CN103725902B - 生物质气化气还原提取白云鄂博矿粉中铌的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用生物质气化气还原提取白云鄂博矿粉中铌的方法，属于新能源及冶金技术领域。本发明工艺过程包括生物质高温蒸汽气化炉、气化气净化、气基还原炉、破碎磁选分离和金属热还原炉系统。采用生物质高温蒸汽气化炉对生物质进行气化，气化气经净化系统净化制备出CO+H₂>90%的高品质还原气，还原气在气基还原炉内对白云鄂博矿粉矿粉进行选择性还原，还原气化矿粉中的S、P、K、Na元素，并还原矿粉中的铁氧化物生成固体物料；将固体物料送入破碎磁选系统将金属铁与富铌渣分离，把铌分离到渣中形成不含碳和有害元素的富铌渣；富铌渣在金属热还原炉内经还原得到不含碳及P、S的铌铁合金。实现白云鄂博矿中铌的有效综合利用。

Description

生物质气化气还原提取白云鄂博矿粉中铌的方法

技术领域

本发明涉及一种生物质气化气还原提取白云鄂博矿粉中铌的方法，特别是涉及一种利用生物质高温蒸汽气化产生还原气选择性还原提取白云鄂博矿粉中的铌生成富铌的铌铁合金的系统工艺，属于新能源及冶金新技术领域。

背景技术

白云鄂博铁矿中铌总含量很大，但具有一些其他国家铌矿所不具备的特殊性：组分结构复杂，镶嵌颗粒细，含铌品位低（0.12～0.14%）。给提取综合利用带来了很多困难。白云鄂博矿提铌研究从包钢建厂初期就开始了，一直到今天，几代人不断探索取得了许多成功的提炼方法：高炉－转炉－电炉－电炉冶炼工艺成功地以平炉渣为原料生产出含铌13～15％的铌铁合金，该工艺流程长，铌收得率低；含碳冷固结球团两步电炉冶炼铌铁生产工艺，生产出铌含量大于35％的铌铁合金，铌总收得率达到74.39%，是八五期间一项重要成果，该工艺流程长，成本很高，没有得到推广应用；等离子炉冶炼铌铁工艺，用铌精矿通过磁化焙烧后把铁磁选出去生成铌铁精矿后，对富铌的精矿在等离子炉内熔炼得到铌铁合金，这种方法的不足是需要铌矿中矿相简单，嵌布粒度大，才可以通过选别分离出铁；特别是近期人们探讨在隧道窑中用煤基直接还原，能够把铁铌分离，但是由于煤粉带入的灰分与含铌渣分离困难、残留碳的存在使分离出的富铌渣进行熔融还原时形成了含碳的铁铌合金，有害元素P、S残留在铌铁合金中，对铁铌合金在铌钢生产时以合金加入碰到了问题，气基直接还原也有成功的研究经验，但用CO或H₂等气体又存在还原气体来源问题，无法实现规模化生产，制约白云鄂博矿铌资源有效地综合利用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：应用高温蒸汽气化技术解决过去气基还原气源问题，而且通过气基还原气化分离矿粉中一些有害元素，通过破碎研磨磁选与还原的金属铁分离，从而实现了生产不含碳和S、P等有害元素的清洁富铌渣，再通过金属热还原法生产出不含碳铌铁合金，本发明是一种合理高效利用生物质气化气还原提取白云鄂博矿粉中铌的方法，能有效的降低提取白云鄂博矿中铌的成本。

技术解决方案：

本发明采用生物质高温蒸汽气化炉对生物质进行气化，产生的气化气经气化气净化系统净化后制备出还原气，还原气在气基还原炉系统内对矿粉进行选择性还原，还原气化矿粉中的S、P、K、Na元素，并还原矿粉中的铁氧化物为金属铁；将还原后产生的固体物料送入破碎磁选系统，经球磨机研磨，磁选机磁选，将金属铁与富铌渣分离，把铌分离富集到渣中形成不含碳和有害元素的富铌渣；富铌渣在金属热还原炉系统内经还原得到不含碳及P、S的铌铁合金。

进一步：气化气通过净化系统得到CO+H₂>90%的高品质还原气体。

进一步：选择性矿粉还原炉为沸腾床、回转窑、转底炉或流化床。

进一步：富铌渣精炼炉采用惰性气体保护炉或真空炉。

有益效果：本发明与目前正在开发的煤基直接还原法相比，用生物质高温蒸汽气化炉产生CO+H₂>90%的高品质直接还原气体；在含铌矿粉沸腾炉中进行气基选择性还原，气化分离矿粉中P、S、K、Na等有害元素，把铁氧化物还原为金属铁，生产出不含碳及有害元素P、S的纯净铌铁合金，通过控制系统可以实现铌收得率高于90%。铌铁合金可以作为冶炼铌钢的合金料直接在冶炼后期的合金化期加入钢液中得到合格的铌钢，也可以深加工生产铌金属，整合并实现白云鄂博矿中铌的有效综合利用。

