CN103194594B

CN103194594B - 静态深度还原磁化铁矿石的工艺系统及利用该系统深度还原磁化铁矿石的方法

Info

Publication number: CN103194594B
Application number: CN201310138356.7A
Authority: CN
Inventors: 刘小银; 陈雯; 严小虎; 李家林; 陆晓苏; 彭泽友
Original assignee: Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd
Current assignee: Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2033-04-19
Also published as: CN103194594A

Abstract

本发明公开了一种静态深度还原磁化铁矿石的工艺系统，包括预焙烧装置、除尘系统和反应装置，预焙烧装置的出料口通向反应装置的反应腔，反应腔包括物料堆积反应区和物料余热利用区，物料余热利用区安装有换热组件。本发明的静态深度还原磁化铁矿石的方法包括以下步骤：先将铁矿石原料和还原剂破碎混匀；再将混合矿料送入预焙烧装置内预焙烧，使部分铁矿石原料发生还原磁化反应；再进入反应装置上部的物料堆积反应区，使高温矿料继续发生深度还原反应，继续进入到反应装置下部的物料余热利用区，通过热交换、冷却，完成静态深度还原处理。本发明具有高产能、低能耗、水耗小、低成本等优点。

Description

静态深度还原磁化铁矿石的工艺系统及利用该系统深度还原磁化铁矿石的方法

技术领域

本发明涉及一种矿石还原的工艺系统及方法，尤其涉及一种铁矿石还原磁化的工艺系统和方法。

背景技术

我国的铁矿资源较为丰富，查明资源储量达700亿吨以上，但多数品质较差，多为“贫”、“细”、“杂”矿；其中18%为赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和混合铁矿石，目前常用的选矿技术不能充分利用此类矿石，虽经多次强（弱）磁、浮选，铁精矿品位和回收率均难以提高，因此，此类矿石除少数矿区被开采利用外，多数矿区目前未进行开发利用。我国国民经济的快速发展，拉动了我国钢铁工业的持续高增长，由此带动了铁矿石消耗量的急剧增加，经济的发展迫切需要依靠技术进步最大限度地利用我国有限的铁矿资源，尤其是高效开发利用上述复杂难处理以及虽能利用但质量和利用率较低的铁矿资源，以提高我国自产铁矿资源的市场占有率。

目前，处理赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和其共生矿的最有效方法是先对此类矿石进行磁化焙烧，将矿石中弱磁性的Fe₂O₃、FeCO₃转化为强磁性的Fe₃O₄，然后进行弱磁选。现有的焙烧方法主要是：竖炉焙烧、回转窑焙烧、闪速炉焙烧、流态化炉焙烧和微波炉焙烧。竖炉焙烧用于处理15mm～75mm的块矿；由于原料粒度大，焙烧时间要求较长，且只适用于块矿，制约了其推广应用。回转窑焙烧用于处理0～25mm的矿石，矿石粒度虽比竖炉小，但要求焙烧时间在1h以上，且回转窑焙烧过程的操控难度较大。流态化炉焙烧用于处理0～3mm的矿石，焙烧效率较高，但其烟气处理难，焙烧能耗较高。闪速炉焙烧用于处理1mm以下的粉矿，能快速完成焙烧，由于物料在焙烧炉中反应时间短，可能造成焙烧不完全，对焙烧时间要求较长的矿石，不能采用此方法，且原矿需要制粉，增加了磨矿成本。微波炉焙烧用于处理0～3mm矿石，该方法能耗低、生产环境清洁，但由于需要采用二次能源、装置难以大型化等原因，目前未能在铁矿石这种产量大、附加值低的生产中使用。

开发一种节能环保、适应性更强、选矿产品质量更好的铁矿石选矿方法一直是本领域技术人员追求的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高效、高产能、低能耗、低成本、适用范围广、产品质量好的静态深度还原磁化铁矿石的工艺系统，以及利用该系统深度还原磁化铁矿石的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种静态深度还原磁化铁矿石的工艺系统，包括预焙烧装置和除尘系统，所述预焙烧装置的排气口与除尘系统相连，所述工艺系统另包括一反应装置，所述预焙烧装置的出料口通向反应装置的反应腔，所述反应装置包括物料堆积反应区和物料余热利用区（相互分隔开），物料余热利用区的外围安装有换热组件。

上述的工艺系统中，所述反应装置优选为一立式反应器，该立式反应器装设于预焙烧装置出料口的下方，所述物料堆积反应区设于立式反应器的上部，物料余热利用区设于立式反应器的下部。

