CN104384520A - 利用焦炉煤气还原钛磁铁矿尾矿生产直接还原铁粉的工艺 - Google Patents

利用焦炉煤气还原钛磁铁矿尾矿生产直接还原铁粉的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明一种利用焦炉煤气还原钛磁铁矿尾矿生产直接还原铁粉的工艺，包括原料配料、造球、干燥、热处理、还原及磁选分离，其特征在于包括如下工艺步骤：（1）原料配料及造球，（2）干燥、热处理，（3）还原：所述的还原是将步骤（2）预热处理后的球放入还原设备中进行还原，其还原过程分两步进行：第一步温度为1050℃±10℃，还原时间40min，还原气体为焦炉煤气经高温加氧裂解后的产物，还原气体流速0.12m/s～0.15m/s；第二步的还原温度为1250℃～1300℃，还原时间30min～60min，还原气体流速0.12m/s～0.15m/s。还原结束后，产品在惰性气体保护下冷却至室温，得到还原产品；（4）磁选分离。其优点是：将焦炉煤气运用于钛磁铁矿尾矿直接还原来生产直接还原铁粉，减少环境污染。

Description

利用焦炉煤气还原钛磁铁矿尾矿生产直接还原铁粉的工艺
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种利用焦炉煤气还原钛磁铁矿尾矿生产直接还原铁粉的工艺。
背景技术
中国钛磁铁矿资源非常丰富，分布广泛，遍布20多个省。钛磁铁矿的综合利用对我国国民经济的发展具有重大意义。
目前处理钛磁铁矿的主要途径是传统的选矿流程和直接还原流程。经过长期的研究和技术攻关，对钛磁铁矿中铁、钛的分离工艺已有了新的进展。直接还原法在综合利用钛磁铁矿方面得到了广泛应用，目前对钛磁铁矿采用直接还原法，分离回收铁、钛的工艺主要有三种：1.钠化球团氧化焙烧—回转窑直接还原—电炉熔分；2.回转窑直接还原—电炉熔分—水法提钛；3.中南大学的冷固结球团直接还原—还原球团磁选—非磁性矿物酸性浸出—浸渣钠化焙烧。各方法特点不同。而且在处理钛磁铁矿的工艺中存在诸多限制，有些对还原剂有着特殊要求，有些要求还原温度较高，还原时间较长，很多新工艺都是针对的钛磁铁矿精矿，要求钛磁铁矿的品位较高，同时对要处理的钛磁铁矿中二氧化硅含量也有要求。
如申请号：CN201210291950公开了一种从钛磁铁矿尾矿中回收钛、铁的工艺，该专利中还原所用气体为一氧化碳，尾矿的品位相对较高，铁品位要求在42%以上，而且还原温度在1400℃以上。如申请号：201110441319.4公开了一种气基竖炉直接还原钒钛磁铁矿非高炉炼铁工艺，其还原剂是非焦煤制气，同时根据其产品直接入炉冶炼，可以断定其钛磁铁矿氧化球团铁品位应在55%以上，如果品位过低，经济上不可行；其竖炉还原所用原料为氧化球团，其抗压强度应在2500N以上，而且其还原产品应该是经过入炉冶炼得到的铁水；同时由于其还原设备是竖炉，还原温度不能太高，还原速率相对较慢，还原时间较长，一般在5h以上。如申请号：201110441353.1公开的一种钒钛磁铁矿的直接还原—磁选分离方法，该方法还原剂为特定的煤种，而且钛磁铁矿的品位要求在58%以上。如申请号：201110236682.2公开了一种钒钛磁铁矿综合利用的方法，该方法还原剂为特定的几种煤，而且要求铁矿品位在54%以上。又如申请号为：200510020117.7公开了从钒钛磁铁矿中分离提取金属元素的方法，该方法所处理的钛磁铁矿要求TFe 56%以上，SiO2 1.17%。目前用低品位的钛磁铁矿尾矿直接用来生产直接还原铁粉的工艺还鲜有报道。虽然申请号：200910104203.4公开了一种利用低品位的钒钛磁铁矿选铁尾矿制备钛铁合金的方法，但此工艺过程十分复杂，生产周期很长，只是电极烧结成型就在5h以上，电解20h。
上述几种直接还原法仅适用于铁品位高硅含量低的原料，而且还原剂也不是以工业废气作为的气源，
焦炉煤气是焦炭生产过程中释放出来的气体产物，按重量计算，在炼焦产品中焦炉煤气占到15%～18%，为全部产品的第二位。由于长期以来国内焦炭生产轻视综合利用，不少焦化企业没有焦炉煤气的回收装置，大量的焦炉煤气直接排放燃烧，不仅浪费了资源而且污染了环境。每年白白排放掉的焦炉煤气为300多亿m3，相当于两个西气东输工程设计的年输气量，造成的经济损失达数百亿元。