附图说明

图1为本发明的生物质气化气还原提取白云鄂博矿粉中铌的工艺流程示意图；

图2为本发明的生物质高温蒸汽气化炉系统图；

图3为气化气净化系统图；

图4为气基还原炉系统图；

图5为破碎磁选分离系统图；

图6为金属热还原炉系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明提供了一种利用生物质气化气还原提取白云鄂博矿粉中铌的方法，工艺流程如图1。包括生物质高温蒸汽气化炉系统1、气化气净化系统2、气基还原炉系统3、破碎磁选分离系统4、金属热还原炉系统5。

本专利技术由两大块构成。

第一块是白云鄂博矿粉气基还原气的制备，包括生物质高温蒸汽气化炉系统（图2）和气化气净化系统（图3）。生物质高温蒸汽气化炉系统包括：生物质前处理系统1-9、供料系统1-7、上料系统1-8、高温蒸汽气化炉本体1-10，生物质经生物质前处理系统1-9粉碎处理后通过上料系统1-8给供料系统1-7供料进入高温蒸汽气化炉本体1-10内，通过第一高温蒸汽入口1-1、第二高温蒸汽入口1-3将由蓄热式热风炉产生的1000℃的高温蒸汽送入高温蒸汽气化炉本体1-10内，通过空气入口1-2将800～1000℃的高温空气送入高温蒸汽气化炉本体1-10内将生物质气化，产生的粗气化气由气化器出口1-6排出，高温蒸汽气化炉本体内设有炉篦子1-4，生物质气化后残余的灰分可以通过炉篦子1-4掉下来，通过生物质灰分排灰口1-5排除。由气化器出口1-6排出的粗气化气进入气化气净化系统（图3），气化气净化系统包括：包括一级旋风除尘器2-1，喷淋洗涤塔2-2，二级旋风脱水器2-3，净气化储气罐2-4。粗气化气进入一级旋风除尘器2-1初步净化除去固体杂质，然后经喷淋洗涤塔2-2喷淋除酸过程去除掉硫氧化物等酸性物质，再进入二级旋风脱水器2-3旋风脱水及焦油后产生精气化气、最后进入净气化气储罐2-4，制备出CO+H₂>90%的高品质还原气，为气基还原提供充足的气源保证。

第二块是气基直接还原分离提取铌部分，包括气基还原炉系统（图4）、破碎磁选分离系统（图5）和金属热还原系统（图6）。气基还原炉系统（图4）采用沸腾床炉结构，该炉的特点是可以连续生产，白云鄂博矿粉料经串罐式供料系统3-1进入气基还原炉内形成矿粉料层3-4，气基还原炉系统底部设置透气石棉网材料的旋转出料盘3-8。还原气经还原气入口3-7进入还原气供体风帽3-6通过石棉网渗透到矿粉料层3-4中，矿粉料层3-4中扩散运动渗透出还原气体，料层则从上而下运动，矿粉料层3-4中的矿粉被电加热系统3-3加热，温度由加热系统控制，热矿粉与渗透出的还原气体反应，到炉体底部的旋转出料盘3-8时完成还原，生成固体物料，通过出料口3-5排出。还原后的尾气从炉体上部还原尾气出口3-2排出，经过净化后可循环使用。将气基还原产生的固体物料送入破碎磁选系统（图5）给料斗4-1，经过球磨破碎机4-2研磨达到金属铁与铌渣分离粒度后，再经过磁选分离机4-3把金属铁与富铌渣分离（根据需要可以设多级选别），把铌分离富集到渣中形成不含碳和有害元素的富铌渣，经由富铌渣出口4-4收集，金属铁则通过金属回收口4-5收集。将富铌渣放入金属热还原炉（图6）内进行金属热还原处理，金属热还原炉炉本体5-1上设有辅助料入口5-2、惰性气入口5-3、出渣口5-4、铌铁合金出口5-5，惰性保护气体通过惰性气入口5-2输入金属热还原炉炉本体5-1内避免还原出的铌与空气接触二次氧化，经还原得到不含碳及P、S的铌铁合金。同时通过辅料入口5-2加入造渣剂调节炉渣的稳定性，最终生成玻璃渣通过出渣口5-4出渣，通过铌铁合金出口5-5收集铌铁合金。

Claims (3)

1.生物质气化气还原提取白云鄂博矿粉中铌的方法，其特征在于，采用生物质高温蒸汽气化炉对生物质进行气化，产生的气化气经气化气净化系统净化后制备出还原气，还原气在气基还原炉系统内对矿粉进行选择性还原，还原气化矿粉中的S、P、K、Na元素，并还原矿粉中的铁氧化物为金属铁，生成固体物料；将固体物料送入破碎磁选系统，经球磨机研磨、磁选分离机磁选将金属铁与富铌渣分离，把铌分离富集到渣中形成不含碳和有害元素的富铌渣；富铌渣在金属热还原炉系统内经还原得到不含碳及P、S的铌铁合金，所述气化气通过净化系统得到CO+H₂>90%的高品质还原气体。

2.根据权利要求1所述的生物质气化气还原提取白云鄂博矿粉中铌的方法，其特征在于，

选择性矿粉还原炉为沸腾床、回转窑、转底炉或流化床。

3.根据权利要求1所述的生物质气化气还原提取白云鄂博矿粉中铌的方法，其特征在于，富铌渣精炼炉采用惰性气体保护炉或真空炉。