CN107460307B - 一种高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用系统及方法，属于矿物加工技术领域，系统包括给料仓(1)、旋风分离器(11)、悬浮焙烧蓄热器(3)、燃烧器(4)、悬浮焙烧氧化器(5)、还原器(6)、冷却器(7)和磁选机(8)；方法按以下步骤进行：(1)将高铁铝土矿破碎置于给料仓；(2)放到螺旋给料机传输到旋风分离器内分离，底部的物料进入悬浮焙烧蓄热器内；(3)使悬浮焙烧蓄热器内的物料保持过氧燃烧；(4)启动罗茨鼓风机，物料进入悬浮焙烧氧化器内氧化；(5)物料进入还原器发生还原反应；(6)进入冷却器换热冷却，然后进入磁选机磁选。本发明具有传热传质效率高，余热可回收，处理能力大，适合大规模工业生产等优点。
Description
技术领域
本发明属于矿物加工技术领域，特别涉及一种高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用系统及方法。
背景技术
钢铁工业和氧化铝工业是国民经济健康发展的基础产业，随着我国国民经济的快速发展，目前资源约束已逐渐替代资本约束成为国民经济健康可持续发展的制约因素。我国优质铁矿资源和铝土矿资源贫乏，长期依赖国外进口对外依存度高的现状需早日解决。而我国高铁铝土矿资源丰富，如能高效分离其中的铝、铁，铁矿物和氧化铝，对缓解我国铝、铁矿石短缺局面具有重要的战略意义。
专利CN200810143823.4涉及一种高铁铝土矿的选矿方法，提出采用强磁选-阴离子反浮选工艺流程，阶段磨矿阶段磁选，优先浮选高品位铝精矿，后采用反浮选回收铁精矿。该专利适宜处理铝铁粗粒嵌布，铁矿物以赤铁矿或磁铁矿为主的高铁铝土矿，对褐铁矿和针铁矿含量高的铝土矿难以实现综合利用；专利CN201310312692.9涉及一种高铁铝土矿综合利用的方法，提出将磨矿后的高铁铝土矿与盐酸混合，并在耐盐酸的反应釜中进行反应，反应降温后进行固液分离及洗涤，可得到氯化铝与氯化铁溶液及高硅渣，实现铝铁与硅分离。该方法虽实现了铝铁分离，但存在工艺流程复杂，高腐蚀性酸碱用量大，不易实现工程化等问题；专利201010195045.0涉及一种高铁铝土矿综合利用的方法，细磨的高铁铝土矿与添加剂混匀、干燥，以煤为还原剂进行还原焙烧，还原后经磨矿、磁选分离得到磁性产品直接还原金属铁粉与非磁性产品富铝渣。该方法以煤为还原剂，存在传热效率低，还原产品性质不均一，处理能力低等问题。
因此目前最为急迫的问题是研发能够实现高铁铝土矿资源中的铝铁的综合利用并实现大规模工业化生产，因而，研究新的高铁铝土矿的利用工艺及开发高效处理高铁铝土矿的工业化设备，是实现其综合利用技术突破的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用系统及方法，解决现有高铁铝土矿资源无法实现高效综合利用，且现有技术工艺利用过程存在的能耗高、处理能力低等技术问题。
本发明的高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用系统包括给料仓(1)、旋风分离器(11)、悬浮焙烧蓄热器(3)、燃烧器(4)、悬浮焙烧氧化器(5)、还原器(6)、冷却器(7)和磁选机(8)；给料仓(1)的出料口与螺旋给料器(2)的进口连通，螺旋给料器(2)的出口通过管道与旋风分离器(11)上方的进料口连通，旋风分离器(11)底部的出料口与悬浮焙烧蓄热器(3)下方的进料口连通，悬浮焙烧蓄热器(3)上方的出料口通过管道与悬浮焙烧氧化器(5)上方的进料口连通，悬浮焙烧