上述的工艺系统中，所述物料余热利用区自上而下包含有多组换热组件；优选为3～6层换热组件，且各换热组件优选采用错位安装方式。

上述的工艺系统中，所述预焙烧装置优选采用回转窑。

上述的工艺系统中，所述换热组件优选为换热板或换热管，所述换热组件中的换热介质优选为空气和/或水。通过空气进行余热回收时，换热组件一端与鼓风机连通，另一端与预焙烧装置的二次风送风口连通。通过水进行余热回收时，换热组件一端与外部高位储水槽连通，另一端与外部的余热利用系统相连（构成水循环系统）。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述工艺系统静态深度还原磁化铁矿石的方法，包括以下步骤：

（1）破碎混料：将铁矿石原料和还原剂（还原剂优选为煤或焦炭）分别进行充分破碎；本发明可适用的铁矿石原料包括赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿及其共生矿等；根据矿石性质的不同，还原剂的配比量（还原剂与铁矿石的质量比）一般为0～15%，并使铁矿石原料与还原剂混合均匀；

（2）预焙烧：将步骤（1）所得到的混合矿料计量后送入所述工艺系统的预焙烧装置中，通过控制预焙烧时间（是指物料进入回转窑到从回转窑中流出的总时间），使混合矿料在预焙烧装置内加热至600℃～1000℃，使部分铁矿石原料发生还原磁化反应；预焙烧时间优选为30min～60min；

（3）静态深度还原：使步骤（2）所得到的高温矿料（≥600℃）流出预焙烧装置后，在重力作用下进入所述工艺系统的反应装置，在所述反应装置上部的物料堆积反应区，高温矿料继续发生深度还原反应，通过控制高温矿料在物料堆积反应区的堆积时间（30min～60min），直至矿料中90%以上的铁矿石原料被还原磁化；

（4）余热利用：使静态深度还原反应后的反应产物在重力作用下继续进入到所述反应装置下部物料余热利用区，通过与换热介质进行热交换，反应产物冷却至120℃～200℃，最后送出反应装置，完成静态深度还原处理。被加热的冷却介质，可用于余热发电或用于回转窑的助燃，实现了焙烧矿余热的充分利用。经静态深度还原处理后的物料可送入料仓堆存或送入水中，再进入选矿系统进行分选。

本发明上述方法的反应原理如下：

3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂-53.19KJ/mol

上述本发明的方法，所述步骤（1）中，优选的，铁矿石原料和还原剂进行充分破碎后的粒度在10mm以下。

上述的方法，所述步骤（2）中，优选的，发生还原磁化反应的部分铁矿石原料占混合矿料中铁矿石原料的20%～50%；所述步骤（3）中，优选的，反应产物中90%以上的铁矿石原料完成还原磁化反应。各步骤中具体的还原磁化反应时间可根据矿石性质进行调节，以提高反应产物的质量和工艺产能。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明的技术方案将动态的铁矿预焙烧系统和静态的还原焙烧及余热利用系统进行组合；

（2）本发明的工艺及设备可根据矿石性质调节预焙烧反应时间，使大部分的反应在所述反应装置内完成，更有利于大幅度提高预焙烧装置产能；

（3）本发明的工艺及设备可保证还原磁化反应的充分进行，大大提高反应产物的质量；

（4）本发明的工艺及设备可充分利用矿石焙烧后的余热资源；在本发明反应装置下部的余热利用区内错位安装的多层换热组件，可使反应产物得到充分冷却，有利于进一步降低工艺成本，节能降耗；

（5）本发明的工艺及设备可适用于各种难选铁矿石（例如赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿及其共生矿）的深度处理，以便将矿石中弱磁性的Fe₂O₃、FeCO₃充分转化为强磁性的Fe₃O₄。

总体而言，本发明的技术方案具有高效、高产能（单位容积产能大）、低能耗、低成本、适用范围广、产品质量好等优点，对于我国今后难选铁矿石资源的深度利用具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例中静态深度还原磁化铁矿石的工艺系统原理图，其中，实线表示矿粉流经路径，虚线表示气体流经路径。

