CN105567950B - 一种低品位铁矿石选矿设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低品位铁矿石选矿设备及其方法，设备包括一号炉、二号炉，以及冷却还原系统。焙烧料经一号炉顶部进入一号炉的筒体内部，进行布料、脱水、干燥、预热和低温焙烧。经过低温焙烧后的焙烧料与还原剂进入二号炉，在二号炉中进行混合和还原反应，随后进入冷却还原系统。经过还原后的焙烧料经过冷却还原系统的还原管进行二次补充还原，再经过冷却管进行冷却后，送入淬冷池进行淬冷操作。布料、脱水、干燥、预热、低温焙烧、卸料、还原、二次还原和冷却作业均在旋转状态下进行。本发明能够克服现有选矿方式对低品位铁矿石进行选矿的效果不好、选矿回收率低、资源浪费大的技术缺陷。

Description

一种低品位铁矿石选矿设备及其方法

技术领域

本发明涉及一种选矿设备及其方法，尤其是涉及一种对铁矿石中铁的质量含量为20％～45％的低品位氧化铁矿石进行选矿的设备及其方法。

背景技术

据目前已有的数据显示，我国的铁矿石资源普遍存在着丰而不富的现象。在接近607亿吨的已探明储量中，97％为贫铁矿，其平均品位为33％，低于世界铁矿石平均品位11个百分点。其中，目前由于矿石成分复杂难选而暂难利用的铁矿石资源储量达到124亿吨，占铁矿石资源总储量的21％。

虽然如此，我国的铁矿石资源中仍有相当大一部分采矿条件较好的矿脉。这些铁矿石资源在开采的初期均可采用露天采矿，而只是因为选矿困难而不能被开发利用。目前，属于该类矿石的铁矿石资源主要有菱铁矿、褐铁矿、微细粒赤铁矿，以及鲕状赤褐铁矿等。这些铁矿石资源不仅含铁量低、粒度嵌布细，还同时伴生有大量物理、化学性质与其相近的含铁硅酸盐等脉石矿物，因此造成矿石分选的难度很大。目前，为了合理开发和利用这些矿产，往往采用复杂的多段分选工艺。但因为原矿的品质较差，不仅很难得到高质量的铁精矿，而且还产生占原矿25％～45％的难选中矿。而在这些中矿中含铁30％左右，虽经多次精选仍不能达到产品的质量要求。这些难选铁矿石资源的处理是目前我国铁矿选矿的一个重大难题，可以说是弃之可惜，收之不能。若将其选入铁精矿，则会大幅度降低铁精矿品位，从而影响炼铁成本；而若将其弃入尾矿中，则铁资源的损失太高，势必造成严重的资源浪费。由于目前的选矿技术依然没有取得突破性进展，这些难选中矿只能丢弃在尾矿库，从而导致选矿的总回收率很低。

现有的解决低品位氧化铁选矿的技术方案主要有以下三种：

(1)回转窑磁化焙烧法；

(2)竖炉磁化焙烧法；

(3)沸腾炉磁化焙烧法。

然而这三种现有技术的方案还存在以下技术缺陷：

(1)还原气体和矿石固体颗粒之间的接触面积较小；

(2)传热、传质的速度较慢，反应速率过慢、时间较长、效率低下；

(3)焙烧矿质量不均，能耗较大，出产的铁精矿品质不高；

(4)设备不易进行微控和维护，工艺繁复不易操作，局部故障需要整机停修，大型化操作可控性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低品位铁矿石选矿设备及其方法，克服现有铁矿石选矿方式对低品位铁矿石进行选矿的效果不好、选矿回收率低、资源浪费大的技术缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种低品位铁矿石选矿设备的技术实现方案，包括：一号炉、二号炉，以及冷却还原系统。包括低品位铁矿石的焙烧料经所述一号炉的顶部进入一号炉的筒体内部，进行布料、脱水、干燥、预热和低温焙烧。经过低温焙烧后的焙烧料与还原剂进入所述二号炉，在所述二号炉中进行混合和还原反应后进入所述冷却还原系统。经过还原后的焙烧料经过所述冷却还原系统的还原管进行二次还原，再经过冷却管进行冷却后，送入淬冷池进行淬冷操作。

优选的，所述布料、脱水、干燥、预热、低温焙烧、卸料、还原、二次还原和冷却作业均在旋转状态下进行。所述一号炉进一步包括烟囱、布料机、带耙齿耙臂、电加热网、耐火砖和隔热棉。所述烟囱设置在所述筒体的顶部，所述布料机设置在所述筒体的上部，对所述焙烧料进行均匀的布料操作。所述带耙齿耙臂设置在所述筒体的上部，对所述焙烧料进行预热阶段的翻滚操作。所述耐火砖设置在所述一号炉中上部至底部之间的筒体内部，所述电加热网设置在所述耐火砖内，所述隔热棉设置在所述筒体的内表面与所述耐火砖之间。

优选的，所述一号炉还包括集气管、集气挡板、腰风管、静锷板、单塔带篦圈旋转塔盘和进风口。所述单塔带篦圈旋转塔盘设置在所述一号炉的底部，对所述焙烧料进行翻滚和搅拌，为所述焙烧料提供还原气体和焙烧环境。所述集气管设置在所述耐火砖与隔热棉之间，所述筒体的中段为上宽下窄的倒漏斗形，在上宽下窄的倒漏斗形的筒体内形成的斜坡末端的集气管的上方设置有弧形的集气挡板，由所述焙烧料在低温焙烧时产生的还原气体沿所述倒漏斗形的斜坡向上扩散，遇到所述集气挡板后进入所述集气管的一端。所述集气管的另一端向下延伸至所述筒体的底部，并与所述单塔带篦圈旋转塔盘底部的进风口相连。所述腰风管横向设置在所述筒体的中下端，并与所述集气管连通。所述单塔带篦圈旋转塔盘包括动锷板和集料铲，所述静锷板设置在所述耐火砖底部的内表面，所述动锷板和静锷板对落下的焙烧料进行研磨破碎。所述集料铲设置在所述单塔带篦圈旋转塔盘的底面，在所述单塔带篦圈旋转塔盘的旋转带动下进行集料。所述进风口设置在所述筒体的底部，与外界相连通，并能根据需要连接外部的鼓风设备。