氧化器(5)底部的出料口与还原器(6)进料口连通，还原器(6)出料口与冷却器(7)的进料口连通；冷却器(7)的出料口与磁选机(8)的进料口连通；悬浮焙烧蓄热器(3)底部的进气口与燃烧器(4)顶部的出气口连通，燃烧器(4)底部的进气口与冷却器(7)顶部的出气口连通；悬浮焙烧氧化器(5)顶部的出气口通过管道与旋风分离器(11)的进料口连通，旋风分离器(11)顶部的出气口与布袋除尘器(12)的进气口连通，布袋除尘器(12)底部的出料口与灰斗(13)连通，布袋除尘器(12)顶部的出气口与罗茨鼓风机(14)的进口连通；其中还原器(6)的外壳(6-1)内设有上隔板(6-2)、布风板(6-3)和下隔板(6-4)；上隔板(6-2)垂直放置，其顶边和两个侧边与外壳(6-1)连接在一起；布风板(6-3)位于上隔板(6-2)下方且水平放置；下隔板(6-4)的顶边与布风板(6-3)连接在一起，其底边和两个侧边与外壳(6-1)连接在一起；并且上隔板(6-2)与下隔板(6-4)位于同一个垂面上；上隔板(6-2)的底边和布风板(6-3)之间的间隙作为物料通道；上隔板(6-2)将还原器(6)上部分隔为进料室和出料室，进料室和出料室通过物料通道连通，进料室顶端设有还原器进料口，出料室上部设有还原器出料口；下隔板(6-4)和布风板(6-3)将还原器(6)下部分隔为氮气室和炉煤气室，氮气室与进料室上下相对，炉煤气室与出料室上下相对。
上述装置中，磁选机(8)的精矿出口与铁精矿收集器(10)连通，磁选机(8)的尾矿出口与铝土矿收集器(9)连通。
上述的冷却器(7)为管式换热器，其内部的水管用于通入冷却水。
上述的还原器(6)的炉煤气进口和氮气进口，分别与炉煤气总管和氮气总管连通。
上述的悬浮焙烧蓄热器(3)、悬浮焙烧氧化器(5)和还原器(6)的侧壁均设有保温层，内部均设有电加热装置和热电偶测温装置。
上述的悬浮焙烧氧化器(5)的上部为圆筒状，下部为倒置的圆台状。
上述的煤气燃烧器(4)的空气进口与空气总管相连接，煤气燃烧器(4)的煤气进口与煤气总管相连接。
本发明的高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用方法是采用上述系统，按以下步骤进行：
1、将高铁铝土矿破碎至粒度-200目的部分占总重量的60％以上，制成矿粉，将矿粉置于给料仓中；
2、将给料仓中的矿粉放到螺旋给料机上，开启螺旋给料机，通过螺旋给料机将矿粉传输到旋风分离器内；矿粉经旋风分离后，底部的物料进入悬浮焙烧蓄热器内；
3、向燃烧器通入空气和煤气，通过燃烧器向悬浮焙烧蓄热器底部的进气口通入燃烧烟气，在过量空气条件下使悬浮焙烧蓄热器内的物料保持过氧燃烧，并使悬浮焙烧蓄热器内的固体物料处于悬浮状态，并控制物料温度在800～1200℃；
4、在启动罗茨鼓风机的状态下，布袋除尘器、旋风分离器、悬浮焙烧蓄热器、悬浮焙烧氧化器和还原器产生负压，悬浮焙烧蓄热器内被预热的固体物料进入悬浮焙烧氧化器内，控制悬浮焙烧氧化器内的固体物料温度在700～1000℃，停留时间5～30min；
5、悬浮焙烧氧化器内的固体物料被氧化后进入还原器，在还原器的进料室下降，并进入还原器的出料室，此时还原器内分别通入炉煤气和氮气，固体物料在炉煤气的作用下处于悬浮状态并且在出料室内的停留时间3～20min，控制物料温度为500～750℃，在此温度下发生还原反应；其中在出料室内的炉煤气与固体物料的比例按CO和H2的总量与Fe2O3的摩尔比为1:1～1.3；
6、还原器内的固体物料被还原后，进入冷却器，经换热冷却至温度200～260℃，然后进入磁选机，在磁场强度为800～3500Oe条件下磁选，磁选获得的铁精矿粉进入铁精矿收集器。