图2为本发明实施例中立式反应器的结构示意图。

图例说明：

1、立式反应器；2、回转窑；3、鼓风机；4、矿石电子皮带秤；5、还原剂电子皮带秤；6、旋风除尘器；7、布袋除尘器；8、引风机；9、烟囱；10、除尘灰；11、焙烧矿；12、保温壳体；13、物料堆积反应区；14、过渡区；15、第一层换热组件；16、第二层换热组件；17、水冷外壳。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种如图1、图2所示的静态深度还原磁化铁矿石的工艺系统，包括预焙烧装置、反应装置、除尘系统以及附属的连接管道和阀门等，本实施例的预焙烧装置选用回转窑2，本实施例的反应装置选用立式反应器1，回转窑2的排气口与除尘系统相连，回转窑2的出料口通向立式反应器1的反应腔，立式反应器1装设于回转窑2的出料口下方。立式反应器1的反应腔包括相互分隔开的物料堆积反应区13和物料余热利用区。物料堆积反应区13设于立式反应器1的上部，物料余热利用区设于立式反应器1的下部。物料堆积反应区13的外围包覆有保温壳体12，物料余热利用区的内部错位安装有换热组件（参见图2），换热组件外包裹有水冷外壳17。本实施例的物料余热利用区被分隔成自上而下的多个板式换热组件（换热组件一般为换热管或换热板），例如最上层的第一层换热组件15、紧邻的第二层换热组件16等，换热组件中的换热介质为空气或水。本实施例中同时设置空气换热管和水换热管，通过空气进行换热的换热管一端与鼓风机3连通，另一端与回转窑2的二次风送风口连通。通过水进行换热的换热管与外部高位储水槽连通构成水循环系统，并与外部的余热利用系统装置相连。

另外，回转窑2上方的进料口处设有矿石电子皮带秤4和还原剂电子皮带秤5，以精确控制回转窑2的进料量。

与回转窑2排气口相连的除尘系统依次包括旋风除尘器6、布袋除尘器7、引风机8和烟囱9，回转窑2排出的烟气依次经旋风除尘器6、布袋除尘器7、引风机8和烟囱9除尘后外排，除尘灰10可在旋风除尘器6和布袋除尘器7底部收集。

实施例2：

如图1所示，一种用实施例1的工艺系统静态深度还原磁化铁矿石的方法，具体包括以下步骤：

（1）破碎混料：将某菱铁矿充分破碎至粒度10mm以下混合均匀（本实施例可以不外配还原剂）；

（2）预焙烧：将步骤（1）所得到的矿料经矿石电子皮带秤4计量后送入上述工艺系统的回转窑2（回转窑规格为φ4×45m）中，回转窑2的处理量为70t/h，控制矿料在回转窑中的预焙烧时间约为45min，矿料被回转窑2加热至750℃左右，使矿料中的部分铁矿石原料发生磁化反应，部分FeCO₃转变为Fe₃O₄。从回转窑2的窑头取样分析，经回转窑2流出的矿料，菱铁矿转化为磁铁矿的转化率为40%，预焙烧后高温矿料的温度为680℃；

（3）静态深度还原和余热利用：使步骤（2）所流出的温度680℃的高温矿料在重力作用下从回转窑2输送到立式反应器1内，并进入立式反应器1上部的物料堆积反应区13中，由于此时矿料温度较高，通过控制高温矿料在物料堆积反应区13的堆积时间，可使高温矿料继续发生深度磁化反应；根据从回转窑2流出的高温矿料的反应程度，本实施例确定的堆积反应时间为30min，使混合矿料中90%以上的铁矿石原料被磁化；再使深度反应后的反应产物在重力作用下经过渡区14，继续进入到立式反应器1下部的物料余热利用区，物料余热利用区错位布置有板状换热组件（可选择5层式），换热组件内可根据实际需要通入水或空气作为换热介质，高温物料在物料余热利用区内的流动被充分扰流，通过与换热介质进行热交换，使反应产物冷却至150℃，最后送出反应装置，完成静态深度磁化处理。

对静态深度磁化处理后的反应产物取样分析可知，菱铁矿转化为磁铁矿的转化率约为95%，物料余热利用区内通入的冷却空气被预热至300℃后，可作为煤粉燃烧的二次风送入回转窑2中用于回转窑2内燃烧的助燃。冷却后的焙烧矿11送入水中调浆，再送入选矿系统进行选矿，得到高品质的铁精矿。

同等规格的回转窑采用传统的磁化焙烧处理方法其处理量约为45t/h～50t/h、磁化率约85%，可见，相比传统方法，本发明方法的处理量和磁化率分别提高了40%和11.76%，能耗和水耗降低18%和20%。

实施例3：

（1）破碎混料：将某褐铁矿和无烟煤分别充分破碎至粒度10mm以下；

（2）预焙烧还原：将步骤（1）所得到的矿石、无烟煤原料经矿石电子皮带秤4和还原剂电子皮带秤5按矿石原料∶无烟煤=100∶10的质量比精确计量后送入上述工艺系统的回转窑2（回转窑规格为φ4×60m）中，回转窑2的处理量为60t/h，使矿石在回转窑2内预热至800℃左右，通过控制矿料在回转窑2中预焙烧时间约1h，使原料中的部分铁矿石发生还原磁化反应，部分Fe₂O₃被还原为Fe₃O₄，从回转窑2的窑头取样分析，经回转窑2流出的矿料，褐铁矿转化为磁铁矿的转化率约为35%，预焙烧后高温矿料的温度为700℃；

