，属于复杂难选的铁矿石之一。

针对此类贫、细、杂难选别的铁矿物，近几十年发展起来的磁化焙烧技术和直接还原技术可部分有效地解决精矿品位和回收率双保的问题，由于直接还原技术可直接生产铁精粉含量较高的铁精矿，可省去冶金行业的炼铁步骤，故对于后续冶金过程来说直接还原技术又优于磁化焙烧技术。但是，目前磁化焙烧技术和直接还原技术基本是煤基还原，这对我国乃至全球的化石燃料煤产生巨大的依赖，而化石燃料煤的不可再生性又直接影响着直接还原技术的发展。因此，寻找一种可再生资源替代化石燃料煤成为当前亟待解决的问题。

生物质作为唯一种可再生的碳中性碳源资源分布广、产量大，与传统化石能源相比具有巨大的经济、环保优势和社会效益。生物质资源通常具有可磨性差、体积密度小、能量密度低和水分含最高等缺陷，由此限制了其在工业中的直接利用。目前，大部分研究是在生物质的气化、发电等方面，对于生物质焦的制备及其作为还原剂的应用研究则较少。

发明内容

本发明的目的是制备生物质焦及其用于直接还原铁氧化物生产海绵铁，将可再生资源生物质转化为还原剂生物质焦，替代化石燃料煤，提高生物质的利用效率和能量密度，降低能耗和污染，同时减少温室效应，生物质焦生成的气体循环利用，节约能源，又可在铁氧化物还原中加以利用，节能的同时，强化还原气氛。

一种利用生物质焦制备海绵铁的方法，具体步骤如下：

（1）将生物质放于气体循环电炉中，升温至450-650℃，恒温保持30-70min，制得直接还原铁氧化物的生物质焦；生物质包括玉米秸秆、松树锯末、树叶、废纸等；

（2）将铁氧化物与生物质焦混合，其中生物质焦用量为铁氧化物的15-30wt%，生物质焦生产海绵铁的还原温度为1150-1250℃，保温时间40-70min，铁氧化物与生物质焦混合物中加入碳酸钙10-20wt%作为助熔剂，以降低还原温度并促进还原程度；铁氧化物包括硫酸烧渣、磁鉄矿、褐铁矿、镜铁矿等；

（3）将还原产品采用两段磨矿，一段磨矿细度为-0.074mm占70-80%，二段磨矿细度为-0.043mm占85-90%，两段磁选磁场强度均为70-100kA/m。

所述步骤（1）中用于生产生物质焦的生物质玉米秸秆、树叶、废纸破碎至3-5mm（长轴长度）以满足制备生物质焦的生物质的粒度要求。

步骤（1）中制备生物质焦所采用的气体循环电炉是由可翻转筛板1、加料口2、.进气口3、排气口4、炉膛5、炉身6、旋钮7、排料口8组成；由排料口排出的焦油，与玉米秸秆、松树锯末、树叶、废纸等生物质混合，由加料口进入炉膛，开始加热，生成的废气由排气口排出，循环利用，既可由进气口进入，加热生物质，又可通入流化床，作为还原剂和热源加热铁氧化物。形成的焦油经筛板流出排料口，再次与生物质混合碳化制成生物质焦；生物质在气体循环电炉中完成加热保温后，控制旋钮使可翻转筛板翻转，生成的生物质焦由排料口排出。

所述步骤（1）中收集制备生物质焦产生的焦油，混入下一批生物质中进行二次炭化，实现资源的充分利用。

所述步骤（1）中制备生物质焦产生的废气在炉内循环使用，也可在铁氧化物还原中利用，以降低能量损失，节约成本。

所述步骤（1）中制备的生物质焦产率22-32%，固定碳70-85%（高于烟煤），灰分0.8-2.0%，其质量优于烟煤，可与无烟煤媲美，且N、S含量低，空气污染小。

所述步骤（2）中生物质焦对铁氧化物的直接还原过程在隧道窑、回转窑、流化床、竖炉等设备中均可实现。

本发明将可再生资源生物质转化为还原剂生物质焦，替代化石燃料煤，提高生物质的利用效率和能量密度，降低能耗和污染，同时减少温室效应，生物质焦生成的气体循环利用，节约能源，又可在铁氧化物还原中加以利用，节能的同时，强化还原气氛。用生物质焦作为还原剂直接还原铁氧化物制备海绵铁，海绵铁品位达到90%以上，回收率85%以上。该方法中生物质焦具有低N、低S的优点，且可减少CO₂排放量。对于锰、铬、钒等金属化合物该方法也具有较好效果。

附图说明

图1是本发明制备生物质焦设备，气体循环电炉的示意图。1.可翻转筛板；2.加料口；3.进气口；4.排气口；5.炉膛；6.炉身；7.旋钮；8.排料口

图2是本发明生物质焦及海绵铁的工艺流程图。

具体实施方式

以下实例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明范围的限制。

具体操作方法：

实施例1

将玉米秸秆破碎至3-5mm置于自行设计的气体循环电炉中加热，升温至500℃，恒温保持50min，制得的生物质焦产率28%，固定碳70-85%，灰分1.2%。收集制备生物质焦产生的焦油，混入下一批破碎后的玉米秸秆中进行二次炭化，实现资源的充分利用；制备生物质焦产生的废气在炉内循环使用，以降低能量损失，节约成本。将铁品位为55%的硫酸烧渣与生物质焦混合，其中硫酸烧渣、生物质焦、助熔剂碳酸钙配比为20∶5∶4，混匀后放入隧道窑升温至1150℃，恒温保温70min，然后自然冷却。采用两段磨矿，一段磨矿细度为-0.074mm占70-80%，二段磨矿细度为-0.043mm占85-90%，两段磁选磁场强度均为90kA/m。磁选产品烘干后称量、化验，获得铁品位90.1%、回收率87.37%、含硫0.05%的精矿。