上述方法中，悬浮焙烧氧化器在氧化过程中产生的烟气通过顶部的出气口进入旋风分离器。
上述方法中，旋风分离器分离出的带有粉尘的气体进入布袋除尘器，布袋除尘器分离出的粉尘进入灰斗，气体随罗茨鼓风机排出。
上述方法中，进入冷却器的物料中，部分粉尘从顶部进入燃烧器，然后进入悬浮焙烧蓄热器。
上述方法中，磁选获得的尾矿作为铝土矿进入铝土矿收集器。
上述方法中，冷却器为盘管式换热器，采用常温水与进入冷却器的物料换热，余热回收。
本发明与当前处理高铁铝土矿的传统工艺和焙烧工艺相比具有传热传质效率高，余热可回收，处理能力大，适合大规模工业生产等优点。
附图说明
图1为本发明的高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用系统结构示意图；
图2为图1中的还原器结构示意图；
图中，1、给料仓，2、螺旋给料器，3、悬浮焙烧蓄热器，4、燃烧器，5、悬浮焙烧氧化器，6、还原器，6-1、外壳，6-2、上隔板，6-3、布风板、6-4、下隔板，6-5、还原器进料口，6-6、还原器出料口，6-7、氮气进口，6-8、炉煤气进口，7、冷却器，8、磁选机，9、铝土矿收集器，10、铁精矿收集器，11、旋风分离器，12、布袋除尘器，13、灰斗，14、罗兹鼓风机。
具体实施方式
本发明实施例中采用的高铁铝土矿的铁品位TFe为23～33％，中按重量百分比Al2O3 29～42％，SiO2 6～9％，TiO2 4～6％。
本发明实施例中采用的高铁铝土矿的粒度5～200mm。
本发明实施例中获得的铝土矿按重量百分比含Al2O3 40～58％，Fe2O3≤10％。
本发明实施例中的煤气为市购工业煤气。
本发明实施例中的炉煤气按体积百分比含H2≥35％，CO≥15％，O2≤0.5％。
本发明实施例中从罗茨鼓风机排出的气体符合《清洁生产标准铁矿采选业》排放标准。
本发明实施例中铁精矿粉的铁品位为50～68％。
本发明实施例中铁的回收率为60～90％。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用系统结构如图1所示，包括给料仓(1)、旋风分离器(11)、悬浮焙烧蓄热器(3)、燃烧器(4)、悬浮焙烧氧化器(5)、还原器(6)、冷却器(7)和磁选机(8)；给料仓(1)的出料口与螺旋给料器(2)的进口连通，螺旋给料器(2)的出口通过管道与旋风分离器(11)上方的进料口连通，旋风分离器(11)底部的出料口与悬浮焙烧蓄热器(3)下方的进料口连通，悬浮焙烧蓄热器(3)上方的出料口通过管道与悬浮焙烧氧化器(5)上方的进料口连通，悬浮焙烧氧化器(5)底部的出料口与还原器(6)进料口连通，还原器(6)出料口与冷却器(7)的进料口连通；冷却器(7)的出料口与磁选机(8)的进料口连通；悬浮焙烧蓄热器(3)底部的进气口与燃烧器(4)顶部的出气口连通，燃烧器(4)底部的进气口与冷却器(7)顶部的出气口连通；悬浮焙烧氧化器(5)顶部的出气口通过管道与旋风分离器(11)的进料口连通，旋风分离器(11)顶部的出气口与布袋除尘器(12)的进气口连通，布袋除尘器(12)底部的出料口与灰斗(13)连通，布袋除尘器(12)顶部的出气口与罗茨鼓风机(14)的进口连通；