（3）静态深度还原和余热利用：步骤（2）所得到的温度为700℃的高温矿料（含未燃烬的还原剂）流出回转窑后，在重力作用下进入立式反应器1内，并进入立式反应器1上部的物料堆积反应区13中，根据从回转窑2流出的高温矿料的反应程度，本实施例确定的堆积反应时间为50min，使混合矿料中92%以上的铁矿石原料被还原磁化（未反应的Fe₂O₃被还原为Fe₃O₄）；再使深度还原反应后的反应产物在重力作用下经过渡区14，继续进入到立式反应器1下部的物料余热利用区，物料余热利用区错位布置有板状换热组件（可选择4层式），换热组件内可根据实际需要通入水或空气作为换热介质，高温物料在余热利用区内的流动被充分扰流，通过与换热介质进行热交换，使反应产物冷却至180℃，最后送出反应装置，完成静态深度还原处理。

对静态深度还原处理后的反应产物取样分析可知，褐铁矿转化为磁铁矿的转化率约为92%，物料余热利用区内通入的冷却空气被预热至300℃后，可作为煤粉燃烧的二次风送入回转窑2中用于回转窑2内燃烧的助燃。冷却后的焙烧矿可送入料仓堆存，再送入选矿系统进行选矿，得到高品质的铁精矿。

同等规格的回转窑采用传统的焙烧还原处理方法，要达到85%左右的磁化率，其处理量约为40t/h～45t/h，可见，相比传统方法，本发明方法的处理量和磁化率分别提高了35%和23%，能耗和水耗降低15%和20%。

Claims

1.一种静态深度还原磁化铁矿石的工艺系统，包括预焙烧装置和除尘系统，所述预焙烧装置的排气口与除尘系统相连，其特征在于：所述工艺系统另包括一反应装置，所述预焙烧装置的出料口通向反应装置的反应腔，所述反应腔包括物料堆积反应区和物料余热利用区，物料余热利用区安装有换热组件；

所述预焙烧装置为回转窑；所述反应装置为立式反应器；所述换热组件为换热板或换热管，所述物料余热利用区自上而下包含有3～6层错位安装的换热组件。

2.根据权利要求1所述的静态深度还原磁化铁矿石的工艺系统，其特征在于：该立式反应器装设于预焙烧装置的出料口下方，所述物料堆积反应区设于立式反应器的上部，物料余热利用区设于立式反应器的下部。

3.根据权利要求1或2所述的静态深度还原磁化铁矿石的工艺系统，其特征在于：所述换热组件中的换热介质为空气和/或水；通过空气进行换热的换热组件一端与鼓风机连通，另一端与预焙烧装置的二次风送风口连通；通过水进行换热的换热组件一端与外部储水槽连通，另一端与外部的余热利用系统相连。

4.一种利用权利要求1～3中任一项所述工艺系统静态深度还原磁化铁矿石的方法，包括以下步骤：

（1）破碎混匀：将铁矿石原料和还原剂进行充分破碎，然后在铁矿石原料中配入还原剂，还原剂的配比量不超过15%，并使铁矿石原料与还原剂混合均匀；

（2）预焙烧：将步骤（1）所得到的混合矿料送入所述工艺系统的预焙烧装置中，通过控制预焙烧时间使混合矿料在预焙烧装置内加热至600℃～1000℃，使部分铁矿石原料发生还原磁化反应；

（3）静态深度还原：步骤（2）所得到的高温矿料在重力作用下从预焙烧装置流入到所述工艺系统的反应装置内，并进入反应装置上部的物料堆积反应区，通过控制高温矿料在物料堆积反应区的堆积时间，使高温矿料继续发生深度还原反应，直至矿料中90%以上的铁矿石原料被还原磁化，完成静态深度还原处理；

（4）余热利用：静态深度还原反应后的产物在重力作用下继续进入到反应装置下部的物料余热利用区，通过与换热介质进行热交换，使反应产物冷却至120℃～200℃，最后送出反应装置，实现反应产物的余热回收。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，还原剂为煤或焦炭，铁矿石原料和还原剂分别进行充分破碎至粒度10mm以下。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，发生还原磁化反应的部分铁矿石原料占矿料中铁矿石原料的20%～50%；所述步骤（3）中，反应产物内完成还原磁化反应的铁矿石原料占混合矿料中铁矿石原料的90%以上。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，预焙烧时间控制在30min～60min。

8.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，从预焙烧装置流出的高温矿料的温度在600℃以上。