优选的，所述选矿设备还包括控制量卸料器、控制量加料器和卸料管，所述控制量加料器进一步包括控制量漏斗和螺旋送料器。所述卸料管连通所述一号炉的底部与所述二号炉的顶部，所述控制量卸料器设置于所述卸料管的中上段，所述卸料管贯穿所述控制量卸料器。所述螺旋送料器的卸料口与所述卸料管的中段相连通，所述螺旋送料器的入料口与控制量漏斗的卸料口相连通，还原剂依次通过所述控制量漏斗、螺旋送料器进入所述卸料管与所述焙烧料混合。

优选的，所述二号炉进一步包括带齿旋转搅拌盘、安全气阀和单塔旋转塔盘。所述二号炉除顶盖外的筒体均设置有电加热网和保温层，所述安全气阀设置在所述二号炉的筒体顶部，并与外部连通。所述带齿旋转搅拌盘设置在所述二号炉的筒体内的上部，对来自于一号炉的焙烧料进行搅拌并均匀散布。所述单塔旋转塔盘设置在所述二号炉的筒体内的底部，对来自于一号炉的所述焙烧料进行翻滚和搅拌，为所述焙烧料提供还原反应环境。

优选的，所述冷却还原系统进一步包括还原管、冷却管、入水管、出水管和集气管二。所述集气管二连通在所述二号炉的筒体底部与所述还原管之间，所述还原管中的还原气体能通过所述集气管二进入所述二号炉的筒体内部，实现还原气体和热能的循环利用。所述入水管和出水管分别连通所述冷却管，来自于所述二号炉的焙烧料依次通过所述二号炉筒体底部的卸料口、还原管和冷却管后，送入淬冷池进行淬冷操作。所述还原管进一步包括从外至里逐层设置的外管、电热丝网、保温棉、U型的内管和螺旋送料器二，来自于所述二号炉的焙烧料在电机的带动下通过采用双螺旋结构的所述螺旋送料器二输送至所述冷却管。所述冷却管进一步包括从外至里逐层设置的外管、U型的内管和空心螺旋轴。来自于所述还原管的焙烧料在电机的带动下通过所述空心螺旋轴进行输送，在所述外管与内管之间，以及所述空心螺旋轴的中心通有冷却水，对所述空心螺旋轴中的焙烧料进行冷却。

本发明还另外具体提供了一种利用上述设备进行低品位铁矿石选矿的方法的技术实现方案，包括以下步骤：

S101：包括低品位铁矿石的焙烧料经所述一号炉的顶部进入一号炉的筒体内部，进行布料、脱水、干燥、预热和低温焙烧；

S102：经过低温焙烧后的焙烧料与还原剂进入所述二号炉，在所述二号炉中进行混合和还原反应后进入所述冷却还原系统；

S103：经过还原后的焙烧料经过所述冷却还原系统的还原管进行二次还原，再经过冷却管进行冷却后，送入淬冷池进行淬冷操作。

优选的，所述布料、脱水、干燥、预热、低温焙烧、卸料、还原、二次还原和冷却作业均在旋转状态下进行。

所述步骤S101进一步包括以下过程：

包括低品位铁矿石的焙烧料通过布料机均匀散布至位于一号炉内中上部的预热段进行脱水和干燥后，由带耙齿耙臂翻滚搅拌、预热后落入位于所述一号炉内下半部的燃烧室进行低温焙烧。由所述焙烧料在低温焙烧时产生的还原气体在热动力作用下上升，所述还原气体遇到集气挡板后进入位于一号炉的筒体保温层内的集气管中，并根据作业所需的加气量结合由外部鼓风机通过腰风管的配风实现定量、定速供风，单塔带篦圈旋转塔盘对所述焙烧料进行翻滚和搅拌，为所述焙烧料提供还原气体和焙烧环境。

优选的，所述步骤S102进一步包括以下过程：

低温焙烧完成后的焙烧料通过卸料管结合控制量卸料器进行控量、控速卸料，通过控制量加料器加入还原剂，并通过螺旋送料器使还原剂和焙烧料混合后进入二号炉进行还原作业。焙烧料进入二号炉后落至二号炉内筒体顶部的带齿旋转搅拌盘，所述带齿旋转搅拌盘将焙烧料充分翻滚，均匀分布至二号炉内，再次加大传热面积，加快反应速度。在设置在所述二号炉筒体的侧壁和底部的电加热网，以及保温层的作用下使炉内温度在还原反应的初始阶段达到还原作业所需的温度，单塔旋转塔盘对来自于所述一号炉的焙烧料进行翻滚和搅拌，为所述焙烧料提供还原反应环境。

优选的，所述步骤S103进一步包括以下过程：

经过还原反应的焙烧料通过卸料管结合控制量卸料器进行控量、控速卸料，所述卸料管在密闭条件下接入还原管，来自于所述二号炉的焙烧料在电机的带动下通过螺旋送料器二输送至冷却管，同时在所述二号炉内未充分反应的焙烧料在所述还原管中再次进行搅拌和还原反应。来自于还原管的焙烧料在电机的带动下通过空心螺旋轴在冷却管中进行输送，在所述冷却管的外管与内管之间，以及空心螺旋轴中心的冷却水对所述空心螺旋轴中的焙烧料进行冷却后，在密闭条件下送入淬冷池进行淬冷操作。

