CN104212931A - 一种利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法，其包括以下步骤：第一步预处理，将铁矿石原矿，无烟煤和石灰石粉分别采用球磨机磨至一定细度，再将三种物料混合经双轴搅拌机搅拌，进入压球机压球。第二步利用回转窑进行深度还原，具体包含以下步骤：1)球团矿在翻板式烘干机中烘干，在回转窑经过预热段、还原段、深度还原段，最后出窑水淬。2)水淬后磨矿、筛分、磁选分离，得出金属铁粉及铁粒。本发明所述方法将无法用物理选分、富集的难选铁矿先还原为金属铁，并创造条件使金属铁聚合长大，还原产品通过磨、选实现铁的分离与富集，为难选铁矿的开发利用提供了新的途径。

Description

一种利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法

技术领域

本发明涉及金属冶炼方法，更具体地涉及一种针对低品位难选铁矿利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法。

背景技术

目前国内已探明低品位铁矿石储量在120亿吨左右。由于选矿技术制约目前无法开采利用。这类铁矿石特点嵌布粒度很细，很难完全解离。采用物理选矿方法无法获得高品位铁精矿。只有通过焙烧改变铁晶体结构，促进金属铁聚合、颗粒长大到易于与脉石分离。

传统炼铁工艺在还原难选铁矿时，仅将矿石中的含铁矿物转化为金属铁，不改变铁在矿石中的分布状态和嵌布粒度(直接还原)，多数矿石仍然无法实现铁颗粒与其他组分的有效分离。因此，还原成金属铁后，还必须创造条件使还原出的金属铁聚合、颗粒长大，直到易于与矿石中其它组分分离(如＞0.10mm)。另外，传统高炉炼铁工艺采用焦炭作为还原剂和热能。原料采用高品位铁精粉。价格比较昂贵。能耗比较高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的提供一种能有效分离低品位难选铁矿中的脉石矿物并且能耗低的利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法。

本发明所述利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法，包括以下步骤：原料预处理、回转窑焙烧以及水淬，磨矿，筛分、磁选分离步骤；其中所述原料预处理步骤包括将铁矿石粉碎至-5mm，无烟煤粉碎至-3mm，石灰石粉磨至-100目；

所述回转窑焙烧包括预热段、还原段以及深度还原段；所述还原段的温度为500-1150℃，时间为3-4h以使所述铁矿石的铁还原率达到92％以上，所述深度还原段的温度为1100-1300℃，时间控制在1-1.5h。所述深度还原段起到使所述还原段产生的金属铁发生聚合、颗粒长大到易于与脉石分离的目的。

优选地，所述铁矿石选用低品位难选红铁矿石，原矿品位为35％-45％。

优选地，所述煤粉为无烟煤粉。使用无烟煤粉代替焦煤，有益于减少钢铁生产对焦煤资源的依赖，改善钢铁生产的能源结构，降低钢铁生产能耗。

优选地，所述原料预处理步骤还包括将所述铁矿石、无烟煤以及石灰石三种原料按照比例混合，其中所述铁矿石的质量分数为75％-85％，石灰石的质量分数为5％-10％，无烟煤的质量分数为10％-20％。通过将所述铁矿石粉碎至5mm，无烟煤粉碎至3mm，石灰石粉磨至100目；并按照上述比例进行配比，使后续步骤中制得的球团矿具有良好的冶金性能，粒度均匀，微气孔多，还原性好，强度高。为后续深度还原步骤奠定基础。

优选地，所述原料预处理步骤还包括，将所述三种原料混合经双轴搅拌机搅拌，进入压球机制成球团。

优选地，所述原料预处理步骤还包括，所述球团使用翻版式烘干机烘干，烘干机利用回转窑窑尾烟气，烟气温度在300℃-500℃。

优选地，所述预热段温度为300-500℃。

在其中一个实施例中，本发明所述利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法，包括以下步骤：

第一步，原料预处理，其包括：

A、将铁矿石粉碎至-5mm；

B、加石灰石粉：在铁矿中按原矿的重量根据铁矿中SiO₂和Al₂O₃的含量加入3-10％的石灰石粉作为脱硫剂；将铁矿石粉碎至-5mm；石灰石粉采用球磨机磨细至-100目。

C、加无烟煤：在矿粉中按混合料的含铁量不同加入10％-20％的无烟煤；无烟煤粉碎至-3mm，无烟煤做氧化铁还原剂；

D、将上述粉末混合经双轴搅拌机搅拌，进入压球机压球，此配比下的球团矿具有良好的冶金性能，粒度均匀，微气孔多，还原性好，强度高。

E、烘干，所述球团使用翻版式烘干机烘干，烘干机利用回转窑窑尾烟气，烟气温度在300-500℃。球团经翻板烘干机烘干，水份小于2.5％，带着余热进入回转窑进行焙烧。