还原器(6)的结构如图2所示，外壳(6-1)内设有上隔板(6-2)、布风板(6-3)和下隔板(6-4)；上隔板(6-2)垂直放置，其顶边和两个侧边与外壳(6-1)连接在一起；布风板(6-3)位于上隔板(6-2)下方且水平放置；下隔板(6-4)的顶边与布风板(6-3)连接在一起，其底边和两个侧边与外壳(6-1)连接在一起；并且上隔板(6-2)与下隔板(6-4)位于同一个垂面上；上隔板(6-2)的底边和布风板(6-3)之间的间隙作为物料通道；上隔板(6-2)将还原器(6)上部分隔为进料室和出料室，进料室和出料室通过物料通道连通，进料室顶端设有还原器进料口，出料室上部设有还原器出料口；下隔板(6-4)和布风板(6-3)将还原器(6)下部分隔为氮气室和炉煤气室，氮气室与进料室上下相对，炉煤气室与出料室上下相对；
磁选机(8)的精矿出口与铁精矿收集器(10)连通，磁选机(8)的尾矿出口与铝土矿收集器(9)连通；
冷却器(7)为管式换热器，其内部的水管用于通入冷却水；
还原器(6)的炉煤气进口和氮气进口，分别与炉煤气总管和氮气总管连通；
悬浮焙烧蓄热器(3)、悬浮焙烧氧化器(5)和还原器(6)的侧壁均设有保温层，内部均设有电加热装置和热电偶测温装置；
悬浮焙烧氧化器(5)的上部为圆筒状，下部为倒置的圆台状；
煤气燃烧器(4)的空气进口与空气总管相连接，煤气燃烧器(4)的煤气进口与煤气总管相连接；
高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用方法为：
将高铁铝土矿破碎至粒度-200目的部分占总重量的60％，制成矿粉，将矿粉置于给料仓中；
将给料仓中的矿粉放到螺旋给料机上，开启螺旋给料机，通过螺旋给料机将矿粉传输到旋风分离器内；矿粉经旋风分离后，底部的物料进入悬浮焙烧蓄热器内；
向燃烧器通入空气和煤气，通过燃烧器向悬浮焙烧蓄热器底部的进气口通入燃烧烟气，在过量空气条件下使悬浮焙烧蓄热器内的物料保持过氧燃烧，并使悬浮焙烧蓄热器内的固体物料处于悬浮状态，并控制物料温度在800℃；
在启动罗茨鼓风机的状态下，布袋除尘器、旋风分离器、悬浮焙烧蓄热器、悬浮焙烧氧化器和还原器产生负压，悬浮焙烧蓄热器内被预热的固体物料进入悬浮焙烧氧化器内，控制悬浮焙烧氧化器内的固体物料温度在700℃，停留时间30min；
悬浮焙烧氧化器内的固体物料被氧化后进入还原器，在还原器的进料室下降，并进入还原器的出料室，此时还原器内分别通入炉煤气和氮气，固体物料在炉煤气的作用下处于悬浮状态并且在出料室内的停留时间20min，控制物料温度为500℃，在此温度下发生还原反应；其中在出料室内的炉煤气与固体物料的比例按CO和H2的总量与Fe2O3的摩尔比为1:1；
还原器内的固体物料被还原后，进入冷却器，经换热冷却至温度200℃，然后进入磁选机，在磁场强度为800Oe条件下磁选，磁选获得的铁精矿粉进入铁精矿收集器；
悬浮焙烧氧化器在氧化过程中产生的烟气通过顶部的出气口进入旋风分离器；旋风分离器分离出的带有粉尘的气体进入布袋除尘器，布袋除尘器分离出的粉尘进入灰斗，气体随罗茨鼓风机排出；
进入冷却器的物料中，部分粉尘从顶部进入燃烧器，然后进入悬浮焙烧蓄热器；
磁选获得的尾矿作为铝土矿进入铝土矿收集器；
冷却器为盘管式换热器，采用常温水与进入冷却器的物料换热，余热回收；
采用的高铁铝土矿的铁品位TFe为23％，中按重量百分比Al2O3 42％，SiO2 9％，TiO2 6％；铁精矿粉的铁品位为50％；铝土矿按重量百分比含Al2O3 58％，Fe2O3 10％。
实施例2
系统结构同实施例1,；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)将高铁铝土矿破碎至粒度-200目的部分占总重量的65％；
(2)悬浮焙烧蓄热器内的物料温度1000℃；
(3)悬浮焙烧氧化器内的固体物料温度800℃，停留时间20min；
