CN107130103A - 赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统以及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统以及处理方法，系统包括：磨矿装置，其具有物料入口和物料粉末出口；第一净化装置，其具有高炉煤气入口和净化高炉煤气出口；加压混合装置，其具有净化高炉煤气入口、二氧化碳入口、水蒸气入口和还原气出口；加热装置，其具有还原气入口和加热后还原气出口；闪速磁化焙烧炉，其具有物料粉末入口、加热后还原气入口、尾气出口和还原产物出口；磁选装置，其具有还原产物入口、铁精矿出口和尾渣出口。该系统可以采用高炉煤气作为还原原料气，通过在弱还原性气氛下对赤铁矿型难选矿和废渣进行闪速磁化焙烧处理，制备得到高铁品位的铁精矿。

Description

赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统以及处理方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体而言，本发明涉及赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统以及处理方法。
背景技术
我国铁矿资源总量丰富，但由于优质铁矿资源匮乏、复杂难选铁矿石利用率低以及国内铁矿石生产企业产能不足，致使国内铁矿石产量远远无法满足钢铁企业的需求，多数大型钢铁企业不得不大量进口铁矿石。铁矿石对外依存度居高不下不仅对我国钢铁产业造成严重的影响，对国民经济的健康持续发展也构成了巨大威胁。
除天然赋存的难选铁矿物之外，冶金和化工行业每年还会产生包括硫铁矿烧渣在内的大量含铁废渣。这种废渣中的铁主要以赤铁矿(Fe2O3)的形态存在。由于这种废渣颗粒很细，铁品位又低，难以直接作为炼铁原料，往往采取堆存处理，造成“放之不用，弃之可惜”的问题，而且对生态环境构成严重威胁。
因此，现有的处理赤铁矿型难选矿和废渣的手段仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统以及处理方法。该系统可以采用高炉煤气作为还原原料气，通过在弱还原性气氛下对赤铁矿型难选矿和废渣进行闪速磁化焙烧处理，制备得到高铁品位的铁精矿。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种赤铁矿型难选矿的处理系统。根据本发明的实施例，该系统包括：磨矿装置，所述磨矿装置具有物料入口和物料粉末出口；第一净化装置，所述第一净化装置具有高炉煤气入口和净化高炉煤气出口；加压混合装置，所述加压混合装置具有净化高炉煤气入口、二氧化碳入口、水蒸气入口和还原气出口，所述净化高炉煤气入口与所述净化高炉煤气出口相连；蒸汽锅炉，所述蒸汽锅炉与所述水蒸气入口相连；加热装置，所述加热装置具有还原气入口和加热后还原气出口，所述还原气入口与所述还原气出口相连；闪速磁化焙烧炉，所述闪速磁化焙烧炉具有物料粉末入口、加热后还原气入口、尾气出口和还原产物出口，所述物料粉末入口与所述物料粉末出口相连，所述加热后还原气入口与所述加热后还原气出口相连；磁选装置，所述磁选装置具有还原产物入口、铁精矿出口和尾渣出口，所述还原产物入口与所述还原产物出口相连。
根据本发明实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统通过将赤铁矿型难选矿或废渣供给至磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到物料粉末；同时将高炉煤气供给至第一净化装置中进行第一净化处理，并将得到的净化高炉煤气供给至加压混合装置中与二氧化碳气体和水蒸气进行加压混合，以便得到弱还原性的还原气；进而将还原气供给至加热装置中进行加热处理，以便得到加热后还原气；进一步地，将物料粉末与加热后还原气供给至闪速磁化焙烧炉中进行闪速磁化焙烧处理，以便将赤铁矿型难选矿或废渣物料粉末中的Fe2O3改性为以磁性Fe3O4主要成分的还原产物并产生尾气，后续将还原产物供给至磁选装置中进行磁选处理，以便得到铁精矿和尾渣。该系统通过采用弱还原性还原气对赤铁矿型难选矿或废渣物料粉末进行闪速磁化焙烧处理，可以显著提高还原产物中磁性Fe3O4的稳定性和收率，从而提高磁选得到的铁精矿中的铁品位；同时采用净化后高炉煤气作为还原原料气，不需要额外设置制气设备，显著提高了资源利用率。
另外，根据本发明上述实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述磨矿装置为球磨机、棒磨机或雷蒙磨。