通过实施上述本发明提供的低品位铁矿石选矿设备及其方法的技术方案，具有如下技术效果：

(1)本发明设备及其方法的质量、热量传递面积大。由双布料机均匀布料，经带耙齿耙臂控速搅拌，同时在单塔带篦圈旋转塔盘对焙烧料进行充分翻滚的作用下，相同质量的原料粉粒与气体接触的面积比传统堆积状态下的接触面积大大增加，因此传递界面大幅增加，使得气体和固体之间热交换、质传递和颗粒化学反应的速率大大提高。

(2)本发明设备及其方法的综合传递系数较大。本发明设备是由温度不断递增的多层还原炉自上而下串联成的逆流式的换热和反应器，矿石粉体进入每一个焙烧室时首先被多向运动的耙臂(上设有齿)分散均匀铺散，进而被气流依靠表面作用加速。在加速的气体和固体之间的相对运动速度往往比回转窑大4～6倍，湍流度较高，故热边界层、质边界层均比较薄，加之气体和固体之间的温差和浓度差较大，因此综合传递系数通常比现有技术要大10～20倍。

(3)本发明设备及其方法传递动力大。在设备的每一个层炉腔内，固体颗粒与气流混合后存在着100～200K的较大温度差，因此形成了巨大的热量传递动力。

(4)本发明设备及其方法的可操作性和可维护性较强。低品位氧化铁矿粉的脱水、干燥、预热、焙烧、还原、冷却等作业过程在均在一台设备内分段完成，可以充分控制炉膛内的温度和反应气体浓度的变化。由于分段作业的设计，避免了在生产中局部(焙烧层以下的部分)检修需整机停工的现象，大大提高了生产的可持续性和效率。

(5)本发明设备及其方法能够有效地节约资源和成本。焙烧料在焙烧时不使用煤或者煤气等传统燃料，而是可以采用新型清洁燃料，无污染、成本低。同时，可以使焙烧过程更充分，极大地降低能耗，对现有资源的可持续开发利用和环境保护均有积极意义。炉体的侧壁内嵌有电热丝，结合耐火砖和保温层，使用少量电能即可达到相应作业阶段所需的平均运行温度，缩短了作业准备时间，降低了能耗，减少了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1是本发明低品位铁矿石选矿设备一种具体实施方式的结构组成示意图；

图2是本发明低品位铁矿石选矿设备一种具体实施方式中冷却还原系统的结构示意图；

图3是本发明低品位铁矿石选矿设备冷却还原系统中还原管的剖面结构示意图；

图4是本发明低品位铁矿石选矿设备冷却还原系统中冷却管的剖面结构示意图；

图5是本发明低品位铁矿石选矿设备一种具体实施方式中一号炉内的局部结构示意图；

图6是本发明低品位铁矿石选矿设备一种具体实施方式中二号炉内的局部结构示意图；

图7是本发明低品位铁矿石选矿方法一种具体实施方式的程序流程示意图；

图中：1-筒体，2-烟囱，3-布料机，4-带耙齿耙臂，5-电热加热网，6-耐火砖，7-隔热棉，8-集气管，9-集气挡板，10-腰风管，11-动锷板，12-静锷板，13-单塔带篦圈旋转塔盘，14-中心旋转轴，15-进风口，16-集料铲，17-控制量卸料器，18-控制量加料器，19-控制量漏斗，20-螺旋送料器，21-卸料管，22-带齿旋转搅拌盘，23-安全气阀，24-单塔旋转塔盘，25-还原管，26-冷却管，27-外管，28-内管，29-空心螺旋轴，30-入水管，31-出水管，32-集气管二，33-电热丝网，34-保温棉，35-螺旋送料器二。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图7所示，给出了本发明低品位铁矿石选矿设备及其方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如附图1所示，一种低品位铁矿石选矿设备的具体实施例，包括：首层的一号炉，位于一号炉底部的二号炉，以及位于二号炉底部的冷却还原系统。焙烧料一般包括一定比例的铁矿石原矿矿粉、以及焦粉和生物质。包括低品位铁矿石在内的焙烧料经一号炉的顶部进入一号炉的筒体1的内部，进行布料、脱水、干燥、预热和低温焙烧。经过低温焙烧后的焙烧料与还原剂进入二号炉，在二号炉中进行卸料、混合和还原反应后进入冷却还原系统。在二号炉中进行混合和还原时均利用余热进行保温。经过还原后的焙烧料经过冷却还原系统的还原管进行二次还原，再经过冷却管进行冷却后，送入淬冷池进行淬冷操作。作为本发明设备一种较佳的具体实施例，上述布料、脱水、干燥、预热、低温焙烧、卸料、还原、二次还原和冷却作业均进一步在旋转状态下进行。