因此不仅要研究如何利用焦炉煤气，也要研究如何高效、合理地利用焦炉煤气，最大限度提高焦炉煤气的利用效率，提高企业利用焦炉煤气的积极性。随着经济和技术的发展，对钢铁产品的质量和品种要求日益提高，尤其是电炉钢比例的增加，冶金短流程的发展，推动了直接还原技术的发展。在直接还原铁的生产中，因气基直接还原能生产出高质量的直接还原铁而占据了绝对优势。
目前气基直接还原主要以天然气、石油裂解产生的还原性气体作为还原的介质。但受到了地域的限制和不断上涨的天然气价格的影响，直接还原铁的生产成本不断升高，在这种形势下，用焦炉煤气作为气源代替天然气生产直接还原铁引起了国内外的重视。根据国内外半工业试验结果表明，使用焦炉煤气作为气源，经重整后很容易得到H2含量70%左右、CO含量30%左右的还原性气体，这与天然气重整后的气体成分部分相近。在技术上证明了焦炉煤气用于直接还原铁生产的可行性。
而本发明将适用于铁品位低、硅含量高的钛磁铁矿尾矿，而且所用还原剂的气源为焦炉煤气，可以用于天然气缺乏的地区。 
发明内容
本发明的目的是提供一种利用焦炉煤气还原钛磁铁矿尾矿生产直接还原铁粉的工艺，可以将焦炉煤气运用于钛磁铁矿尾矿直接还原来生产直接还原铁粉，减少环境污染，将钛磁铁
矿尾矿中的钛、铁分离。
本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的。
按照本发明有利用焦炉煤气还原钛磁铁矿尾矿生产直接还原铁粉的工艺，包括原料配料、造球、干燥、热处理、还原及磁选分离，其特征在于包括如下工艺步骤：
（1）原料配料及造球：
选取TFe 25%～30%，TiO2 8.3%～18.5 %，SiO2 10.5%～14.0%的低品位钛磁铁矿，细磨至-200目83.5%～93.5%、比表面积1700cm2/g～2000cm2/g后与粘结剂和添加剂配料混合，再进行造球，所述的粘结剂为膨润土，添加剂为镁粉，其镁粉MgO含量为≥87.0%，造球混合料原料配比：低品位钛磁铁矿为93.0%～97.0%，膨润土量0.8%～1.0%，镁粉量1.5%～2.2%，球团直径9 mm～16mm；
（2）热处理：将步骤（1）中所制得的球团布入链篦机上，在150℃～400℃温度、2m/s风速条件下，干燥5min～6min，至水分≤1%，干燥后球团再进行预热处理，预热处理温度为1000℃±50℃，时间30min，得到预热球抗压强度≥900N；
（3）还原：将步骤（2）预热处理后的球团放入还原设备中进行还原，其还原过程分两步进行：第一步温度为1050℃±10℃，还原时间40min，还原气体为焦炉煤气经高温加氧裂解后的产物，其还原气体组成为：H2 60%～75% ，CO 15%～30%，CO2 3%，CH4 1%， N2 6%，还原气体流速0.12 m/s～0.15 m/s；第二步的还原温度为1250℃～1300℃，还原时间 30min～60min，还原气体组成为：H2 60%～75% ，CO 15%～30%，CO2 3%，CH4 1%，还原气体流速0.12 m/s～0.15 m/s。还原结束后，产品在惰性气体保护下冷却至室温，得到还原产品；
（4）磁选分离：将步骤（3）还原后的还原产品进行破碎，只需磨至-0.075mm≥85%后，进行磁选分离，磁场强度为120KA/m，得到还原铁粉和富TiO2的非磁性产物。
所述的步骤（3）中还原设备为转底炉。
本发明在造球过程中添加了膨润土，其目的是为了保证生球在链篦机干燥、预热时的强度要求。而添加镁粉是为了解决高硅铁矿还原时低熔点化合物带来的还原难的问题，可提高球团还原时软化变形温度，改善反应的动力学条件，从而得到高金属化率产品，其金属化率可以达到95%以上。
本发明与以往的直接还原法相比具有以下优点：
1 由于本发明所处理的是低品位的钛磁铁矿，TFe为25%～27%，TiO2 8.3%～18.5 %，二氧化硅含量为10.5%～14.0%，其铁品位低，而硅含量高，因此在混合料里添加镁粉，这样有效地提高了球团还原时软化变形温度，从而达到在高温下还原后得到高金属化率还原产品的效果，为磁选分离提供了高质量原料，铁的回收率高，达到93%以上，可以将钛磁铁矿尾矿有效利用，减少了环境污染；