在本发明的一些实施例中，所述赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统进一步包括：煤气柜，所述煤气柜设置在所述第一净化装置和所述加压混合装置之间。由此，可以在将净化高炉煤气通入加压混合装置之前，预先将净化高炉煤气供给至煤气柜中储存。
在本发明的一些实施例中，所述赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统进一步包括：第二净化装置，所述第二净化装置具有尾气入口和净化尾气出口，所述尾气入口与所述闪速磁化焙烧炉的尾气出口相连，所述净化尾气出口与所述煤气柜相连；由此，可以将闪速磁化焙烧炉中产生的尾气供给至第二净化装置中进行第二净化处理，以便得到净化尾气，并将净化尾气供给至煤气柜中。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种采用上述实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统处理赤铁矿型难选矿和废渣的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将赤铁矿型难选矿或废渣供给至磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到物料粉末；将高炉煤气供给至第一净化装置中进行第一净化处理，以便得到净化高炉煤气；将二氧化碳、水蒸气和所述净化高炉煤气供给至混合装置中进行加压混合，以便得到还原气；将所述还原气供给至加热装置中进行加热处理，以便得到加热后还原气；将所述物料粉末和所述加热后还原气供给至闪速磁化焙烧炉中进行闪速磁化焙烧处理，以便得到还原产物并产生尾气；以及将所述还原产物供给至磁选装置中进行磁选处理，以便得到铁精矿和尾渣。
由此，根据本发明实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理方法通过将赤铁矿型难选矿或废渣供给至磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到物料粉末；同时将高炉煤气供给至第一净化装置中进行第一净化处理，并将得到的净化高炉煤气供给至加压混合装置中与二氧化碳气体和水蒸气进行加压混合，以便得到弱还原性的还原气；进而将还原气供给至加热装置中进行加热处理，以便得到加热后还原气；进一步地，将物料粉末与加热后还原气供给至闪速磁化焙烧炉中进行闪速磁化焙烧处理，以便将赤铁矿型难选矿或废渣物料粉末中的Fe2O3改性为以磁性Fe3O4主要成分的还原产物并产生尾气，后续将还原产物供给至磁选装置中进行磁选处理，以便得到铁精矿和尾渣。该方法通过采用弱还原性还原气对赤铁矿型难选矿或废渣物料粉末进行闪速磁化焙烧处理，可以显著提高还原产物中磁性Fe3O4的稳定性和收率，从而提高磁选得到的铁精矿中的铁品位；同时采用净化后高炉煤气作为还原原料气，不需要额外设置制气设备，显著提高了资源利用率。
另外，根据本发明上述实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述赤铁矿型难选矿和废渣的处理方法进一步包括：在将所述净化高炉煤气通入所述加压混合装置之前，预先供给至煤气柜中进行储存；将所述闪速磁化焙烧炉中产生的所述尾气供给至第二净化装置中进行第二净化处理，以便得到净化尾气，并将所述净化尾气供给至所述煤气柜中。
在本发明的一些实施例中，所述赤铁矿型难选矿为褐铁矿、镜铁矿、菱铁矿中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述废渣为铁含量30wt％以上且以赤铁矿形态存在的废渣。
在本发明的一些实施例中，所述物料粉末中粒径不高于45微米的粉末含量占70～90wt％。
在本发明的一些实施例中，所述还原气中一氧化碳的体积分数为3～15％，二氧化碳的体积分数为50～65％，氢气的体积分数为3～10％，水蒸气的体积分数为25～30。由此，可以进一步提高还原产物中Fe3O4的稳定性和收率，从而进一步提高制备得到的铁精矿中的铁品位。
在本发明的一些实施例中，所述闪速磁化焙烧处理是在600～800摄氏度的温度和0.15～0.3MPa的压力下进行30～60秒完成的，所述闪速磁化焙烧炉内的气体流速为0.5～1.5m/s。由此，可以进一步提高还原产物中Fe3O4的稳定性和收率，从而进一步提高制备得到的铁精矿中的铁品位。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统结构示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统结构示意图；
图3是根据本发明又一个实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理方法流程示意图；
