CN103589858A

CN103589858A - 一种高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法

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Publication number: CN103589858A
Application number: CN201310475049.8A
Authority: CN
Inventors: 王明华; 权芳民; 雷鹏飞; 展仁礼; 张志刚; 张彦荣; 王建平; 田改霞
Original assignee: Jiuquan Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Jiuquan Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2013-10-12
Filing date: 2013-10-12
Publication date: 2014-02-19

Abstract

本发明提供了一种高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法，包括如下工艺步骤：步骤1：将高硅难选铁矿石和增氧剂及炭块按100:20～40:15～30的比例配料后混均；步骤2：混匀后的物料送入还原设备中，在1050～1200℃下进行焙烧还原，还原时间控制为20～60min；步骤3：高温还原物料冷却后经磁滑轮干选，得到磁性物料和非磁性物料；磁性金属化物料进行磨矿和磁选，得到金属化铁粉。本发明通过在高硅难选铁矿石中配加增氧剂，可使还原时间由60～120min缩短到20～60min，提高产能20%以上；可使还原温度由1300℃以上降低到1050～1200℃，降低了直接还原的燃料消耗。

Description

一种高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法

技术领域

本发明属于有色冶金技术领域，涉及一种高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法。

背景技术

我国铁矿石的主要特点是“贫”、“细”、“杂”，平均铁品位32％左右，比世界平均品位低11个百分点，同时，矿石中含有大量的硅酸盐脉石矿物，且大量的矿物嵌布粒度在微米级别，为铁矿石的磨选工艺带来一定的困难，造成高硅难选铁矿石资源的利用率较低，甚至个别矿种没有得到有效利用。

高硅难选铁矿石中铁含量为28～35%、硅含量为20～48%，矿物嵌布粒度较细。采用常规的磁选工艺存在着铁精矿品位较低的问题，采用常规的磁化焙烧-磁选工艺也很难使硅含量得到较大下降，其它常规选矿工艺处置后同样都存在着选别指标和经济性差的问题。对于高硅难选铁矿石，目前大都通过直接还原工艺进行处理，根据其主要含有Fe₂O₃和Fe₃O₄的特点，以煤基高温焙烧方式通过Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe或Fe₃O₄→FeO→Fe的路径进行还原。

在用碳还原过程中，由于固体颗粒之间的不完全接触，固-固直接还原程度较小，其主要还原形式为碳气化后生成的CO与固体矿石之间发生的间接还原，但从铁氧化物和碳直接接触产生的CO含量有限，而且高硅难选铁矿石中铁氧化物含量较低，固定碳与铁氧化物还原反应生成的CO₂浓度较低，造成碳气化反应速度较低，从而使还原介质中CO浓度达不到55%以上，影响了铁矿石的还原过程。因此，通过传统的直接还原工艺需要较高的焙烧温度和较长的还原焙烧时间，使得常规直接还原方法成本较高、资源利用率低，同时存在产品硅含量较高的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法，以降低高硅难选铁矿石还原温度，缩短还原时间，降低产品硅含量。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法，包括如下工艺步骤：

步骤1：将高硅难选铁矿石和增氧剂及粒度为3～8mm的炭块按100:20～40:15～30的比例配料后混均；

步骤2：混匀后的物料送入还原设备中，在1050～1200℃下进行焙烧还原，还原时间控制为20～60min；

步骤3：高温还原物料冷却后经磁滑轮干选，得到磁性物料和非磁性物料；磁性金属化物料进行磨矿和磁选，磨矿粒度控制在-200目占80%以上，得到金属化铁粉。

进一步地，步骤1中，所述增氧剂为粒度为8～16mm的石灰石。

进一步地，步骤1中，所述炭块优选为兰炭炭块。

进一步地，将非磁性物料进行粒度分级，得到的生石灰块和炭块，供铁冶炼烧结工序使用。

一种2～8mm的高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法，包括如下工艺步骤：

步骤1中，将粒度为2～8mm的高硅难选铁矿石块矿和粒度为8～16mm石灰石及粒度为3～8mm的炭块按100:20～30:15～25的比例配料后混匀；

步骤2中，混匀后的物料送入还原设备中，在1050～1200℃下进行焙烧还原，还原时间控制为30～50min。

一种8～16mm高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法，包括如下工艺步骤：

步骤1中，将粒度为8～16mm的高硅难选铁矿石块矿和粒度为8～16mm石灰石及粒度为3～8mm的炭块按100:30～40:20～30的比例配料后混匀；

步骤2中，混匀后的物料送入还原设备中，在1050～1200℃下进行焙烧还原，还原时间控制为40～60min。

一种0～2mm的高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法，包括如下工艺步骤：

步骤1：将粒度为0～2mm的高硅难选铁矿石粉矿进行磨矿和强磁选富集，得到富集铁料，磨矿粒度控制在-200目占80%以上；

步骤2：将富集铁料、膨润土和硼砂按100:2.0～5.0:0.6～1.0的比例配料后混匀；

步骤3：步骤2混匀后的物料经润磨、造球、筛分、干燥后得到粒度为8～16mmmm的球团矿，将球团矿与粒度为8～16mm的石灰石及粒度为3～8mm的炭块按100:20～30:15～25比例配料后混匀；