2. 还原温度为1050℃～1300℃，在保证较高还原速率的情况下，可以延长设备寿命；
3 .经过本发明工艺预热处理后的球团抗压强度≥900N，可以满足该工艺中还原时对球团强度的要求；
4.本发明用炼焦厂排出的焦炉煤气裂解产生的还原性气体作为还原剂，将两种工业废弃物有效的结合在一起，生产出TFe品位可达91%以上的还原铁粉，同时富集了钛资源，不仅解决了钛磁铁矿尾矿利用的难题，也使工业废气得到了有效的利用；
5.还原过程分两步进行，解决了低铁高硅尾矿还原速率低的问题，提高了还原的效率，而且通过两步还原工艺，提高了直接还原铁颗粒的尺寸，为直接还原铁粉的回收创造了良好的条件。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面参照附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1.
本发明所处理的低品位钛磁铁矿的主要化学成分为：TFe 25.0%，TiO2 18.45%，SiO2  10.5%，造球混合料原料配比：低品位钛磁铁矿 97%，膨润土为1.0%，镁粉为2.0%，钛磁铁矿经磨矿处理后，-200目为84.0%，比表面积为1760cm2/g，配入2.0%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上在温度300℃、风速2m/s条件下进行干燥5 min，至水分0.8%，并在1000℃的温度下预热处理30min，然后将预热处理后的球团进行还原；还原过程分两段，第一段还原温度为1050℃，还原气体组成H2 61%% ，CO 29%，CO2 3%，CH4 1%， N2 6%，还原时间40 min，还原气体流速0.12 m/s～0.15 m/s；接着进入第二段还原，还原温度为1250℃，还原气体组成H2 61%% ，CO 29%，CO2 3%，CH4 1%， N2 6%，还原时间60 min，还原气体流速0.12 m/s ～0.15 m/s；还原结束后将还原产品在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿，磨矿细度为-0.075m 85%；磁选分离后的最终产品指标：直接还原铁粉中铁品位为90.0 %，金属化率 94.8%，铁的回收率92.2%；富TiO2非磁性产品中TiO2 31.3%，回收率90.50%。
实施例2.
本发明所处理的低品位钛磁铁矿的化学成分为：TFe 25.15%，TiO2 8.37%，SiO2  13.92%。造球混合料原料配比：低品位钛磁铁矿97.5%，膨润土量1.0%，镁粉量1.5%，钛磁铁矿经磨矿处理后，-200目为85.0%，比表面积为1780cm2/g。配入1.5%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上在温度300℃、风速2m/s条件下进行干燥5 min，至水分0.8%，并在950℃的温度下预热10min，然后将热处理后的球团进行还原，还原过程分两段，第一段还原温度为1050℃，还原气体组成H2 70% ，CO 20%，CO2 3%，CH4 1%， N2 6%，还原时间40 min，还原气体流速0.12 m/s ～0.15 m/s，接着进入第二段还原，还原温度为1250℃，还原气体组成H2 70 % ，CO 20%，CO2 3%，CH4 1%， N2 6%，还原时间60 min，还原气体流速0.12 m/s ～0.15 m/s；还原结束将还原产品在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿，磨矿细度为-0.075m 85%；磁选分离后的最终产品指标：直接还原铁粉中铁品位为90.6%，金属化率 96.0%，铁的回收率93.1%；富TiO2非磁性产品中TiO2 15.10%，回收率 82.99%。
实施例3.