图5是根据本发明再一个实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理方法流程示意图；
图6是根据本发明的一个实施例的CO和H2还原铁氧化物的热力学平衡图；
图7是根据本发明又一个实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种赤铁矿型难选矿的处理系统。根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：磨矿装置100、第一净化装置200、加压混合装置300、蒸汽锅炉350、加热装置400、闪速磁化焙烧炉500和磁选装置600。其中，磨矿装置100具有物料入口101和物料粉末出口102；第一净化装置200具有高炉煤气入口201和净化高炉煤气出口202；加压混合装置300具有净化高炉煤气入口301、二氧化碳入口302、水蒸气入口303和还原气出口304，净化高炉煤气入口301与净化高炉煤气出口202相连；蒸汽锅炉350与水蒸气入口303相连；加热装置400具有还原气入口401和加热后还原气出口402，还原气入口401与还原气出口304相连；闪速磁化焙烧炉500具有物料粉末入口501、加热后还原气入口502、尾气出口503和还原产物出口504，物料粉末入口501与物料粉末出口102相连，加热后还原气入口502与加热后还原气出口402相连；磁选装置600具有还原产物入口601、铁精矿出口602和尾渣出口603，还原产物入口601与还原产物出口504相连。
下面参考图1～3对根据本发明实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统进行详细描述：
根据本发明的实施例，磨矿装置100具有物料入口101和物料粉末出口102，磨矿装置100适于将赤铁矿型难选矿或废渣进行磨矿处理，以便得到物料粉末。发明人发现，在将赤铁矿型难选矿和废渣进行闪速磁化焙烧处理前，预先将其进行磨矿处理，可以显著提高对赤铁矿型难选矿和废渣中Fe2O3的磁化焙烧效果，从而显著提高还原产物中磁性Fe3O4的收率。
根据本发明的具体实施例，赤铁矿型难选矿可以为褐铁矿、镜铁矿和菱铁矿中的至少一种。
根据本发明的具体实施例，废渣可以为含量30wt％以上且以赤铁矿形态存在的废渣，主要是硫铁矿氧化焙烧-制硫酸工艺的残渣。
根据本发明的实施例，物料粉末的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，物料粉末中粒径不高于45微米的粉末含量可以占70～90wt％，由此，可以进一步提高对赤铁矿型难选矿和废渣中Fe2O3的磁化焙烧效果，从而显著提高还原产物中磁性Fe3O4的收率。
根据本发明的一个具体实施例，在将物料粉末供给至闪速磁化焙烧炉进行闪速磁化焙烧处理之前，可以预先将物料粉末烘干至含水量不高于1～3wt％，由此可以进一步提高后续闪速磁化焙烧处理中的热利用率。
根据本发明的实施例，第一净化装置200具有高炉煤气入口201和净化高炉煤气出口202，第一净化装置200适于将高炉煤气进行第一净化处理，以便得到净化高炉煤气。具体的，通过采用高炉煤气净化后用作闪速磁化焙烧处理的还原原料气，不需要额外设置制气设备，且能够提高资源的利用率，净化除尘后的高炉煤气(干基)的主要成分如表1所示：
表1高炉煤气(干基)的主要成分
组分 CO CO2 N2 H2 CH4 O2
含量/v％ 23～27 15～19 55～60 1.5～3.0 0.2～0.5 0.2～0.4
根据本发明的实施例，加压混合装置300具有净化高炉煤气入口301、二氧化碳入口302、水蒸气入口303和还原气出口304，净化高炉煤气入口301与净化高炉煤气出口202相连，加压混合装置300适于将二氧化碳和净化高炉煤气进行混合后加压，再经过后续蒸汽锅炉向混合气中补充适量的水蒸气，以便得到还原气。发明人通过大量实验发现，还原气中的还原性气体含量过高并不利于赤铁矿型难选矿或废渣中的Fe2O3磁化焙烧还原为磁性Fe3O4，还原性气体含量过高，可能导致Fe2O3还原为弱磁性的FeO，导致后续磁选处理得到的铁精矿中铁品位降低；进而，发明人根据CO和H2还原铁氧化物的热力学平衡图(图6)研究发现，为了使铁氧化物被还原为磁性Fe3O4并稳定存在，可以通过向净化高炉煤气中通入二氧化碳的方式，以降低还原气中的CO含量，从而使还原得到的Fe3O4稳定存在。
根据本发明的具体实施例，还原气中一氧化碳的体积分数可以为3～15v％，二氧化碳的体积分数可以为50～65v％，氢气的体积分数可以为3～10v％，水蒸气的体积分数可以为25～30v％，并且可以包括余量的N2。由此，可以进一步提高还原产物中Fe3O4的稳定性和收率，从而进一步提高制备得到的铁精矿中的铁品位。