(4)固体物料在出料室内的停留时间15min，温度600℃，炉煤气与固体物料的比例按CO和H2的总量与Fe2O3的摩尔比为1:2；
(5)进入冷却器冷却至220℃，然后在磁场强度为1300Oe条件下磁选；
(6)采用的高铁铝土矿的铁品位TFe为33％，中按重量百分比Al2O3 29％，SiO26％，TiO2 4％；铁精矿粉的铁品位为68％；铝土矿按重量百分比含Al2O3 40％，Fe2O3 8％。
实施例3
系统结构同实施例1,；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)将高铁铝土矿破碎至粒度-200目的部分占总重量的70％；
(2)悬浮焙烧蓄热器内的物料温度1100℃；
(3)悬浮焙烧氧化器内的固体物料温度900℃，停留时间10min；
(4)固体物料在出料室内的停留时间8min，温度700℃，炉煤气与固体物料的比例按CO和H2的总量与Fe2O3的摩尔比为1.3；
(5)进入冷却器冷却至240℃，然后在磁场强度为2200Oe条件下磁选；
(6)采用的高铁铝土矿的铁品位TFe为27％，中按重量百分比Al2O3 34％，SiO28％，TiO2 5％；铁精矿粉的铁品位为61％；铝土矿按重量百分比含Al2O3 52％，Fe2O3 4％。
实施例4
系统结构同实施例1,；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)将高铁铝土矿破碎至粒度-200目的部分占总重量的75％；
(2)悬浮焙烧蓄热器内的物料温度1200℃；
(3)悬浮焙烧氧化器内的固体物料温度1000℃，停留时间5min；
(4)固体物料在出料室内的停留时间3min，温度750℃，炉煤气与固体物料的比例按CO和H2的总量与Fe2O3的摩尔比为1.3；
(5)进入冷却器冷却至260℃，然后在磁场强度为3500Oe条件下磁选；
(6)采用的高铁铝土矿的铁品位TFe为31％，中按重量百分比Al2O3 36％，SiO27％，TiO2 5％；铁精矿粉的铁品位为64％；铝土矿按重量百分比含Al2O3 55％，Fe2O3 3％。
Claims (3)
1.一种高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用方法，采用高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用系统，所述的高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用系统，其特征在于包括给料仓（1）、旋风分离器（11）、悬浮焙烧蓄热器（3）、燃烧器（4）、悬浮焙烧氧化器（5）、还原器（6）、冷却器（7）和磁选机（8）；给料仓（1）的出料口与螺旋给料器（2）的进口连通，螺旋给料器（2）的出口通过管道与旋风分离器（11）上方的进料口连通，旋风分离器（11）底部的出料口与悬浮焙烧蓄热器（3）下方的进料口连通，悬浮焙烧蓄热器（3）上方的出料口通过管道与悬浮焙烧氧化器（5）上方的进料口连通，悬浮焙烧氧化器（5）底部的出料口与还原器（6）进料口连通，还原器（6）出料口与冷却器（7）的进料口连通；冷却器（7）的出料口与磁选机（8）的进料口连通；悬浮焙烧蓄热器（3）底部的进气口与燃烧器（4）顶部的出气口连通，燃烧器（4）底部的进气口与冷却器（7）顶部的出气口连通；悬浮焙烧氧化器（5）顶部的出气口通过管道与旋风分离器（11）的进料口连通，旋风分离器（11）顶部的出气口与布袋除尘器（12）的进气口连通，布袋除尘器（12）底部的出料口与灰斗（13