本发明所处理的低品位钛磁铁矿的化学成分为：TFe 25.0%，TiO2 18.45%，SiO2 10.6%。造球混合料原料配比：低品位钛磁铁矿97.0%，膨润土量1.0%，镁粉量2.0%，钛磁铁矿经磨矿处理后，-200目为84.0%，比表面积为1760cm2/g。配入2.0%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上在温度300℃、风速2m/s条件下进行干燥5 min，至水分0.8%，并在1000℃的温度下预热30min，然后将热处理后的球团进行还原，还原过程分两段，第一段还原温度为1050℃，还原气体组成H2 61%% ，CO 29%，CO2 3%，CH4 1%， N2 6%，还原时间40 min，还原气体流速0.12 m/s ～0.15 m/s，接着进入第二段还原，还原温度为1280℃，还原气体组成H2 61%， CO 29%，CO2 3%，CH4 1%， N2 6%，还原时间50 min，还原气体流速0.12 m/s ～0.15 m/s；还原结束后将还原产品在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿，磨矿细度为-0.075m 85%；磁选分离后的最终产品指标：直接还原铁粉中铁品位为91.0 %，金属化率 95.2%，铁的回收率93.2%；富TiO2非磁性产品中TiO2 30.2%，回收率88.50%。
实施例4.
本发明所处理的低品位钛磁铁矿的化学成分为：TFe 25.15%，TiO2 8.37%，SiO2  13.92%。造球混合料原料配比：低品位钛磁铁矿97.5%，膨润土量1.0%，镁粉量1.5%，低品位钛磁铁矿经磨矿处理后，-200目为85.0%，比表面积为1780cm2/g，配入1.5%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上在温度300℃、风速2m/s条件下进行干燥5 min，至水分0.8%，并在950℃的温度下预热10min，然后将热处理后的球团进行还原，还原过程分两段，第一段还原温度为1050℃，还原气体组成H2 70% ，CO 20%，CO2 3%，CH4 1%， N2 6%，还原时间40 min，还原气体流速0.12 m/s ～0.15 m/s。接着进入第二段还原，还原温度为1280℃，还原气体组成H2 70 % ，CO 20%，CO2 3%，CH4 1%， N2 6%，还原时间50 min，还原气体流速0.12 m/s ～0.15 m/s；还原结束将还原产品在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿，磨矿细度为-0.075m 85%；磁选分离后的最终产品指标：直接还原铁粉中铁品位为91%，金属化率 96.2%，铁的回收率93.3%；富TiO2非磁性产品中TiO2 15.10%，回收率 89.87%。
实施例5.
本发明所处理的低品位钛磁铁矿的化学成分为：TFe 25.0%，TiO2 18.45%，SiO2 10.6%。造球混合料原料配比：低品位钛磁铁矿97.0%，膨润土量1.0%，镁粉量2.0%，钛磁铁矿经磨矿处理后，-200目为84.0%，比表面积为1760cm2/g。配入2.0%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上在温度300℃、风速2m/s条件下进行干燥5 min，至水分0.8%，并在1000℃的温度下预热30min，然后将热处理后的球团进行还原，还原过程分两段，第一段还原温度为1050℃，还原气体组成H2 73%% ，CO 17%，CO2 3%，CH4 1%， N2 6%，还原时间40 min，还原气体流速0.12 m/s ～0.15 m/s，接着进入第二段还原，还原温度为1900℃，还原气体组成H2 73% ，CO 17%，CO2 3%，CH4 1%， N2 6%，还原时间40min，还原气体流速0.12 m/s～0.15 m/s；还原结束后将还原产品在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿，磨矿细度为-0.075m 85%；磁选分离后的最终产品指标：直接还原铁粉中铁品位为91.80%，金属化率96.1%，铁的回收率94.3%；富TiO2非磁性产品中TiO2 29.81%，回收率88.50%。
实施例6.
