CN103643029B - 一种高铁铝土矿含碳热压块竖炉还原铁铝分离方法 - Google Patents
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Abstract
一种高铁铝土矿含碳热压块竖炉还原铁铝分离方法，其特征是先制作出高铁铝土矿热压块，然后将其从竖炉顶部装入竖炉，同时向竖炉中部喷入还原气体进行固态还原，还原气中CO+H2体积占气体总体积比不小于85%，还原温度为1100～1350℃，还原时间不小于90min。采用此方法生产效率高、能耗低，同时热压块可以处理任何粒级的高铁铝土矿，原料适应性强。
Description
技术领域
本发明属于冶金资源综合利用技术领域，具体涉及一种高铁铝土矿含碳热压块竖炉还原铁铝分离的方法。
背景技术
高铁铝土矿是指分布于泥盆系、石炭系碳酸盐岩风壳中红土形铝矿床。主要特点是高铁、高铝和低硅。除极少部分矿石中氧化铁含量低于5%以外，大部分矿石中氧化铁含量在5%～37%之间，最高可达58.1%，属易磨、易溶的高品位铝土矿。铁矿物与铝矿物嵌布关系复杂，针铁矿中存在大量铝的类质同象置换现象。在我国主要分在在广西贵港市、横县和宾阳、福建漳浦、海南蓬莱、台湾大屯山，仅广西境内储量超过2亿吨，是我国目前已知规模最大的高铁三水铝石型铝土矿矿床。矿石矿物主要为三水铝石、针铁矿、赤铁矿和高岭石，前三者为主要有用矿物，占总量的85%～90%。还有少量锐钛矿、硬水铝石、伊利石等。
矿石主要化学成分为A12O3、Fe2O3、SiO2和H2O，四者含量约占组分总量的95%。A12O3含量20%～37%，Fe2O3含量多在20%左右（Fe含量约为14%），最高可达40%～50%（Fe含量在28%～35%），SiO2含量4%～12%，A/S较低，一般在2.6～5.4之间，伴生有钒、镓等有价金属。有害杂质除磷稍高于炼钢要求外，其他如有机碳、CaO、MgO、As、S、Pb、Zn、Sn等均低于氧化铝及炼钢用矿石的允许含量。
国内外针对高铁铝土矿的综合利用研究已进行了多年，到目前为止。先后出现了铁铝分选法、先铝后铁法、先铁后铝法。其中铁铝分选法由于高铁铝土矿中铁铝嵌布胶合、密切共生，因而难以用普通物理选矿方法实现铁铝分离；先铝后铁法也叫做先浸后冶法，先将矿石中的易于浸出的三水铝石浸出，再对富铁后的赤泥进行冶炼，但该方法不仅Al2O3浸出率低，而且碱耗高，同时碱的加入和残留给赤泥的高炉炼铁带来了一定难度，先铝后铁不能很好的解决高铁铝土矿的开发利用问题；先铁后铝方法包括金属化预还原-电炉熔分-浸出方法、烧结-高炉冶炼-氧化铝提取等工艺，但前者采用回转窑-电炉熔分流程，能耗高，污染大；后者铝土矿烧结困难、高炉冶炼焦炭消耗高、操作复杂。到目前为止，这些高铁铝土矿研究利用工艺均未见工业化应用和实施。所以，目前高铁铝土矿这种含有铁、铝等有价金属的复合资源仍然未能得到有效开发利用。
近年来，我国的铁矿石和铝土矿进口量的不仅急剧增加，而且价格逐年上涨，吃掉了冶金行业的大部分利润。如何有效开发利用高铁铝土矿资源，缓解我国铁矿资源和铝矿资源的日益短缺状况，已成为一个重要的课题。因此，开发一种新的高铁铝土矿铁铝选分工艺对于我国钢铁工业和铝工业都具有重要的战略意义。
发明内容
针对以上问题，本发明公开了一种高铁铝土矿含碳热压块竖炉固态还原铁铝分离方法。所实现的方法具体包括以下步骤：
（1）将高铁铝土矿原矿破碎成粒度不大于0.15mm的粉体料，再将烟煤粉碎成粒度不大于0.15mm粉体物料，其中要求高铁铝土矿原矿中，全铁含量不低于15%，Al2O3含量不低于20%。
（2）对高铁铝土矿原矿的粉体物料加热脱水，其中脱水温度为600～700℃，将烟煤煤粉和熔剂分别加热至200℃，将加热后的三种物料按一定比例均匀混合，然后进行热压，制成高铁铝土矿热压块，这里所说的物料比例中烟煤质量比为20%～40%，熔剂质量比为0%～10%，其余成分为原矿粉体物料，其中烟煤中固定碳含量不低于50%，灰分不高于15%，挥发分不低于20%，烟煤煤粉和熔剂的粒度均不大于0.15mm；这里所使用熔剂为含有CaO、CaF2、MgO、Li2CO3等多种熔剂中的一种熔剂，其中要求单种熔剂中，其有效熔剂含量不低于90%。例如CaO熔剂中，其CaO含量应不低于90%；Li2CO3熔剂中，其Li2CO3含量应不低于90%，此处使用熔剂能有效提高铁、铝的收得率，其中使用Li2CO3作熔剂时，可提高铁和铝的收得率达5.0%以上，但会略微增加生产成本。