根据本发明的实施例，加热装置400具有还原气入口401和加热后还原气出口402，还原气入口401与还原气出口304相连，加热装置400适于将还原气进行加热处理，以便得到加热后还原气。发明人发现，通过将还原气进行加热处理，可以进一步提高闪速磁化焙烧处理得到的还原产物中Fe3O4的稳定性和收率，从而进一步提高制备得到的铁精矿中的铁品位。
根据本发明的实施例，蒸汽锅炉350与水蒸气入口303相连，且适于向加压混合装置300内供给水蒸气，以便调整进入闪速磁化焙烧炉的还原气的组分，从而进一步提高还原得到的还原产物中磁性Fe3O4的稳定性和收率。
根据本发明的实施例，闪速磁化焙烧炉500具有物料粉末入口501、加热后还原气入口502、尾气出口503和还原产物出口504，物料粉末入口501与物料粉末出口102相连，加热后还原气入口502与加热后还原气出口402相连，闪速磁化焙烧炉500适于将物料粉末和加热后还原气进行闪速磁化焙烧处理，以便得到还原产物并产生尾气。
根据本发明的实施例，闪速磁化焙烧处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，闪速磁化焙烧处理可以在600～800摄氏度的温度和0.1～0.15MPa的压力下进行30～60秒完成，并且可以控制闪速磁化焙烧炉内的气体流速为0.5～1.5m/s。具体的，结合CO和H2还原铁氧化物的热力学平衡图(图6)，在600℃、700℃、750℃和800℃下适于Fe3O4的稳定存在的还原气组分理论值如表2所示：
表2 Fe3O4的稳定区对应的温度和气体含量范围
发明人在参考上述理论值的基础上，通过进行大量实验研究，得出了在在600℃和800℃下适于Fe3O4的稳定存在的还原气组分可以如表3所示：
表3闪速磁化焙烧炉的入炉还原气组分
组分 CO CO2 H2 H2O(g) N2
含量/v％ 3～15 50～65 3～10 25～30 余量
发明人发现，通过在600～800摄氏度温度范围以及0.1～0.15MPa压力内采用上述还原气对赤铁矿型难选矿或废渣粉末物料进行闪速磁化焙烧处理30～60s，可以有效地避免还原过程中物料被过度还原为弱磁性FeO，并且进一步提高还原产物中Fe3O4的稳定性和收率，从而进一步提高制备得到的铁精矿产品中铁的品位。
根据本发明的一个具体实施例，可以预先将物料粉末供给至闪速磁化焙烧炉料仓中，进一步采用螺旋进料器将粉末物料供给至闪速磁化焙烧炉内。
根据本发明的实施例，磁选装置600具有还原产物入口601、铁精矿出口602和尾渣出口603，还原产物入口601与还原产物出口504相连，磁选装置600适于将还原产物进行磁选处理，以便得到铁精矿和尾渣。
根据本发明的实施例，磁选处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，磁选处理可以在600～800Oe的磁场强度下完成。发明人发现，由于本申请的工艺预先将赤铁矿型难选矿或废渣磨矿至物料粉末中粒径不高于45微米的粉末含量占70～90wt％，且采用上述组分的还原气并且在上述闪速磁化焙烧条件下对物料粉末进行闪速磁化焙烧处理，可以保证得到的还原产物中具有较高含量的磁性Fe3O4，从而使得磁选处理在600～800Oe的弱磁场下即可磁选得到高品位的铁精矿产品，显著降低了能耗。
根据本发明的具体实施例，铁精矿的TFe不低于64wt％，从而可以满足高炉或非高炉炼铁中对铁精矿中铁品位的要求。
由此，根据本发明实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统通过将赤铁矿型难选矿或废渣供给至磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到物料粉末；同时将高炉煤气供给至第一净化装置中进行第一净化处理，并将得到的净化高炉煤气供给至加压混合装置中与二氧化碳气体和水蒸气进行加压混合，以便得到弱还原性的还原气；进而将还原气供给至加热装置中进行加热处理，以便得到加热后还原气；进一步地，将物料粉末与加热后还原气供给至闪速磁化焙烧炉中进行闪速磁化焙烧处理，以便将赤铁矿型难选矿或废渣物料粉末中的Fe2O3改性为以磁性Fe3O4主要成分的还原产物并产生尾气，后续将还原产物供给至磁选装置中进行磁选处理，以便得到铁精矿和尾渣。该系统通过采用弱还原性还原气对赤铁矿型难选矿或废渣物料粉末进行闪速磁化焙烧处理，可以显著提高还原产物中磁性Fe3O4的稳定性和收率，从而提高磁选得到的铁精矿中的铁品位；同时采用净化后高炉煤气作为还原原料气，不需要额外设置制气设备，显著提高了资源利用率。
