CN107523685B - 一种含铁锰矿的悬浮焙烧综合利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种含铁锰矿的悬浮焙烧综合利用系统及方法，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)；方法为：(1)将含铁锰矿破碎置于给料仓中；(2)通过螺旋给料机传输到旋风分离器内，底部的物料进入悬浮焙烧蓄热器；(3)向燃烧器通入空气和煤气，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，被预热的物料进入悬浮焙烧氧化器；(5)被氧化后进入还原器发生还原反应；(6)被还原后进入冷却器换热，进入磁选机。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，特别涉及一种含铁锰矿的悬浮焙烧综合利用系统及方法。
背景技术
钢铁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。锰矿资源产品90％以上用于钢铁工业，锰矿与铁矿石钢铁工业发展的基础，我国优质铁矿资源和锰矿资源日渐贫乏。而我国高铁锰矿资源丰富，70％以上的锰矿资源都伴生有大量的铁矿物，如能高效分离含铁锰矿中的铁锰矿物，实现二者的综合利用对缓解我国铁、锰矿石短缺局面具有重要的战略意义。
专利CN 201510844742.7涉及一种低品位高铁锰矿还原焙烧工艺，提出直接将低品位高铁锰矿作为矿源，利用大型回转窑还原成作为制备硫酸锰、电解二氧化锰、电解锰的原料，并通过浸出滤渣磁选，回收所含的铁，该专利能够实现锰、铁资源的综合利用，但采用回转窑常规煅烧设备，处理能力低，还原效果差，且需要配烟煤流程工艺复杂。专利201410038273.5涉及一种强化高铁锰矿石铁锰分离的添加剂和方法，提出将破碎、研磨至一定粒度的高铁锰矿与本发明所述的添加剂混匀后，依次经造块，干燥，还原焙烧，焙烧产品再经冷却后破碎、磨矿、磁选分离，得金属铁粉和富含MnO的非磁性物，该专利能在一定程度实现锰铁矿物分离，但需要采用高温1000℃以上长时间的还原，将铁矿物还原为金属铁，存在能耗高，还原产品铁锰分离困难等缺点。
因此目前最为急迫的问题是研发能够实现含铁锰矿资源中的锰铁的综合利用并实现大规模工业化生产，因而，研究高效处理含铁锰矿的工业化设备，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含铁锰矿的悬浮焙烧综合利用系统及方法，解决现有含铁锰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。
本发明的含铁锰矿的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)的进料口连通，还原器(6)的出料口与冷却器(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)的尾矿出口与锰矿收集器(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。
本发明的含铁锰矿的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、将含铁锰矿破碎至粒度-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300℃以下，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，磁选获得的锰矿进入锰矿收集器。
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。
悬浮焙烧还原器中发生的主要化学反应的反应式为：
MnO2+CO/H2→MnO+CO2/H2O
和
Fe2O3+CO/H2→Fe3O4+CO2/H2O。
本发明与当前处理含铁锰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为本发明的含铁锰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、锰矿收集器，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含铁锰矿的铁品位TFe为18～26％，中按重量百分比SiO234～38％，Mn 18～22％。
本发明实施里中采用的含铁锰矿的粒度5～200mm。
本发明实施例中获得的锰矿的锰品位40～60％，铁品位≤8％。
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％。
本发明实施例中获得的锰矿进入浸出工序。
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
含铁锰矿的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)的进料口连通，还原器(6)的出料口与冷却器(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)结构如图2所示，其外壳(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)的尾矿出口与锰矿收集器(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；
含铁锰矿的悬浮焙烧综合利用方法是采用上述系统，按以下步骤进行：
将含铁锰矿破碎至粒度-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300℃，然后进入磁选机，在磁场强度为3500Oe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；
磁选获得的锰矿进入锰矿收集器；
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；
采用的含铁锰矿的铁品位TFe为18％，中按重量百分比SiO2 38％，Mn 22％；获得的铁精矿粉的铁品位为50％。
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)将含铁锰矿破碎至粒度-200目的部分占总重量的65％；
(2)悬浮焙烧蓄热器内的固体物料控制物料温度在900℃；
(3)悬浮焙烧氧化器内，固体物料温度800℃，停留时间20min；
(4)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10min，控制物料温度为600℃，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1:2；
(5)固体物料进入冷却器，经换热冷却至290℃，然后进入磁选机，在磁场强度为2000Oe条件下磁选；
(6)采用的含铁锰矿的铁品位TFe为26％，中按重量百分比SiO2 34％，Mn 18％；获得的铁精矿粉的铁品位为68％。
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)将含铁锰矿破碎至粒度-200目的部分占总重量的70％；
(2)悬浮焙烧蓄热器内的固体物料控制物料温度在1000℃；
(3)悬浮焙烧氧化器内，固体物料温度900℃，停留时间10min；
(4)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5min，控制物料温度为700℃，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1:2；
(5)固体物料进入冷却器，经换热冷却至280℃，然后进入磁选机，在磁场强度为1500Oe条件下磁选；
(6)采用的含铁锰矿的铁品位TFe为21％，中按重量百分比SiO2 35％，Mn 21％；获得的铁精矿粉的铁品位为56％。
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)将含铁锰矿破碎至粒度-200目的部分占总重量的75％；
(2)悬浮焙烧蓄热器内的固体物料控制物料温度在1200℃；
(3)悬浮焙烧氧化器内，固体物料温度1000℃，停留时间5min；
(4)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3min，控制物料温度为750℃，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1.3；
(5)固体物料进入冷却器，经换热冷却至290℃，然后进入磁选机，在磁场强度为800Oe条件下磁选；
(6)采用的含铁锰矿的铁品位TFe为23％，中按重量百分比SiO2 37％，Mn 19％；获得的铁精矿粉的铁品位为62％。
Claims (4)
1.一种含铁锰矿的悬浮焙烧综合利用方法，采用含铁锰矿的悬浮焙烧综合利用系统，该系统包括给料仓（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）的进料口连通，还原器（6）的出料口与冷却器（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）将含铁锰矿破碎至粒度-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300℃以下，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；所述的含铁锰矿的铁品位TFe为18~26%，其中按重量百分比含SiO2 34~38%，Mn18~22%，粒度5~200mm；获得的锰矿的锰品位40~60%，铁品位≤8%；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所述的一种含铁锰矿的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所述的一种含铁锰矿的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。
4.根据权利要求1所述的一种含铁锰矿的悬浮焙烧综合利用方法，其特征在于所述的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。
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