本发明所处理的低品位钛磁铁矿的化学成分为：TFe 26.0%，TiO2 18.45%，SiO2 10.6%。造球混合料原料配比：低品位钛磁铁矿97.0%，膨润土量1.0%，镁粉量2.0%，钛磁铁矿经磨矿处理后，-200目为84.0%，比表面积为1760 cm2/g，配入2.0%的镁粉和1.0%膨润土后混匀、造球，球团在链篦机上在温度300℃、风速2m/s条件下进行干燥5 min，至水分0.8%，并在1000℃的温度下预热30min，然后将热处理后的球团进行还原，还原过程分两段，第一段还原温度为1050℃，还原气体组成H261% ，CO 29%，CO2 3%，CH4 1%，N2 6%，还原时间40 min，还原气体流速0.12 m/s ～0.15 m/s，接着进入第二段还原，还原温度为1300℃，还原气体组成H2 73% ，CO 17%，CO2 3%，CH4 1%，N2 6%，还原时间35 min，还原气体流速0.12 m/s ～0.15 m/s；还原结束后将还原产品在氮气保护下冷却，再进行破碎、磨矿，磨矿细度为-0.075m 85%；磁选分离后的最终产品指标：直接还原铁粉中铁品位为92.0 %，金属化率96.2%，铁的回收率94.1%；富TiO2非磁性产品中TiO2 29.44%，回收率88.50%。

Claims (2)

1.一种利用焦炉煤气还原钛磁铁矿尾矿生产直接还原铁粉的工艺，包括原料配料、造球、干燥、热处理、还原及磁选分离，其特征在于包括如下工艺步骤：
（1）原料配料及造球：
选取TFe :25%～27%，TiO2 :8.3%～18.5 %，SiO2: 6.5%～14.0%的低品位钛磁铁矿，将所述低品位钛磁铁矿，细磨至-200目83.5%～93.5%、比表面积1700cm2/g～2000cm2/g后，与粘结剂和添加剂配料混合，再进行造球，所述的粘结剂为复合膨润土，添加剂为镁粉，其镁粉中MgO含量为≥87.0%，造球混合料原料配比：低品位钛磁铁矿93.0%～97.0%，膨润土量0.8%～1.0%，镁粉量1.5%～2.2%，球团直径9 mm～16mm；
（2）干燥、热处理：将步骤（1）中所制得的球团布入链篦机上，在150℃～400℃温度、2m/s风速条件下，干燥5min～6min，至球团水分≤1%，干燥后球团再进行氧化气氛下预热处理，预热处理温度为950℃±50℃，时间10min，得到的预热球抗压强度≥900N；
（3）还原：将步骤（2）预热处理后的球放入还原设备中进行还原，其还原过程分两步进行：第一步温度为1050℃±10℃，还原时间40min，还原气体为焦炉煤气经高温加氧裂解后的产物，其组成为：H2 60%～75% ，CO 15%～30%，CO2 3%，CH4 1%， N2 6%，还原气体流速0.12 m/s～0.15 m/s；第二步的还原温度为1250℃～1300℃，还原时间 30min～60min，还原气体组成为：H2 60%～75% ，CO 15%～30%，CO2 3%，CH4 1%，还原气体流速0.12 m/s～0.15 m/s；
还原结束后，产品在惰性气体保护下冷却至室温，得到还原产品；
（4）磁选分离：将步骤（3）还原后的金属化产物进行破碎、细磨至-0.075mm 85%后，进行磁选分离，磁场强度为120KA/m，得到直接还原还原铁粉和富TiO2的非磁性产物。
2.根据权利要求1所述的利用焦炉煤气还原钛磁铁矿尾矿生产直接还原铁粉的工艺，其特征是：所述的步骤（3）中还原设备为转底炉。
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