步骤4：步骤3混匀后的物料送入还原设备中，在1050～1200℃下进行焙烧还原，还原时间控制为20～40min；

步骤5：高温还原物料冷却后进行干选，得到磁性物料和非磁性物料；磁性金属化物料进行磨矿和磁选，磨矿粒度控制为-200目占80%以上，得到金属化铁粉。

本发明的主要反应原理如下：

6Fe₂O₃(s)+C(s)→4Fe₃0₄(s)+CO₂(g) （1）

3Fe₂O₃(s)+C(s) →2Fe₃0₄(s)+CO(g) （2）

3Fe₂O₃(s)+CO(g)→2Fe₃0₄(s)+CO₂(g) （3）

Fe₃O₄(s)+CO(g)→3FeO(s)+CO₂(g) （4）

2FeO(s)+2C(s)→2Fe(s)+2CO(g) （5）

2FeO(s)+C(s)→2Fe(s)+CO₂(g) （6）

FeO(s)+ CO(g)→Fe(s)+CO₂(g) （7）

CaCO₃(s) →CaO(s)+CO₂(g) （8）

CO₂(g)+C(s)→2CO(g) （9）

针对铁氧化物直接还原过程受碳的气化反应控制的原理，为强化碳的气化反应速度，本发明采用了石灰石作为增氧剂，石灰石受热分解产生CO₂，CO₂与C反应产生了大量的CO，为FeO直接还原提供了充足的还原气体，使还原反应快速进行。同时，由于石灰石在900～1200℃可快速分解，此温度区间也是FeO转变为Fe温度点。FeO在900～1200℃获得了大量的还原气体CO，还原介质（指CO）浓度达到60%以上，使FeO的还原时间由60～120min缩短为20～60min，还原温度由1300℃以上降低到1050～1200℃（为了提高还原反应的速度和缩短反应时间，本发明选择了1050～1200℃这个温度范围，而未将最低反应温度设置在900℃），使高硅难选铁矿石直接还原的成本降低，产能提高。同时，针对高硅难选铁矿石中硅含量高、铁含量低的特点，采用增氧直接还原→磨矿→磁选工艺处置后，铁粉中硅的含量可降低到15%以下。

另外，本发明中石灰石（CaCO₃）受热分解产生的生石灰（CaO）可有效起到调碱脱硫的作用。调碱是指调整物料碱度，主要是调整CaO/SiO₂比，因为CaO(s)易于与SiO₂(s)结合，在还原过程中可使渣铁进行有效分离，使铁氧化物易于被还原；脱硫主要是指CaO在还原过程中与游离的S生成CaS，然后进入渣中，起到脱硫作用。

再次，本发明选用兰炭原因在于：（1）固定碳含量高，达到70%以上，通过C的气化反应能产生大量的CO。（2）价格便宜(约380元/吨)，可作为一种经济的还原剂，价格远低于焦炭，甚至低于大部分优质煤粉。

兰炭成分如下表所示：

灰分	挥发份	硫	固定碳
				9-13%	12-14%	0.2-0.35%	74-77%

本发明的有益效果在于：

1、通过在高硅难选铁矿石中配加增氧剂，可使还原时间由60～120min缩短到20～60min，提高产能20%以上；可使还原温度由1300℃以上降低到1050～1200℃，降低了直接还原的燃料消耗；

2、通过将高硅难选铁矿石进行增氧直接还原→磨矿→磁选处理后，硅含量可控制在15%以下；

3、本发明方法可将高硅难选铁矿石处理为铁品位80%以上和金属化率90%以上的铁粉。

具体实施方式

本发明所说的高硅难选矿其化学分析结果如下表所示：

成分

TFe

FeO

SiO₂

AI₂O₃

CaO

MgO

MnO

P

S

含量（%）

28～35

10～17

40～48

3～6

1～6

0.5～3

0.5～4

0.03～0.3

0.03～0.5

实施例1

步骤1：将粒度为2～8mm的高硅难选铁矿石块矿和粒度为8～16mm石灰石及粒度为3～8mm的炭块按100:20:20的比例配料后混匀；

步骤2：混匀后的物料送入回转窑中，在1150℃下进行焙烧还原，还原时间控制为40min；

步骤3：高温还原物料冷却后经磁滑轮干选，得到磁性物料和非磁性物料；磁性金属化物料进行磨矿和磁选，磨矿粒度控制在-200目占80%以上，得到金属化铁粉；非磁性物料进行粒度分级，得到的生石灰块和炭块，供铁冶炼烧结工序使用。