参考图2，本发明的赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统还可以进一步包括：煤气柜700。
根据本发明的实施例，煤气柜700设置在第一净化装置200和加压混合装置300之间，由此，可以在将净化高炉煤气供给至加压混合装置之前，预先供给至煤气柜中进行储存，从而保证还原原料气的连续供应。
参考图3，本发明的赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统还可以进一步包括：第二净化装置800。
根据本发明的实施例，第二净化装置800具有尾气入口801和净化尾气出口802，尾气入口801与闪速磁化焙烧炉500的尾气出口503相连，净化尾气出口802与煤气柜相连，由此，可以将闪速磁化焙烧炉中产生的尾气供给至第二净化装置中进行第二净化处理，以便对尾气进行脱碳，并将得到的净化尾气供给至煤气柜中作为还原原料气循环使用，从而进一步提高资源的利用率。
根据本发明的一个具体实施例，可以通过设置集成控制系统分别对加压混合装置、蒸汽锅炉、加热装置和闪速磁化焙烧炉进行控制，具体地，集成控制系统可以根据闪速磁化焙烧炉中闪速磁化焙烧处理的进行的进度，自动控制加压混合装置中气体组分的配比、蒸汽锅炉向还原气中补充的水蒸气量、加热装置加热还原气的温度以及闪速磁化焙烧炉内的温度，以保证生产的连续进行。
由此，根据本发明实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统通过将赤铁矿型难选矿或废渣供给至磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到物料粉末；同时将高炉煤气供给至第一净化装置中进行第一净化处理，并将得到的净化高炉煤气供给至煤气柜中进行储存，再通过煤气柜供给至加压混合装置中与二氧化碳气体和水蒸气进行加压混合，以便得到弱还原性的还原气；进而将还原气供给至加热装置中进行加热处理，以便得到加热后还原气；进一步地，将物料粉末与加热后还原气供给至闪速磁化焙烧炉中进行闪速磁化焙烧处理，以便将赤铁矿型难选矿或废渣物料粉末中的Fe2O3改性为以磁性Fe3O4主要成分的还原产物并产生尾气，后续将还原产物供给至磁选装置中进行磁选处理，以便得到铁精矿和尾渣；另一方面，可以将闪速磁化焙烧炉中产生的尾气供给至第二净化装置中进行第二净化处理，并将得到的净化尾气供给至煤气柜中作为还原原料气循环使用。该系统通过采用弱还原性还原气对赤铁矿型难选矿或废渣物料粉末进行闪速磁化焙烧处理，可以显著提高还原产物中磁性Fe3O4的稳定性和收率，从而提高磁选得到的铁精矿中的铁品位；同时采用净化后高炉煤气作为还原原料气，不需要额外设置制气设备，显著提高了资源利用率。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种采用上述实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统处理赤铁矿型难选矿和废渣的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将赤铁矿型难选矿或废渣供给至磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到物料粉末；将高炉煤气供给至第一净化装置中进行第一净化处理，以便得到净化高炉煤气；将二氧化碳、水蒸气和净化高炉煤气供给至混合装置中进行加压混合，以便得到还原气；将还原气供给至加热装置中进行加热处理，以便得到加热后还原气；将物料粉末和加热后还原气供给至闪速磁化焙烧炉中进行闪速磁化焙烧处理，以便得到还原产物并产生尾气；以及将还原产物供给至磁选装置中进行磁选处理，以便得到铁精矿和尾渣。
下面参考图4～5对根据本发明实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：磨矿处理
该步骤中，将赤铁矿型难选矿或废渣供给至磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到物料粉末。发明人发现，在将赤铁矿型难选矿和废渣进行闪速磁化焙烧处理前，预先将其进行磨矿处理，可以显著提高对赤铁矿型难选矿和废渣中Fe2O3的磁化焙烧效果，从而显著提高还原产物中磁性Fe3O4的收率。
根据本发明的具体实施例，赤铁矿型难选矿可以为褐铁矿、镜铁矿和菱铁矿中的至少一种。
根据本发明的具体实施例，废渣可以为含量30wt％以上且以赤铁矿形态存在的废渣，主要是硫铁矿氧化焙烧-制硫酸工艺的残渣。
根据本发明的实施例，物料粉末的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，物料粉末中粒径不高于45微米的粉末含量可以占70～90wt％，由此，可以进一步提高对赤铁矿型难选矿和废渣中Fe2O3的磁化焙烧效果，从而显著提高还原产物中磁性Fe3O4的收率。