实施例2

将松树锯末置于自行设计的气体循环电炉中加热，升温至450℃，恒温保持70min，制得的生物质焦产率32%，固定碳70%，灰分2.0%。收集制备生物质焦产生的焦油，混入下一批松树锯末中进行二次炭化，实现资源的充分利用；制备生物质焦产生的废气在炉内循环使用，以降低能量损失，节约成本。将铁品位为37%的褐铁矿与生物质焦混合，其中褐铁矿、生物质焦、助熔剂碳酸钙配比为20∶6∶3，混匀后放入回转窑升温至1200℃，恒温保温50min，然后自然冷却。采用两段磨矿，一段磨矿细度为-0.074mm占70-80%，二段磨矿细度为-0.043mm占85-90%，两段磁选磁场强度均为70kA/m。磁选产品烘干后称量、化验，获得铁品位90.32%、回收率85.52%的精矿。

实施例3

将树叶破碎至3-5mm，置于自行设计的气体循环电炉中加热，升温至550℃，恒温保持40min，制得的生物质焦产率27.5%，固定碳80.6%，灰分0.94%。收集制备生物质焦产生的焦油，混入下一批破碎后的树叶中进行二次炭化，实现资源的充分利用；制备生物质焦产生的废气在炉内循环使用，以降低能量损失，节约成本。将铁品位为35%的镜铁矿与生物质焦混合，其中镜铁矿、生物质焦、助熔剂碳酸钙配比为20∶4∶3，混匀后放入流化床升温至1200℃，恒温保温55min，用制备生物质焦的废气作为还原气体，然后自然冷却。采用两段磨矿，一段磨矿细度为-0.074mm占70-80%，二段磨矿细度为-0.043mm占85-90%，两段磁选磁场强度均为100kA/m。磁选产品烘干后称量、化验，获得铁品位90.5%、回收率91.45%的精矿。

实施例4

将废纸破碎至3-5mm，置于自行设计的气体循环电炉中加热，升温至650℃，恒温保持30min，制得的生物质焦产率22%，固定碳85%，灰分0.8%。收集制备生物质焦产生的焦油，混入下一批破碎后的废纸中进行二次炭化，实现资源的充分利用；制备生物质焦产生的废气在炉内循环使用，以降低能量损失，节约成本。将铁品位为45%的磁鉄矿与生物质焦混合，其中磁鉄矿、生物质焦、助熔剂碳酸钙配比为20∶3∶2，混匀后放入竖炉升温至1250℃，恒温保温40min，然后自然冷却。采用两段磨矿，一段磨矿细度为-0.074mm占70-80%，二段磨矿细度为-0.043mm占85-90%，两段磁选磁场强度均为90kA/m。磁选产品烘干后称量、化验，获得铁品位91%、回收率88.98%的精矿。

Claims

1.一种利用生物质焦制备海绵铁的方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)将生物质放于气体循环电炉中，升温至450-650℃，恒温保持30-70min，制得直接还原铁氧化物的生物质焦；生物质为玉米秸秆、松树锯末、树叶、废纸；

(2)将铁氧化物与生物质焦混合，其中生物质焦用量为铁氧化物的15-30wt％，生物质焦生产海绵铁的还原温度为1150-1250℃，保温时间40-70min，铁氧化物与生物质焦混合物中加入碳酸钙10-20wt％作为助熔剂，以降低还原温度并促进还原程度；铁氧化物包括硫酸烧渣、磁鉄矿、褐铁矿、镜铁矿；

(3)将还原产品采用两段磨矿，一段磨矿细度为-0.074mm占70-80％，二段磨矿细度为-0.043mm占85-90％，两段磁选磁场强度均为70-100kA/m；

其中所述步骤(1)中制备生物质焦所采用的气体循环电炉是由可翻转筛板(1)、加料口(2)、进气口(3)、排气口(4)、炉膛(5)、炉身(6)、旋钮(7)、排料口(8)组成；由排料口排出的焦油，与玉米秸秆、松树锯末、树叶、废纸生物质混合，由加料口进入炉膛，开始加热，生成的废气由排气口排出，循环利用，既能由进气口进入，加热生物质，又能通入流化床，作为还原剂和热源加热铁氧化物；形成的焦油经筛板流出排料口，再次与生物质混合碳化制成生物质焦；生物质在气体循环电炉中完成加热保温后，控制旋钮使可翻转筛板翻转，生成的生物质焦由排料口排出。

2.根据权利要求1所述的用生物质焦制备海绵铁的方法，其特征在于所述步骤(1)中用于生产生物质焦的生物质玉米秸秆、树叶、废纸长轴长度破碎至3-5mm以满足制备生物质焦的生物质的粒度要求。

3.根据权利要求1所述的用生物质焦制备海绵铁的方法，其特征在于所述步骤(1)中收集制备生物质焦产生的焦油，混入下一批生物质中进行二次炭化，实现资源的充分利用。

4.根据权利要求1所述的用生物质焦制备海绵铁的方法，其特征在于所述步骤(1)中制备生物质焦产生的废气既能在炉内循环使用，也能在铁氧化物还原中利用，以降低能量损失，节约成本。

5.根据权利要求1所述的用生物质焦制备海绵铁的方法，其特征在于所述步骤(1)中制备的生物质焦产率22-32％，固定碳70-85％，灰分0.8-2.0％。