磁选后得到的金属化铁粉指标为： TFe：82.6%、MFe：91.0%。

实施例2

实施例2与实施例1的不同之处在于：

步骤1中，将粒度为2～8mm的高硅难选铁矿石块矿和粒度为8～16mm石灰石及粒度为3～8mm的炭块按100:25:15的比例配料后混匀；

步骤2中，混匀后的物料送入回转窑中，在1050℃下进行焙烧还原，还原时间控制为50min。

磁选后得到的金属化铁粉指标为： TFe：80.5%、MFe：90.5%。

实施例3

实施例3与实施例1的不同之处在于：

步骤1中，将粒度为2～8mm的高硅难选铁矿石块矿和粒度为8～16mm石灰石及粒度为3～8mm的炭块按100:30:25的比例配料后混匀；

步骤2中，混匀后的物料送入回转窑中，在1200℃下进行焙烧还原，还原时间控制为30min。

磁选后得到的金属化铁粉指标为： TFe：81.2%、MFe：91.6%。

实施例4

步骤1：将粒度为8～16mm的高硅难选铁矿石块矿和粒度为8～16mm石灰石及粒度为3～8mm的炭块按100:30:25的比例配料后混匀；

步骤2：混匀后的物料送入回转窑中，在1150℃下进行焙烧还原，还原时间控制为50min；

磁选后得到的金属化铁粉指标为： TFe：83.1%、MFe：92.2%。

实施例5

实施例5与实施例4的不同之处在于：

步骤1中，将粒度为8～16mm的高硅难选铁矿石块矿和粒度为8～16mm石灰石及粒度为3～8mm的炭块按100:35:30的比例配料后混匀；

步骤2中，混匀后的物料送入回转窑中，在1050℃下进行焙烧还原，还原时间控制为60min。

磁选后得到的金属化铁粉指标为： TFe：81.2%、MFe：91.1%。

实施例6

实施例6与实施例4的不同之处在于：

步骤1中，将粒度为8～16mm的高硅难选铁矿石块矿和粒度为8～16mm石灰石及粒度为3～8mm的炭块按100:40:20的比例配料后混匀；

步骤2中，混匀后的物料送入回转窑中，在1200℃下进行焙烧还原，还原时间控制为40min。

磁选后得到的金属化铁粉指标为： TFe：83.5%、MFe：92.1%。

实施例7

步骤2：将富集铁料、膨润土和硼砂按100:2.0:0.8的比例配料后混匀；

步骤3：步骤2混匀后的物料经润磨、造球、筛分、干燥后得到粒度为8～16mmmm的球团矿，将球团矿与粒度为8～16mm的石灰石及粒度为3～8mm的炭块按100:20:20比例配料后混匀；

步骤4：步骤3混匀后的物料送入回转窑中，在1150℃下进行焙烧还原，还原时间控制为30min；

磁选后得到的金属化铁粉指标为： TFe：81.2%、MFe：90.3%。

实施例8

实施例8与实施例7的不同之处在于：

步骤2中，将富集铁料、膨润土和硼砂按100:3.0:1.0的比例配料后混匀；

步骤3中，将球团矿与粒度为8～16mm的石灰石及粒度为3～8mm的炭块按100:25:15比例配料后混匀；

步骤4中，步骤3混匀后的物料送入回转窑中，在1050℃下进行焙烧还原，还原时间控制为40min。

磁选后得到的金属化铁粉指标为： TFe：80.1%、MFe：90.2%。

实施例9

实施例9与实施例7的不同之处在于：

步骤2中，将富集铁料、膨润土和硼砂按100:5.0:0.6的比例配料后混匀；

步骤3中，将球团矿与粒度为8～16mm的石灰石及粒度为3～8mm的炭块按100:30:25比例配料后混匀；

步骤4中，步骤3混匀后的物料送入回转窑中，在1200℃下进行焙烧还原，还原时间控制为20min。

磁选后得到的金属化铁粉指标为： TFe：80.3%、MFe：91.1%。

Claims

1. 一种高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

2. 根据权利要求1所述的一种高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法，其特征在于，步骤1中，所述增氧剂为粒度为8～16mm的石灰石。

3.根据权利要求2所述的一种高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

4.根据权利要求2所述的一种高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

5. 根据权利要求2所述的一种高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

6. 根据权利要求1所述的一种高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法，其特征在于，步骤1中，所述炭块优选为兰炭炭块。

7. 根据权利要求2所述的一种高硅难选铁矿石增氧直接还原的方法，其特征在于，步骤3中，将非磁性物料进行粒度分级，得到的生石灰块和炭块，供铁冶炼烧结工序使用。