根据本发明的一个具体实施例，在将物料粉末供给至闪速磁化焙烧炉进行闪速磁化焙烧处理之前，可以预先将物料粉末烘干至含水量不高于1～3wt％，由此可以进一步提高后续闪速磁化焙烧处理中的热利用率。
S200：第一净化处理
该步骤中，将高炉煤气供给至第一净化装置中进行第一净化处理，以便得到净化高炉煤气。具体的，通过采用高炉煤气净化后用作闪速磁化焙烧处理的还原原料气，不需要额外设置制气设备，且能够提高资源的利用率，净化除尘后的高炉煤气(干基)的主要成分如表1所示：
表1高炉煤气(干基)的主要成分
组分 CO CO2 N2 H2 CH4 O2
含量/v％ 23～27 15～19 55～60 1.5～3.0 0.2～0.5 0.2～0.4
S300：加压混合
该步骤中，将二氧化碳、水蒸气和净化高炉煤气供给至加压混合装置中进行混合后加压，再经过后续蒸汽锅炉向混合气中补充适量的水蒸气，以便得到还原气。发明人通过大量实验发现，还原气中的还原性气体含量过高并不利于赤铁矿型难选矿或废渣中的Fe2O3磁化焙烧还原为磁性Fe3O4，还原性气体含量过高，可能导致Fe2O3还原为弱磁性的FeO，导致后续磁选处理得到的铁精矿中铁品位降低；进而，发明人根据CO和H2还原铁氧化物的热力学平衡图(图6)研究发现，为了使铁氧化物被还原为磁性Fe3O4并稳定存在，可以通过向净化高炉煤气中通入二氧化碳的方式，以降低还原气中的CO含量，从而使还原得到的Fe3O4稳定存在。
根据本发明的具体实施例，还原气中一氧化碳的体积分数可以为3～15v％，二氧化碳的体积分数可以为50～65v％，氢气的体积分数可以为3～10v％，水蒸气的体积分数可以为25～30v％，并且可以包括余量的N2。由此，可以进一步提高还原产物中Fe3O4的稳定性和收率，从而进一步提高制备得到的铁精矿中的铁品位。
S400：加热处理
该步骤中，将还原气供给至加热装置中进行加热处理，以便得到加热后还原气。发明人发现，通过将还原气进行加热处理，可以进一步提高闪速磁化焙烧处理得到的还原产物中Fe3O4的稳定性和收率，从而进一步提高制备得到的铁精矿中的铁品位。
S500：闪速磁化焙烧处理
该步骤中，将物料粉末和加热后还原气供给至闪速磁化焙烧炉中进行闪速磁化焙烧处理，以便得到还原产物并产生尾气。
根据本发明的实施例，闪速磁化焙烧处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，闪速磁化焙烧处理可以在600～800摄氏度的温度和0.15～0.3MPa的压力下进行30～60秒完成，并且可以控制闪速磁化焙烧炉内的气体流速为0.5～1.5m/s。具体的，结合CO和H2还原铁氧化物的热力学平衡图(图6)，在600℃、700℃、750℃和800℃下适于Fe3O4的稳定存在的还原气组分理论值如表2所示：
表2 Fe3O4的稳定区对应的温度和气体含量范围
发明人在参考上述理论值的基础上，通过进行大量实验研究，得出了在600℃和800℃下适于Fe3O4的稳定存在的还原气组分可以如表3所示：
表3闪速磁化焙烧炉的入炉还原气组分
组分 CO CO2 H2 H2O N2
含量/v％ 3～15 50～65 3～10 25～30 余量
发明人发现，通过在600～800℃温度范围以及0.15～0.3MPa压力内采用上述还原气对赤铁矿型难选矿或废渣粉末物料进行闪速磁化焙烧处理30～60s，可以有效地避免还原过程中物料被过度还原为弱磁性FeO，并且进一步提高还原产物中Fe3O4的稳定性和收率，从而进一步提高制备得到的铁精矿产品中铁的品位。
根据本发明的一个具体实施例，可以预先将物料粉末供给至闪速磁化焙烧炉料仓中，进一步采用螺旋进料器将粉末物料供给至闪速磁化焙烧炉内。
S600：磁选处理
该步骤中，将还原产物供给至磁选装置中进行磁选处理，以便得到铁精矿和尾渣。
根据本发明的实施例，磁选处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，磁选处理可以在600～800Oe的磁场强度下完成。发明人发现，由于本申请的工艺预先将赤铁矿型难选矿或废渣磨矿至物料粉末中粒径不高于45微米的粉末含量占70～90wt％，且采用上述组分的还原气并且在上述闪速磁化焙烧条件下对物料粉末进行闪速磁化焙烧处理，可以保证得到的还原产物中具有较高含量的磁性Fe3O4，从而使得磁选处理在600～800Oe的弱磁场下即可磁选得到高品位的铁精矿产品，显著降低了能耗。
根据本发明的具体实施例，铁精矿的TFe不低于64wt％，从而可以满足高炉或非高炉炼铁中对铁精矿中铁品位的要求。