一号炉进一步包括烟囱2、布料机3、带耙齿耙臂4、电加热网5、耐火砖6和隔热棉7。烟囱2设置在筒体1的顶部，布料机3设置在筒体1的上部，对焙烧料进行均匀的布料操作。带耙齿耙臂4设置在筒体1的上部，对焙烧料进行预热阶段的翻滚操作。耐火砖6设置在一号炉中上部至底部之间的筒体1内部的焙烧段，电加热网5设置在耐火砖6内，隔热棉7设置在筒体1的内表面与耐火砖6之间。其中，布料机3包含电机和旋转轴，可以根据不同的作业要求来设定和改变旋转轴的长度，以及电机运作的速度和方向。布料机3可以将焙烧料均匀地分布在最佳位置，使受热的均匀度提高，从而保证作业流畅性。带耙齿耙臂4也包含电机和旋转轴，旋转轴的长度可改变。布料机3和带耙齿耙臂4的电机和旋转轴均固定在一号炉的筒体1的顶盖上，可改变旋转轴的长度，可拆卸。带耙齿耙臂4上有一正十字形的固定十字架，在十字架上对称地分布有12个条状耙齿。带耙齿耙臂4能够在预热、焙烧阶段使焙烧料翻滚更加充分、均匀，增大焙烧料的传递接触界面，利用传热、传质充分发挥能源效率。一号炉的炉壁由外至内依次为：筒体钢板、隔热棉7、集气管8和耐火砖6，电加热网5设置在耐火砖6的内部。利用电加热网5，配合耐火砖6和隔热棉7，能够实现炉体内的整体恒温，产生炉壁效应，节省作业时间、提高效率、降低能耗。焙烧料在一号炉中进行低温焙烧，低温焙烧工艺，能够避免杂质(一般杂质熔点低)成结、成块。以往行业中的焙烧温度在达到作业要求后，高于杂质的熔点，所以容易产生杂质在设备内结节成块，以及与焙烧料混合结节的情况。低温焙烧的难点在于恒温加热和持续低温，现有选矿设备无法进行低温焙烧，从而为焙烧料的回收筛选工作带来了困难。电加热网5有则利于实现低温焙烧，电加热网5配合温控系统可以根据设定的炉内温度进行恒温和跳闸操作，在保证作业温度的前提之下可以同时降低能耗。

如附图5所示，一号炉还包括集气管8、集气挡板9、腰风管10、静锷板12、单塔带篦圈旋转塔盘13和进风口15。单塔带篦圈旋转塔盘13设置在一号炉的底部，对焙烧料进行翻滚和搅拌，为焙烧料提供还原气体和焙烧环境。集气管8设置在耐火砖6与隔热棉7之间，筒体1的中段为上宽下窄的倒漏斗形，在上宽下窄的倒漏斗形的筒体1内形成的斜坡末端的集气管8的上方设置有弧形的集气挡板9，由焙烧料在低温焙烧时产生的还原气体沿倒漏斗形的斜坡向上扩散，遇到集气挡板9后进入集气管8的一端。集气管8的另一端向下延伸至筒体1的底部，并与单塔带篦圈旋转塔盘13底部的进风口相连。位于单塔带篦圈旋转塔盘13底部的进风口与位于一号炉底部的进风口15是两个不同的部位。由于位于单塔带篦圈旋转塔盘13底部的进风口结构为现有技术中塔盘自身的成熟结构，因此在附图中并未示出。腰风管10横向设置在筒体1的中下端，与集气管8连通，可开启和关闭。在需要外部鼓风时，集气管8和腰风管10均可以接入鼓风机。单塔带篦圈旋转塔盘13包括动锷板11和集料铲16，静锷板12设置在耐火砖6底部的内表面，与动锷板11的水平面平齐，动锷板11设置在单塔带篦圈旋转塔盘13的外圈上，动锷板11和静锷板12对落下的焙烧料进行研磨破碎。动锷板11和静锷板12之间的距离可调节，可以根据作业要求设定距离，实现对落料的研磨、破碎，使落料的粒度达到作业要求，从而避免落料大小不均，进而影响续反应质量。集料铲16设置在单塔带篦圈旋转塔盘13的底面，在单塔带篦圈旋转塔盘13的旋转带动下进行集料。进风口15设置在筒体1的底部，并与外界相连通，可根据需要连接外部的鼓风设备，并可进行开启或关闭。一号炉炉体的顶盖和底盖均可根据需要开启或关闭，以便于检修。

单塔带篦圈旋转塔盘13采用单塔带篦圈双向旋转塔盘结构，包括：中心塔尖、环形篦圈，以及大齿轮等部件，均设计为多层、多段、分体式结构，降低了单个部件的重量，制造安装十分方便。由于单塔带篦圈双向旋转塔盘的卸料面积大、转速低，所以易损件更换周期大大延长。单塔带篦圈旋转塔盘13的中心塔尖直径小，具有一定高度，中心塔尖和篦圈周围均设有气口，能够有效地将还原气体送至燃烧室的中心，为快速烧制高产、高质的矿石创造良好的热工环境。同时，中心塔尖可控速控向旋转，中心塔尖外的环形篦圈由边缘的两个小齿轮带动其旋转(可正反转)，并相对于中心塔尖差速转动，使燃烧室的空气阻力均衡，增加了卸料的截面积。卸料口尺寸的降低从而缩小了出料的粒度，更利于矿石下一步的还原反应。整体塔盘采用两侧水平由气室向中心塔尖、环形篦圈底部多管道均布结构，以及通风与腰部配风相结合的形式，彻底解决了炉内通风不均匀的现象，提高了矿石的烧成效率，有效降低了矿石烧成的热耗。通过装配调速电机，中心塔尖和环形篦圈的转速均可调，通过降低中心塔尖的转速，甚至停转、反转，能够彻底解决中心卸料快、边部卸料慢而出现“抽芯”的问题，使燃烧带的通风阻力均衡；保证了料面的均匀下降，以及“底火”的稳定，达到加料、焙烧、卸料三平衡，通过增加对熟料的破碎功能，破碎后的熟料进入筒体1中段的倒漏斗型区域内经喷水急冷后，不但熟料强度高，而且进一步降低了熟料中FCaO的含量，增加了产量，提高了熟料的安定性和质量。其中，单塔带篦圈旋转塔盘13还可以采用其他搅拌系统替代。

选矿设备还包括控制量卸料器17、控制量加料器18和卸料管21，控制量加料器18进一步包括控制量漏斗19和螺旋送料器20。卸料管21连通一号炉的底部与二号炉的顶部，控制量卸料器17设置于卸料管21的中上段，卸料管21贯穿控制量卸料器17。螺旋送料器20的卸料口与卸料管21的中段相连通，螺旋送料器20的入料口与控制量漏斗19的卸料口相连通，还原剂依次通过控制量漏斗19、螺旋送料器20进入卸料管21与焙烧料混合。控制量卸料器17可以控制卸料的速度和量，一定单位时间的卸料量可以自行设定。控制量加料器18可以控制加料的速度和量，一定单位时间的加料量可以自行设定。控制量漏斗19可以控制落料的速度和量，一定单位时间的落料量可以自行设定。螺旋送料器20可以控制送料的速度和量，一定单位时间的送料量可以自行设定。