第二步，回转窑焙烧，其包括：

A、预热：将烘干后的球团矿置于回转窑预热段，温度控制在300-500℃，利用回转窑烟气的余热来进行烘干，达到废热利用。时间一般在1-2小时。

B、还原：其温度控制在500-1150℃之间，还原时间为3-4小时，在窑中原料与煤燃烧所产生的热气流逆流运动，还原段主要是让氧化铁变成金属铁。

C、深度还原：其温度控制在1100-1300℃，还原时间2小时左右，物料在半熔融状态，该段主要让铁晶体增大，聚合达到分离。

反应原理：

高温条件下，以C作还原剂。在高温的回转窑中，含铁矿石被CO和H₂还原。

C+CO₂→2CO

3Fe₂O₃+CO→2Fe₃O₄+CO₂

Fe₃O₄+CO→3FeO+CO₂

FeO+CO→Fe+CO₂

第三步，水淬，磨矿，筛分、磁选分离，其包括：

D、回转窑烟气含有部分未充分燃烧的CO，经燃烧室再燃烧后作为翻板烘干机热量；

E、水淬：将深度还原后物料快速加入水中冷却。水淬时间和水量要严格控制好。方便下工序。

F、破碎分离：水淬后大块物料送到破碎机上破碎，物料进入球磨机干磨。

G、磁选：将破碎、研磨后物料采用筛分和干磁选机将铁粒或铁粉从矿粉中分离出来，铁粒一般1-15mm的沙状颗粒，并夹带1-2％的炉渣，还有小于1mm的铁粉(占10％)。含铁为92％以上产品。

本发明具有以下有益效果：

1，本工艺通过特定的复配比例，使低品位铁矿，还原剂和脱硫剂达到优选的结果，此配比下的球团矿具有良好的冶金性能，粒度均匀，微气孔多，还原性好，强度高。

2，本工艺所采用的能源是非结焦煤，比传统工艺所采用的焦炭更经济。本工艺以非结焦煤为能源，有益于减少钢铁生产对焦煤资源的依赖，改善钢铁生产的能源结构，降低钢铁生产能耗。

3，采用大型的回转窑生产线。球团矿在回转窑经过预热段、还原段、深度还原段。最后出窑水淬。工艺流程比较短，采用一次中温(＜1300℃)处理矿石，直接获得炼钢生产用的铁源材料，大幅度降低难选矿利用的能耗。同时也减少CO₂排放。

4，本发明所述利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法以冶金手段改变难选铁矿矿物的基本性能和结构，将无法用物理选分、富集的难选铁矿先还原为金属铁，并创造条件使金属铁聚合长大，还原产品通过磨、选实现铁的分离与富集，目前该工艺是处理难选低品位铁最佳工艺路线。为难选铁矿的开发利用提供了新的途径，将难选铁矿转化为可以利用的资源，在我国有广阔的发展前景。

附图说明

图1示出了本发明其中一个实施例所述利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明所述利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法，包括以下步骤：

第一步，原料预处理，其包括：

A、将铁矿石粉碎至-5mm；

B、加石灰石：在铁矿中按原矿的重量根据铁矿中SiO₂和Al₂O₃的含量加入3-10％的石灰石粉作为脱硫剂；将铁矿石粉碎至-5mm；石灰石粉采用球磨机磨细至-100目。

C、加无烟煤：在矿粉中按混合料的含铁量不同加入10-20％的无烟煤；无烟煤粉碎至-3mm，；

D、将上述粉末混合经双轴搅拌机搅拌，进入压球机压球。

第二步，回转窑焙烧，其包括：

A、预热：将烘干后的球团矿置于回转窑预热段，温度控制在300-500℃，；

B、还原：其温度控制在500-1100℃之间，还原时间为3-4小时；

C、深度还原：其温度控制在1100-1300℃，还原时间1-2小时。

第三步，水淬，磨矿，筛分、磁选分离，其包括：

D、回转窑烟气含有部分未充分燃烧的CO，经燃烧室再燃烧后作为翻板烘干机热量；

E、水淬：将深度还原后物料快速加入水中冷却。水淬时间和水量要严格控制好。方便下工序。

F、破碎分离：水淬后大块物料送到破碎机上破碎，物料进入球磨机干磨。

G、磁选：将破碎、研磨后物料采用筛分和干磁选机将铁粒或铁粉从矿粉中分离出来，铁粒一般1-15mm的沙状颗粒，并夹带1-2％的炉渣，还有小于1mm的铁粉(占10％右左)。含铁为92％以上产品。