由此，根据本发明实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理方法通过将赤铁矿型难选矿或废渣供给至磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到物料粉末；同时将高炉煤气供给至第一净化装置中进行第一净化处理，并将得到的净化高炉煤气供给至加压混合装置中与二氧化碳气体和水蒸气进行加压混合，以便得到弱还原性的还原气；进而将还原气供给至加热装置中进行加热处理，以便得到加热后还原气；进一步地，将物料粉末与加热后还原气供给至闪速磁化焙烧炉中进行闪速磁化焙烧处理，以便将赤铁矿型难选矿或废渣物料粉末中的Fe2O3改性为以磁性Fe3O4主要成分的还原产物并产生尾气，后续将还原产物供给至磁选装置中进行磁选处理，以便得到铁精矿和尾渣。该方法通过采用弱还原性还原气对赤铁矿型难选矿或废渣物料粉末进行闪速磁化焙烧处理，可以显著提高还原产物中磁性Fe3O4的稳定性和收率，从而提高磁选得到的铁精矿中的铁品位；同时采用净化后高炉煤气作为闪速磁化焙烧的原料气，不需要额外设置制气设备，显著提高了资源利用率。
参考图5，本发明的赤铁矿型难选矿和废渣的处理方法还可以进一步包括：
S700：储气
该步骤中，在将净化高炉煤气通入加压混合装置之前，预先供给至煤气柜中进行储存，由此可以保证还原原料气的连续供应。
参考图5，本发明的赤铁矿型难选矿和废渣的处理方法还可以进一步包括：
S800：第二净化处理
该步骤中，将闪速磁化焙烧炉中产生的尾气供给至第二净化装置中进行第二净化处理，以便对尾气进行脱碳，并将得到的净化尾气供给至煤气柜中作为还原原料气循环使用，从而进一步提高资源的利用率。
根据本发明的一个具体实施例，可以通过设置集成控制系统分别对加压混合装置、蒸汽锅炉、加热装置和闪速磁化焙烧炉进行控制，具体地，集成控制系统可以根据闪速磁化焙烧炉中闪速磁化焙烧处理的进行的进度，自动控制加压混合装置中气体组分的配比、蒸汽锅炉向还原气中补充的水蒸气量、加热装置加热还原气的温度以及闪速磁化焙烧炉内的温度，以保证生产的连续进行。
由此，根据本发明实施例的赤铁矿型难选矿和废渣的处理方法通过将赤铁矿型难选矿或废渣供给至磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到物料粉末；同时将高炉煤气供给至第一净化装置中进行第一净化处理，并将得到的净化高炉煤气供给至煤气柜中进行储存，再通过煤气柜供给至加压混合装置中与二氧化碳气体和水蒸气进行加压混合，以便得到弱还原性的还原气；进而将还原气供给至加热装置中进行加热处理，以便得到加热后还原气；进一步地，将物料粉末与加热后还原气供给至闪速磁化焙烧炉中进行闪速磁化焙烧处理，以便将赤铁矿型难选矿或废渣物料粉末中的Fe2O3改性为以磁性Fe3O4主要成分的还原产物并产生尾气，后续将还原产物供给至磁选装置中进行磁选处理，以便得到铁精矿和尾渣；另一方面，可以将闪速磁化焙烧炉中产生的尾气供给至第二净化装置中进行第二净化处理，并将得到的净化尾气供给至煤气柜中作为还原的原料气循环使用。该方法通过采用弱还原性还原气对赤铁矿型难选矿或废渣物料粉末进行闪速磁化焙烧处理，可以显著提高还原产物中磁性Fe3O4的稳定性和收率，从而提高磁选得到的铁精矿中的铁品位；同时采用净化后高炉煤气作为还原原料气，不需要额外设置制气设备，显著提高了资源利用率。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
参考图7，按照下列步骤处理赤铁矿型难选矿或废渣：
将赤铁矿型难选矿或废渣供给至磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到物料粉末；其中粒径不高于45微米的粉末含量占70wt％，磨矿装置可以包括但不限于球磨机、棒磨机、雷蒙磨等。
将高炉煤气供给至第一净化装置中进行水洗除尘，以便得到净化高炉煤气；
将二氧化碳和净化高炉煤气进行混合后加压，再经过加热炉加热，蒸汽锅炉向其中补充适量的水蒸气，再经过加热炉加热，即为闪速磁化焙烧炉的入炉原料气，还原气中CO体积分数为3v％，CO2体积分数为50v％，H2体积分数为3v％，H2O(g)体积分数为25v％；
将所述物料粉末和所述加热后还原气供给至闪速磁化焙烧炉中进行闪速磁化焙烧处理，以便得到还原产物并产生尾气；其中闪速磁化焙烧处理条件为：还原气压力0.1MPa，温度600℃，炉膛内气体流速0.5m/s，物料粉末在炉膛内停留时间保持在30s。
将所述还原产物供给至磁选装置中在600Oe下进行弱磁选，以便得到铁精矿和尾渣；其中铁精矿TFe为65wt％，达到高品位铁精矿的要求。
实施例2
参考图7，按照下列步骤处理赤铁矿型难选矿或废渣：
将赤铁矿型难选矿或废渣供给至磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到物料粉末；其中粒径不高于45微米的粉末含量占90wt％，磨矿装置可以包括但不限于球磨机、棒磨机、雷蒙磨等。