如附图6所示，本发明设备包括两个二号炉，炉内的任何旋转式的设备均可控制运行方向和转速。当然，本发明设备也可以仅包括一个二号炉，或者根据需要设置三个以上的多个二号炉。二号炉进一步包括带齿旋转搅拌盘22、安全气阀23和单塔旋转塔盘24。二号炉除顶盖外的筒体均设置有电加热网和保温层，安全气阀23设置在二号炉的筒体顶部，并与外部连通。一号炉和二号炉中的电热加热网，全部链接温控系统，可以根据设定温度自动恒温和跳闸，可以充分保证效率、减少能耗。由于二号炉无烟囱，炉内温度上升将导致气压不断升高，所以安全气阀23可以适量释放多余的气体。带齿旋转搅拌盘22设置在二号炉的筒体内的上部，对来自于一号炉的焙烧料进行搅拌并均匀散布。单塔旋转塔盘24设置在二号炉的筒体内的底部，对来自于一号炉的焙烧料进行翻滚和搅拌，为焙烧料提供还原反应环境。其中，带齿旋转搅拌盘22包含电机和旋转轴，旋转轴的长度可改变，能够使落料反应更加充分。带齿旋转搅拌盘22采用将上述一号炉的单塔带篦圈双向旋转塔盘更换成单塔单向旋转塔盘，两者除塔盘结构不同之外，其余结构相同。塔盘的篦圈和中心可根据需要设定顺时针或逆时针旋转。两种带篦圈塔盘的作用相同，双向旋转塔盘的优点在于处理大量焙烧料的环节优势突出。单塔旋转塔盘24还可以采用其他搅拌系统替代。

如附图2所示，冷却还原系统进一步包括还原管25、冷却管26、入水管30、出水管31和集气管二32。集气管二32连通在二号炉的筒体底部与还原管25之间，还原管25中的还原气体能通过集气管二32进入二号炉的筒体内部，实现还原气体和热能的循环利用。由于还原管25中的空间小，还原气体浓度高、熟料还原充分，还原气体带有大量的热量，因此回收还原管25中的气体能够使得还原气体和热能循环利用，从而实现供热节能。入水管30和出水管31分别连通冷却管26，来自于二号炉的焙烧料依次通过二号炉筒体底部的卸料口、还原管25和冷却管26后，送入淬冷池进行淬冷操作。如附图3所示，还原管25采用U型双螺旋轴恒温还原管结构，进一步包括从外至里逐层设置的正圆型的外管27、电热丝网33、保温棉34、U型的内管28和螺旋送料器二35，来自于二号炉的焙烧料在电机的带动下通过采用双螺旋结构的螺旋送料器二35输送至冷却管26。还原管25采取双螺旋搅拌送料，每一层螺旋叶片上均设置有适量的孔利于通料和通气，保证送料过程的流畅性。内管28的U型设计利于通料，由于焙烧料的温度极高，易产生热胀冷缩现象使热料集聚膨胀与内管28的内壁卡死出现送料不畅的情况，内管28在正圆形状态下，焙烧料容易卡死叶片，从而造成堵料。而U型的内管28能够为集聚的热料提供足够的空间，保证了送料过程的流畅性。还原管25的作用是使得焙烧料更加充分的搅拌和还原，使在二号炉中未能充分反应的焙烧料有再次反应的机会，同时双螺旋的设计加大了搅拌的程度，还原管25的管道特性提供了充分的搅拌和还原时间，在送料的同时也能起到还原的作用。螺旋送料器二35包含电机、齿轮和链条。如附图4所示，冷却管26进一步包括从外至里逐层设置的正圆型的外管27、U型的内管28和空心螺旋轴29。空心螺旋轴29采用单螺旋轴承，螺旋叶片上设置有孔，避免了对流气压阻碍送料的情况。来自于还原管25的焙烧料在电机的带动下通过空心螺旋轴29进行输送，在外管27与内管28之间，以及空心螺旋轴29的中心通有冷却水，对空心螺旋轴29中的焙烧料进行冷却。该冷却系统具有良好的冷却效果，可实现迅速降温。单侧的冷却还原系统包括四个轴，由一个电机通过齿轮和链条带动。