实施例1

铁原矿石例如是鲕状褐铁矿(品味35％)，属于难选铁矿，原矿经破碎机破碎到－20mm，再用打砂机打粉至－5mm。铁矿粉中加入铁原矿石质量的5％石灰石粉(－100目)作脱硫剂，加入原矿质量15％的无烟煤粉(C≥55％)作还原剂，三种物料混均压球。压球后球团烘干。烘干后的球团送入回转窑进行预热，预热温度控制在400℃，时间约1.5小时；预热后进入还原段进行还原，温度控制在900℃，还原时间约3小时。还原段要求铁还原率达到92％以上。接着进入深度还原时间约1.5小时。深度还原温度1300℃.经深度还原后铁金属粒形成(铁金属粒度0.1-15mm)。深度还原后进行水淬，水淬后大块物料经破碎、磨矿、筛分磁选分离得出铁金属颗粒及少部分铁金属粉。产品Fe＝92％的铁金属，铁回收率94％，总煤消耗量：0.7煤(6000大卡/Kg)/吨铁。

实施例2

铁原矿石例如是鲕状褐铁矿(品味40％)，属于难选铁矿，原矿经破碎机破碎到－20mm，再用打砂机打粉至－5mm。铁矿粉中加入铁原矿石质量的5％石灰石粉(－100目)作脱硫剂，加入原矿质量15％的无烟煤粉(C≥55％)作还原剂，三种物料混均压球。压球后球团烘干。烘干后的球团送入回转窑进行预热，预热温度控制在450℃，时间约1小时；预热后进入还原段进行还原，温度控制在1100℃，还原时间约3小时。还原段要求铁还原率达到92％以上。接着进入深度还原时间约1.5小时。深度还原温度1250℃.经深度还原后铁金属粒形成(铁金属粒度0.1-15mm)。深度还原后进行水淬，水淬后大块物料经破碎、磨矿、筛分磁选分离得出铁金属颗粒及少部分铁金属粉。产品Fe＝95％的铁金属，铁回收率95％，总煤消耗量：0.7煤(6000大卡/Kg)/吨铁。

实施例3

在铁原矿石例如鲕状褐铁矿(品位45％)中加入原矿质量的6％石灰石脱硫剂混合，磨细到5mm以下，加入原矿重量15％的煤粉，直接送入一次回转窑中预热还原，预热温度控制在400℃，时间例如为1h；还原温度例如为1000℃，熔炼时间为3h，原料与煤燃烧所产生的热气流逆流运动，原料生成Fe₂O₃、Fe等金属。经再深度还原，温度控制在1250℃，熔炼时间为2h，全部还原熔炼完成，经二次回转窑冷却水淬成黑色的生铁，窑内温度控制为150-220℃。破碎、磁选分离出来的铁呈直径1mm的沙状颗粒。得到含铁为96％的铁金属，铁回收率95％，非结焦碳消耗0.7煤(6000大卡/Kg)/吨铁。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法，其包括原料预处理、回转窑焙烧以及水淬，磨矿，筛分、磁选分离步骤；其特征在于：所述原料预处理步骤包括将铁矿石粉碎至-5mm，煤粉碎至-3mm，石灰石粉磨至-100目；

所述回转窑焙烧包括预热段、还原段以及深度还原段；其中所述还原段的温度为500-1150℃，时间为3-4h以使所述铁矿石的铁还原率达到92％以上，所述深度还原段的温度为1200-1300℃，时间控制在1-1.5h。

2.如权利要求1所述利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法，其特征在于，所述铁矿石选用低品位难选红铁矿石，原矿品位为35％-45％。

3.如权利要求1所述利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法其特征在于，所述煤粉为无烟煤粉(还原煤)及烟煤(燃烧煤)。

4.如权利要求3所述利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法其特征在于，所述原料预处理步骤还包括将所述铁矿石、无烟煤以及石灰石三种原料按照比例混合，其中所述铁矿石的质量分数为75％-85％，石灰石的质量分数为3％-10％，无烟煤的质量分数为10％-20％。

5.如权利要求4所述利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法，其特征在于；所述原料预处理步骤还包括，将所述三种原料混合经双轴搅拌机搅拌，进入压球机制成球团。

6.如权利要求4所述利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法，其特征在于；所述原料预处理步骤还包括，所述球团使用翻版式烘干机烘干，烘干机利用回转窑窑尾烟气，烟气温度在300℃-500℃。

7.如权利要求1所述利用回转窑深度还原生产金属铁粉的方法其特征在于，所述预热段温度为300-500℃。