将高炉煤气供给至第一净化装置中进行水洗除尘，以便得到净化高炉煤气；
将二氧化碳和净化高炉煤气进行混合后加压，再经过加热炉加热，蒸汽锅炉向其中补充适量的水蒸气，再经过加热炉加热，即为闪速磁化焙烧炉的入炉原料气；其中还原气中CO体积分数为10v％，CO2体积分数为60v％，H2体积分数为5v％，H2O(g)体积分数为25v％；
将所述物料粉末和所述加热后还原气供给至闪速磁化焙烧炉中进行闪速磁化焙烧处理，以便得到还原产物并产生尾气；其中闪速磁化焙烧处理条件为：还原气压力0.15MPa，温度800℃，炉膛内气体流速1.5m/s，物料粉末在炉膛内停留时间保持在60s。
将所述还原产物供给至磁选装置中在800Oe下进行弱磁选，以便得到铁精矿和尾渣；其中铁精矿TFe为66wt％，达到高品位铁精矿的要求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统，其特征在于，包括：
磨矿装置，所述磨矿装置具有物料入口和物料粉末出口；
第一净化装置，所述第一净化装置具有高炉煤气入口和净化高炉煤气出口；
加压混合装置，所述加压混合装置具有净化高炉煤气入口、二氧化碳入口、水蒸气入口和还原气出口，所述净化高炉煤气入口与所述净化高炉煤气出口相连；
蒸汽锅炉，所述蒸汽锅炉与所述水蒸气入口相连；
加热装置，所述加热装置具有还原气入口和加热后还原气出口，所述还原气入口与所述还原气出口相连；
闪速磁化焙烧炉，所述闪速磁化焙烧炉具有物料粉末入口、加热后还原气入口、尾气出口和还原产物出口，所述物料粉末入口与所述物料粉末出口相连，所述加热后还原气入口与所述加热后还原气出口相连；
磁选装置，所述磁选装置具有还原产物入口、铁精矿出口和尾渣出口，所述还原产物入口与所述还原产物出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磨矿装置为球磨机、棒磨机或雷蒙磨。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：
煤气柜，所述煤气柜设置在所述第一净化装置和所述加压混合装置之间。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：
第二净化装置，所述第二净化装置具有尾气入口和净化尾气出口，所述尾气入口与所述闪速磁化焙烧炉的尾气出口相连，所述净化尾气出口与所述煤气柜相连。
5.一种采用权利要求1～4任一项所述的赤铁矿型难选矿和废渣的处理系统处理赤铁矿型难选矿和废渣的方法，其特征在于，包括：
将赤铁矿型难选矿或废渣供给至磨矿装置中进行磨矿处理，以便得到物料粉末；
将高炉煤气供给至第一净化装置中进行第一净化处理，以便得到净化高炉煤气；
将二氧化碳、水蒸气和所述净化高炉煤气供给至混合装置中进行加压混合，以便得到还原气；
将所述还原气供给至加热装置中进行加热处理，以便得到加热后还原气；
将所述物料粉末和所述加热后还原气供给至闪速磁化焙烧炉中进行闪速磁化焙烧处理，以便得到还原产物并产生尾气；以及
将所述还原产物供给至磁选装置中进行磁选处理，以便得到铁精矿和尾渣。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在将所述净化高炉煤气通入所述加压混合装置之前，预先供给至煤气柜中进行储存；
将所述闪速磁化焙烧炉中产生的所述尾气供给至第二净化装置中进行第二净化处理，以便得到净化尾气，并将所述净化尾气供给至所述煤气柜中。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述赤铁矿型难选矿为褐铁矿、镜铁矿、菱铁矿中的至少一种，
任选地，所述废渣为铁含量30wt％以上且以赤铁矿形态存在的废渣。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述物料粉末中粒径不高于45微米的粉末含量占70～90wt％。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述还原气中一氧化碳的体积分数为3～15％，二氧化碳的体积分数为50～65％，氢气的体积分数为3～10％，水蒸气的体积分数为25～30。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述闪速磁化焙烧处理是在600～800摄氏度的温度和0.15～0.3MPa的压力下进行30～60秒完成的，所述闪速磁化焙烧炉内的气体流速为0.5～1.5m/s。
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