实施例2：

如附图7所示，为一个完整的低品位铁矿石选矿方法的作业流程，包括以下步骤：

对备选的低品位铁矿石进行破碎和研磨；

对备选的低品位铁矿石进行配方，主要是加入生物质和焦粉；

对经过配方的备选低品位铁矿石进行制粒成型成焙烧料；

焙烧料在一号炉中进行布料脱水、干燥和预热；

焙烧料在一号炉中进行低温焙烧；

经过低温焙烧的焙烧料在二号炉中进行还原反应；

经过还原反应的焙烧料在冷却还原系统中进行还原和冷却；

经过还原、冷却的焙烧料淬冷后进行磁选。

一种利用上述设备进行低品位铁矿石选矿的方法的具体实施例，包括以下步骤：

S101：包括低品位铁矿石的焙烧料经一号炉的顶部进入一号炉的筒体1内部，进行布料、脱水、干燥、预热和低温焙烧；

S102：经过低温焙烧后的焙烧料(又称为熟料)与还原剂进入二号炉，在二号炉中进行卸料、混合和还原反应后进入冷却还原系统；

S103：经过还原后的焙烧料经过冷却还原系统的还原管进行二次还原，再经过冷却管进行冷却后，送入淬冷池进行淬冷操作；

作为本发明方法一种较佳的具体实施例，上述布料、脱水、干燥、预热、低温焙烧、卸料、还原、二次还原和冷却作业均进一步在旋转状态下进行。

步骤S101进一步包括以下过程：

包括低品位铁矿石的焙烧料通过布料机3均匀散布至位于一号炉内中上部的预热段(一号炉筒体1中段倒漏斗形的斜坡部分)进行脱水和干燥后，由带耙齿耙臂4翻滚搅拌、预热后落入位于一号炉内下半部的燃烧室进行低温焙烧，翻滚搅拌能够增大焙烧料的传递接触界面。由焙烧料在低温焙烧时产生的还原气体在热动力作用下上升，还原气体遇到集气挡板9后进入位于一号炉筒体的保温层内的集气管8中，并根据作业所需的加气量结合由外部鼓风机通过腰风管10的配风实现定量、定速供风，良好地控制了空气阻力。由于收集气体的过程完全在保温状态下完成，炉体可收集可用的还原气体和充分的利用热能，因此极大地降低了能耗。单塔带篦圈旋转塔盘13对焙烧料进行翻滚和搅拌，为焙烧料提供还原气体和焙烧环境。

步骤S102进一步包括以下过程：

低温焙烧完成后的焙烧料通过卸料管21结合控制量卸料器17进行控量、控速卸料，有利于保证卸料过程的流畅性。通过控制量加料器加入还原剂，并通过螺旋送料器20使还原剂和焙烧料混合后进入二号炉进行还原作业。焙烧料进入二号炉后落至二号炉内筒体顶部的带齿旋转搅拌盘22，带齿旋转搅拌盘22将焙烧料充分翻滚，均匀分布至二号炉内，再次加大传热面积，加快反应速度。在设置在二号炉筒体的侧壁和底部的电加热网，以及保温层的作用下，使炉内温度在还原反应的初始阶段即达到还原作业所需的温度。单塔旋转塔盘24对来自于一号炉的焙烧料进行翻滚和搅拌，为焙烧料提供二次焙烧和还原反应环境。本发明将低温焙烧和还原反应分为一号炉和二号炉的两个燃烧室完成，有利于构建无氧的还原环境。

步骤S103进一步包括以下过程：

经过还原反应的焙烧料通过卸料管21结合控制量卸料器17进行控量、控速卸料，有利于保证卸料过程的流畅性。卸料管21在密闭条件下接入还原管25。来自于二号炉的焙烧料在电机的带动下通过螺旋送料器二35输送至冷却管26，同时在二号炉内未充分反应的焙烧料在还原管25中再次进行搅拌和还原反应。来自于还原管25的焙烧料在电机的带动下通过空心螺旋轴29在冷却管26中进行输送，在冷却管26的外管27与内管28之间，以及空心螺旋轴29中心的冷却水对空心螺旋轴29中的焙烧料进行冷却后，在密闭条件下送入淬冷池进行淬冷操作。

实施例3：

一种利用上述设备进行氧化铁矿石的选矿方法，具体包括如下步骤；

(1)设备的准备：同实施例1；

(2)脱水、干燥：将粒度为0～2.0mm，水分含量为12％(质量百分比)的粉状低品位氧化铁矿经真空制粒从本发明设备中一号炉的入料口进入脱水干燥段，在500K的温度，以及带耙齿耙臂4的翻动下(旋转主轴，旋转速度为0.3转/min)在脱水干燥段进行7分钟的脱水干燥处理，利用不断上升的热气在脱水干燥段进行脱水干燥；其中，粉状低品位氧化铁矿石选用广西崇左开采的氧化铁矿石，铁矿粉的铁品位在35％～45％；

(3)预热、焙烧：经过脱水干燥后的物料进入预热焙烧段进行预热、焙烧(第1段为预热段，第2段为焙烧段)，1、2段均位于一号炉内，上部分为预热段，下部分为焙烧段；脱水干燥后的物料在750-900k的温度，以及单塔带篦圈旋转塔盘13的翻动下(旋转主轴上旋转，旋转速度为0.3转/min)焙烧5分钟；预热、焙烧均在CO还原气氛下进行，CO的体积百分含量为4％；

(4)还原、冷却：焙烧后的物料在翻动状态下与还原剂(或视情况加入催化剂)进入到本发明设备的二号炉，进行还原，随后进入还原管25进行进一步的二次还原，以保证能源的充分利用；脱水干燥、预热、焙烧、还原中的热量均可以相互利用补足，最后通过双套管中心轴结构的冷却系统进行冷却；

(5)冷却后的物料在密封条件下排入水池淬冷(在隔绝空气的条件下排向炉外的水池进行淬冷)；

(6)淬冷后的物料进行粉磨；

(7)粉磨后的物料进入磁场强度为20000e的弱磁选设备中进行磁选分离，得到精矿产品，浓缩脱水后直接销售或进行进一步的深加工。上述具体实施例中的具体工艺参数数据可以根据不同的原矿矿石种类进行选择。

通过实施本发明具体实施例描述的低品位铁矿石选矿设备及其方法的技术方案，能够产生如下技术效果：

(1)本发明具体实施例描述的设备及其方法工艺流程简单，单位时间的焙烧处理量大大提高。经过试验证明，本发明设备及其方法在工业上应用后，将会使生产流程简单，设备投资少，显著降低能源消耗，大幅降低生产成本，实现铁矿物与脉石矿物的高效分离和低成本地回收利用，大幅提高低品位难选氧化铁矿资源的利用率。同时，焙烧、还原和冷却过程均在一台分体式的设备内完成，在遇到局部故障时，可以单独检修其中故障的生产线路，不影响另一侧的工作运作，保证了生产率。