（3）将高铁铝土矿热压块从竖炉顶部装入竖炉进行固态还原，同时向竖炉中部喷入还原气体，还原气中CO+H2体积占气体总体积比不小于85%，还原气体向竖炉上部行走，还原温度为1100～1350℃，还原时间不小于90min；
（4）将还原后的高铁铝土矿热压块物料取出进行快速冷却，冷却方式为密闭容器埋煤空冷或者将还原物料放入水中水淬；
（5）将冷却后物料通过磨矿设备进行湿式磨矿，磨矿至粒度不大于0.074mm；
（6）将磨矿后物料首先通过磁选设备进行湿式强磁选，磁场强度不小于400mT，得到一阶磁性物和一阶非磁性物，再对一阶磁性物进行湿式弱磁选，磁场强度约为50mT，得到二阶磁性物还原铁和二阶非磁性物，二阶非磁性物为含铁量稍高的富氧化铝料，一阶非磁性物为基本不含铁的富氧化铝料，还原铁可用于钢铁生产，富氧化铝料可用于铝工业生产。
本项发明的优点在于：采用竖炉固态还原，生产效率高、能耗低，同时热压块可以处理任何粒级的高铁铝土矿，原料适应性强，并且可以选择性使用多种熔剂中的一种熔剂或者不使用熔剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点会在描述中更为清楚，但这些实施例仅是范例性质的，并不对本发明的范围构成任何限制。
实施例1
某高铁铝土矿TFe含量为34.68%，Al2O3的含量为23.85%，热压用煤采用烟煤，其固定碳含量为50.94%。高铁铝土矿和烟煤成分分别列于表1与表2。
表1高铁铝土矿的化学成分
表2实验用烟煤的工业分析
实施步骤如下：
（1）采用粉碎机将高铁铝土矿破碎成粒度不大于0.15mm的粉体物料，同时将烟煤粉碎成粒度不大于0.15mm粉体物料。
（2）将高铁铝土矿矿粉、烟煤煤粉分别加热，其中高铁铝土矿矿粉加热至700℃，烟煤煤粉加热至约为200℃，将加热后的两种颗粒粉末按一定比例混合均匀，其中烟煤煤粉质量占总质量的25%，将混匀后的物料进行热压，制成高铁铝土矿热压块。
（3）将制备好的高铁铝矿热压块从炉顶放入竖炉，并与上升的热气流进行热交换，同时进行固态还原，维持竖炉中段气流中CO+H2的体积比不小于85%，同时控制其还原温度为1350℃，还原时间为90min。
（4）将还原后的高铁铝土矿物料从竖炉底部排出，迅速放入盛有冷却水的容器中进行水淬。
（5）将冷却后的混合料通过球磨机进行湿式细磨，控制磨矿后产品的粒度不大于0.074mm。
（6）将细磨好的物料首先进行湿式强磁选，磁场强度为400mT，获得一阶磁性物和一阶非磁性物；将一阶磁性物再次进行湿式弱磁选，磁场强度为50mT，得到二阶磁性物和二阶非磁性物，二阶磁性物即为还原铁，一阶非磁性物即为富氧化铝料。
上述方法获得还原铁品位为82.3%，金属化率为91.04%，富氧化铝料中Al2O3的含量为51.32%，铁的回收率为87.24%，Al2O3的回收率为89.58%。
实施例2
采用实施例1中的高铁铝土矿矿粉和烟煤煤粉，同时在实施例1的基础上添加Li2CO3熔剂，其Li2CO3含量不低于98.00%，粉末粒度小于0.074mm。
实施步骤如下：
（1）采用粉碎机将高铁铝土矿破碎成粒度不大于0.15mm的粉状颗粒，同时将烟煤粉碎成粒度不大于0.15mm粉状颗粒。
（2）将高铁铝土矿矿粉、烟煤煤粉以及Li2CO3粉末分别加热，其中高铁铝土矿矿粉加热至700℃，烟煤煤粉以及Li2CO3粉末加热至约为200℃，将加热后的三种颗粒粉末按一定比例混合均匀，其中烟煤煤粉占总质量的25%，Li2CO3粉末占总质量的4%，将混匀后的物料进行热压，制成高铁铝土矿热压块。
（3）将制备好的高铁铝矿热压块从炉顶放入竖炉，并与上升的热气流进行热交换，同时进行固态还原，维持竖炉中段气流中CO+H2的体积比不小于85%，同时控制其还原温度为1350℃，还原时间为90min。