）连通，布袋除尘器（12）顶部的出气口与罗茨鼓风机（14）的进口连通；其中还原器（6）的外壳（6-1）内设有上隔板（6-2）、布风板（6-3）和下隔板（6-4）；上隔板（6-2）垂直放置，其顶边和两个侧边与外壳（6-1）连接在一起；布风板（6-3）位于上隔板（6-2）下方且水平放置；下隔板（6-4）的顶边与布风板（6-3）连接在一起，其底边和两个侧边与外壳（6-1）连接在一起；并且上隔板（6-2）与下隔板（6-4）位于同一个垂面上；上隔板（6-2）的底边和布风板（6-3）之间的间隙作为物料通道；上隔板（6-2）将还原器（6）上部分隔为进料室和出料室，进料室和出料室通过物料通道连通，进料室顶端设有还原器进料口，出料室上部设有还原器出料口；下隔板（6-4）和布风板（6-3）将还原器（6）下部分隔为氮气室和炉煤气室，氮气室与进料室上下相对，炉煤气室与出料室上下相对；
其特征在于方法按以下步骤进行：
（1）将高铁铝土矿破碎至粒度-200目的部分占总重量的60%以上，制成矿粉，将矿粉置于给料仓中；
（2）将给料仓中的矿粉放到螺旋给料机上，开启螺旋给料机，通过螺旋给料机将矿粉传输到旋风分离器内；矿粉经旋风分离后，底部的物料进入悬浮焙烧蓄热器内；
（3）向燃烧器通入空气和煤气，通过燃烧器向悬浮焙烧蓄热器底部的进气口通入燃烧烟气，在过量空气条件下使悬浮焙烧蓄热器内的物料保持过氧燃烧，并使悬浮焙烧蓄热器内的固体物料处于悬浮状态，并控制物料温度在800~1200℃；
（4）在启动罗茨鼓风机的状态下，布袋除尘器、旋风分离器、悬浮焙烧蓄热器、悬浮焙烧氧化器和还原器产生负压，悬浮焙烧蓄热器内被预热的固体物料进入悬浮焙烧氧化器内，控制悬浮焙烧氧化器内的固体物料温度在700~1000℃，停留时间5~30min；
（5）悬浮焙烧氧化器内的固体物料被氧化后进入还原器，在还原器的进料室下降，并进入还原器的出料室，此时还原器内分别通入炉煤气和氮气，固体物料在炉煤气的作用下处于悬浮状态并且在出料室内的停留时间3~20min，控制物料温度为500~750℃，在此温度下发生还原反应；其中在出料室内的炉煤气与固体物料的比例按CO和H2的总量与Fe2O3的摩尔比为1:1~1.3；
（6）还原器内的固体物料被还原后，进入冷却器，经换热冷却至温度200~260℃，然后进入磁选机，在磁场强度为800~3500Oe条件下磁选，磁选获得的铁精矿粉进入铁精矿收集器，磁选获得的尾矿作为铝土矿进入铝土矿收集器；所述的高铁铝土矿的铁品位TFe为23~33%，其中按重量百分比含Al2O3 29~42%，SiO2 6~9%，TiO2 4~6%，粒度5~200mm；获得的铝土矿按重量百分比含Al2O3 40~58%，Fe2O3≤10%；所述的煤气为市购工业煤气；所述的炉煤气按体积百分比含H2≥35%，CO≥15%，O2≤0.5%；所述的铁精矿粉的铁品位为50~68%；铁的回收率为60~90%。
2.根据权利要求1所述的一种高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用方法，其特征在于所述的悬浮焙烧氧化器在氧化过程中产生的烟气通过顶部的出气口进入旋风分离器。
3.根据权利要求1所述的一种高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用方法，其特征在于所述的旋风分离器分离出的带有粉尘的气体进入布袋除尘器，布袋除尘器分离出的粉尘进入灰斗，气体随罗茨鼓风机排出。
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