(2)本发明具体实施例描述的设备及其方法反应时间短、效率高。本发明设备及其方法能够将选矿过程由几个小时缩减到二十余分钟，脱水、干燥、预热、焙烧、还原、冷却均在动态下完成，气体、固体接触面积增加十倍以上，能迅速地完成还原焙烧反应的热量、动量和质量的传递，反应速度大大加快。例如：对不同粒级(0～2.0mm)、含铁量25％～45％的难选低品位氧化铁矿石在动态条件下实现分还原和焙烧，能够顺利实现Fe₂O₃(弱磁性)向Fe₃O₄(强磁性)快速转变，转化率≥90％。焙烧产品经弱磁选，铁精矿品位≥60％，铁回收率≥85％。

(3)本发明具体实施例描述的设备及其方法可以很好地解决难选氧化铁铁矿的选矿问题。将脉石中主要含量为含铁硅酸岩的细粒红铁矿粉(粒度为0～2.0mm)加入本发明设备中进行焙烧还原，炉内温度控制在650～900K，使物料在其中不断翻腾，从而提高物料与还原气体之间的传热性质和动量传递效率，加快反应速率，将弱磁性铁矿物(赤褐铁矿、菱铁矿等)转化为强磁性的磁铁矿，而含铁硅酸岩等脉石矿物的磁性却变化不大。同时，铁矿石更容易发生晶体裂变，达到需要的解粒度，进而便可通过弱磁选工艺对其进行有效的分选。本发明设备及其方法可以较好地对细粒级(0～2.0mm)低品味氧化铁进行焙烧还原作业，对于早期已磨细而不能回收堆存在尾矿库中的氧化铁矿，以及正在生产过程中不能回收的难选氧化铁矿，都能够进行低成本高效的回收。

(4)本发明具体实施例描述的设备及其方法可以获得高品质的铁精矿，铁精矿品位≥60％。本发明设备的反应时间比传统的磁化焙烧—磁选工艺提高了近十倍，能耗下降两倍，并且获得了铁精矿品位为60～62％，产率为55％，回收率为88％以上，以及尾矿铁品位为7～9％的良好指标，铁精矿品位能够提高至60％。按照目前铁精矿产品市场价格每吨750元均价计算，年处理10万吨原矿进行多层动态磁化焙烧—磁选，可实现总产值约为：10×55％×750＝4125万元，加工成本约100/吨原矿，原料成本30元/吨原矿，并可实现利润2825万元，经济效益显著。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种低品位铁矿石选矿设备，其特征在于，包括：一号炉、二号炉，以及冷却还原系统；包括低品位铁矿石的焙烧料经所述一号炉的顶部进入一号炉的筒体(1)内部，进行布料、脱水、干燥、预热和低温焙烧；经过低温焙烧后的焙烧料与还原剂进入所述二号炉，在所述二号炉中进行混合和还原反应后进入所述冷却还原系统；经过还原后的焙烧料经过所述冷却还原系统的还原管进行二次还原，再经过冷却管进行冷却后，送入淬冷池进行淬冷操作；所述布料、脱水、干燥、预热、低温焙烧、卸料、还原、二次还原和冷却作业均在旋转状态下进行；所述一号炉进一步包括烟囱(2)、布料机(3)、带耙齿耙臂(4)、电加热网(5)、耐火砖(6)和隔热棉(7)；所述烟囱(2)设置在所述筒体(1)的顶部，所述布料机(3)设置在所述筒体(1)的上部，对所述焙烧料进行均匀的布料操作；所述带耙齿耙臂(4)设置在所述筒体(1)的上部，对所述焙烧料进行预热阶段的翻滚操作；所述耐火砖(6)设置在所述一号炉中上部至底部之间的筒体(1)内部，所述电加热网(5)设置在所述耐火砖(6)内，所述隔热棉(7)设置在所述筒体(1)的内表面与所述耐火砖(6)之间；所述一号炉还包括集气管(8)、集气挡板(9)、腰风管(10)、静锷板(12)、单塔带篦圈旋转塔盘(13)和进风口(15)；所述单塔带篦圈旋转塔盘(13)设置在所述一号炉的底部，对所述焙烧料进行翻滚和搅拌，为所述焙烧料提供还原气体和焙烧环境；所述集气管(8)设置在所述耐火砖(6)与隔热棉(7)之间，所述筒体(1)的中段为上宽下窄的倒漏斗形，在上宽下窄的倒漏斗形的筒体(1)内形成的斜坡末端的集气管(8)的上方设置有弧形的集气挡板(9)，由所述焙烧料在低温焙烧时产生的还原气体沿所述倒漏斗形的斜坡向上扩散，遇到所述集气挡板(9)后进入所述集气管(8)的一端；所述集气管(8)的另一端向下延伸至所述筒体(1)的底部，并与所述单塔带篦圈旋转塔盘(13)底部的进风口相连；所述腰风管(10)横向设置在所述筒体(1)的中下端，并与所述集气管(8)连通；所述单塔带篦圈旋转塔盘(13)包括动锷板(11)和集料铲(16)，所述静锷板(12)设置在所述耐火砖(6)底部的内表面，所述动锷板(11)和静锷板(12)对落下的焙烧料进行研磨破碎；所述集料铲(16)设置在所述单塔带篦圈旋转塔盘(13)的底面，在所述单塔带篦圈旋转塔盘(13)的旋转带动下进行集料；所述进风口(15)设置在所述筒体(1)的底部，与外界相连通，并能根据需要连接外部的鼓风设备。

2.根据权利要求1所述的低品位铁矿石选矿设备，其特征在于：所述选矿设备还包括控制量卸料器(17)、控制量加料器(18)和卸料管(21)，所述控制量加料器(18)进一步包括控制量漏斗(19)和螺旋送料器(20)；所述卸料管(21)连通所述一号炉的底部与所述二号炉的顶部，所述控制量卸料器(17)设置于所述卸料管(21)的中上段，所述卸料管(21)贯穿所述控制量卸料器(17)；所述螺旋送料器(20)的卸料口与所述卸料管(21)的中段相连通，所述螺旋送料器(20)的入料口与控制量漏斗(19)的卸料口相连通，还原剂依次通过所述控制量漏斗(19)、螺旋送料器(20)进入所述卸料管(21)与所述焙烧料混合。