（4）将还原后的高铁铝土矿物料从竖炉底部排出，迅速放入盛有冷却水的容器中进行水淬。
（5）将冷却后的混合料通过球磨机进行湿式细磨，控制磨矿后产品的粒度不大于0.074mm。
（6）将细磨好的物料首先进行湿式强磁选，磁场强度为400mT，获得一阶磁性物和一阶非磁性物；将一阶磁性物再次进行湿式弱磁选，磁场强度为50mT，得到二阶磁性物和二阶非磁性物，二阶磁性物即为还原铁，一阶非磁性物即为富氧化铝料。
上述方法获得获得还原铁品位为93.36%，金属化率为93.41%，富氧化铝料中Al2O3的含量为55.21%，铁的回收率为96.21%，Al2O3的回收率为97.64%。
实施例3
采用实施例1中的高铁铝土矿矿粉和烟煤煤粉，同时在实施例1的基础上添加CaF2熔剂，所用CaF2熔剂为纯化学试剂，其CaF2含量不低于98.50%，粉末粒度小于0.074mm。
实施步骤如下：
（1）采用粉碎机将高铁铝土矿破碎成粒度不大于0.15mm的粉状颗粒，同时将烟煤粉碎成粒度不大于0.15mm粉状颗粒。
（2）将高铁铝土矿矿粉、烟煤煤粉以及CaF2粉末分别加热，其中高铁铝土矿矿粉加热至700℃，烟煤煤粉以及CaF2粉末加热至约为200℃，将加热后的三种颗粒粉末按一定比例混合均匀，其中烟煤煤粉占总质量的25%，CaF2粉末占总质量的8%，将混匀后的物料进行热压，制成高铁铝土矿热压块。
（3）将制备好的高铁铝矿热压块从炉顶放入竖炉，并与上升的热气流进行热交换，同时进行固态还原，维持竖炉中段气流中CO+H2的体积比不小于85%，同时控制其还原温度为1350℃，还原时间为90min。
（4）将还原后的高铁铝土矿物料从竖炉底部排出，迅速放入盛有冷却水的容器中进行水淬。
（5）将冷却后的混合料通过球磨机进行湿式细磨，控制磨矿后产品的粒度不大于0.074mm。
（6）将细磨好的物料首先进行湿式强磁选，磁场强度为400mT，获得一阶磁性物和一阶非磁性物；将一阶磁性物再次进行湿式弱磁选，磁场强度为50mT，得到二阶磁性物和二阶非磁性物，二阶磁性物即为还原铁，一阶非磁性物即为富氧化铝料。
上述方法获得获得还原铁品位为93.12%，金属化率为92.89%，富氧化铝料中Al2O3的含量为55.07%，铁的回收率为95.86%，Al2O3的回收率为97.02%。
Claims (2)
1.一种高铁铝土矿含碳热压块竖炉还原铁铝分离方法，其特征是所实现的方法具体包括以下步骤：
(1)将高铁铝土矿原矿破碎成粒度不大于0.15mm的粉体料，再将烟煤粉碎成粒度不大于0.15mm粉体物料，其中要求高铁铝土矿原矿中，全铁含量不低于15％，Al2O3含量不低于20％；
(2)对高铁铝土矿原矿的粉体物料加热脱水，其中脱水温度为600～700℃，将烟煤煤粉和熔剂分别加热至200℃，将加热后的三种物料按比例均匀混合后进行热压，制成高铁铝土矿热压块，这里所说的物料比例中烟煤质量比为20％～40％，熔剂质量比为0％～10％，其余为原矿粉体物料，其中烟煤中固定碳含量不低于50％，灰分不高于15％，挥发分不低于20％，烟煤煤粉和熔剂的粒度均不大于0.15mm；
(3)将高铁铝土矿热压块从竖炉顶部装入竖炉进行固态还原，同时向竖炉中部喷入还原气体，还原气中CO+H2体积占气体总体积比不小于85％，还原气体向竖炉上部行走，还原温度为1100～1350℃，还原时间不小于90min；
(4)将还原后的高铁铝土矿热压块物料取出进行快速冷却，冷却方式为密闭容器埋煤空冷或者将还原物料放入水中水淬；
(5)将冷却后物料通过磨矿设备进行湿式磨矿，磨矿至粒度不大于0.074mm；
(6)将磨矿后物料首先通过磁选设备进行湿式强磁选，磁场强度不小于400mT，得到一阶磁性物和一阶非磁性物，再对一阶磁性物进行湿式弱磁选，磁场强度为50mT，得到二阶磁性物还原铁和二阶非磁性物。
2.根据权利要求1所述的一种高铁铝土矿含碳热压块竖炉还原铁铝分离方法，其特征在于方法中所使用的熔剂为含有CaO、CaF2、MgO、Li2CO3中的一种熔剂，其中要求单种熔剂中，其有效熔剂含量不低于90％。
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