3.根据权利要求2所述的低品位铁矿石选矿设备，其特征在于：所述二号炉进一步包括带齿旋转搅拌盘(22)、安全气阀(23)和单塔旋转塔盘(24)；所述二号炉除顶盖外的筒体均设置有电加热网和保温层，所述安全气阀(23)设置在所述二号炉的筒体顶部，并与外部连通；所述带齿旋转搅拌盘(22)设置在所述二号炉的筒体内的上部，对来自于一号炉的焙烧料进行搅拌并均匀散布；所述单塔旋转塔盘(24)设置在所述二号炉的筒体内的底部，对来自于一号炉的所述焙烧料进行翻滚和搅拌，为所述焙烧料提供还原反应环境。

4.根据权利要求1至3任一项所述的低品位铁矿石选矿设备，其特征在于：所述冷却还原系统进一步包括还原管(25)、冷却管(26)、入水管(30)、出水管(31)和集气管二(32)；所述集气管二(32)连通在所述二号炉的筒体底部与所述还原管(25)之间，所述还原管(25)中的还原气体能通过所述集气管二(32)进入所述二号炉的筒体内部，实现还原气体和热能的循环利用；所述入水管(30)和出水管(31)分别连通所述冷却管(26)，来自于所述二号炉的焙烧料依次通过所述二号炉筒体底部的卸料口、还原管(25)和冷却管(26)后，送入淬冷池进行淬冷操作；所述还原管(25)进一步包括从外至里逐层设置的外管(27)、电热丝网(33)、保温棉(34)、U型的内管(28)和螺旋送料器二(35)，来自于所述二号炉的焙烧料在电机的带动下通过采用双螺旋结构的所述螺旋送料器二(35)输送至所述冷却管(26)；所述冷却管(26)进一步包括从外至里逐层设置的外管(27)、U型的内管(28)和空心螺旋轴(29)；来自于所述还原管(25)的焙烧料在电机的带动下通过所述空心螺旋轴(29)进行输送，在所述外管(27)与内管(28)之间，以及所述空心螺旋轴(29)的中心通有冷却水，对所述空心螺旋轴(29)中的焙烧料进行冷却。

5.一种利用权利要求1至4任一项所述设备进行低品位铁矿石选矿的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：包括低品位铁矿石的焙烧料经所述一号炉的顶部进入一号炉的筒体(1)内部，进行布料、脱水、干燥、预热和低温焙烧；

S102：经过低温焙烧后的焙烧料与还原剂进入所述二号炉，在所述二号炉中进行混合和还原反应后进入所述冷却还原系统；

S103：经过还原后的焙烧料经过所述冷却还原系统的还原管进行二次还原，再经过冷却管进行冷却后，送入淬冷池进行淬冷操作。

6.根据权利要求5所述的低品位铁矿石选矿方法，其特征在于，所述布料、脱水、干燥、预热、低温焙烧、卸料、还原、二次还原和冷却作业均在旋转状态下进行；所述步骤S101进一步包括以下过程：

包括低品位铁矿石的焙烧料通过布料机(3)均匀散布至位于一号炉内中上部的预热段进行脱水和干燥后，由带耙齿耙臂(4)翻滚搅拌、预热后落入位于所述一号炉内下半部的燃烧室进行低温焙烧；由所述焙烧料在低温焙烧时产生的还原气体在热动力作用下上升，所述还原气体遇到集气挡板(9)后进入位于一号炉的筒体保温层内的集气管(8)中，并根据作业所需的加气量结合由外部鼓风机通过腰风管(10)的配风实现定量、定速供风，单塔带篦圈旋转塔盘(13)对所述焙烧料进行翻滚和搅拌，为所述焙烧料提供还原气体和焙烧环境。

7.根据权利要求6所述的低品位铁矿石选矿方法，其特征在于，所述步骤S102进一步包括以下过程：

低温焙烧完成后的焙烧料通过卸料管(21)结合控制量卸料器(17)进行控量、控速卸料，通过控制量加料器加入还原剂，并通过螺旋送料器(20)使还原剂和焙烧料混合后进入二号炉进行还原作业；焙烧料进入二号炉后落至二号炉内筒体顶部的带齿旋转搅拌盘(22)，所述带齿旋转搅拌盘(22)将焙烧料充分翻滚，均匀分布至二号炉内，再次加大传热面积，加快反应速度；在设置在所述二号炉筒体的侧壁和底部的电加热网，以及保温层的作用下使炉内温度在还原反应的初始阶段达到还原作业所需的温度，单塔旋转塔盘(24)对来自于所述一号炉的焙烧料进行翻滚和搅拌，为所述焙烧料提供还原反应环境。

8.根据权利要求7所述的低品位铁矿石选矿方法，其特征在于，所述步骤S103进一步包括以下过程：

经过还原反应的焙烧料通过卸料管(21)结合控制量卸料器(17)进行控量、控速卸料，所述卸料管(21)在密闭条件下接入还原管(25)，来自于所述二号炉的焙烧料在电机的带动下通过螺旋送料器二(35)输送至冷却管(26)，同时在所述二号炉内未充分反应的焙烧料在所述还原管(25)中再次进行搅拌和还原反应；来自于还原管(25)的焙烧料在电机的带动下通过空心螺旋轴(29)在冷却管(26)中进行输送，在所述冷却管(26)的外管(27)与内管(28)之间，以及空心螺旋轴(29)中心的冷却水对所述空心螺旋轴(29)中的焙烧料进行冷却后，在密闭条件下送入淬冷池进行淬冷操作。