CN107523686A - 一种用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的装置及方法，属于矿物加工技术领域，装置包括给料仓(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)将赤泥制成赤泥矿粉置于给料仓中；(2)通过螺旋给料机传输到旋风分离器并进入悬浮焙烧蓄热器；(3)通过燃烧器使悬浮焙烧蓄热器内的物料保持过氧燃烧；(4)启动罗茨鼓风机的，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；(5)物料被氧化后进入还原器发生还原反应；(6)进入冷却器经换后进入磁选机磁选。本发明的装置及方法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，特别涉及一种用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的装置及方法。
背景技术
赤泥是氧化铝生产过程中产生的主要废渣，它的存在不仅占用了大量的土地，增加维护费用，同时赤泥中的碱性物质对环境造成污染，破坏土壤结构，污染地下水，严重危害着人们的健康；如果能够实现赤泥的回收利用，不仅能够节约资源，减少环境污染，同时具有一定的社会意义。除此之外，随着我国钢铁冶炼工业的发展，原料铁矿石的日益枯竭，如果能够有效的利用赤泥中的铁，将在很大的程度上缓解钢铁行业中铁矿石资源紧缺的压力。对氧化铝厂赤泥开展回收其中铁的研究，将其回收用于炼铁,如果能够大规模推广实现工业化，不仅可以缓解国内钢铁行业对铁矿石原料的需求压力，又可以有效的消耗大量存放的赤泥，具有重大的经济和社会意义。
专利CN 201310247327.4涉及一种磁化处理低铁赤泥制备铁精粉的方法及装置，利用篦式焙烧机磁化处理低铁赤泥制备铁精粉的方法及装置，随取得一定成效，但仍存在产品品位和回收率低，传热传质效率低的问题；专利CN 201610956537.4涉及一种赤泥与碱木质素还原剂混合微波焙烧的方法，该方法成功回收了赤泥中一定的铁矿物，具有安全环保的特点，但该工艺的还原产品品质依赖还原剂碱木质素特性，且热耗高，处理能力低；因此针对当前工艺技术无法高效利用赤泥资源的现状，开发传热传质效率高，处理能力大，易于工业化的技术及装备具有重要意义。
发明内容
针对现有赤泥回收利用技术存在的上述问题，本发明提供一种用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的装置及方法；通过改进悬浮焙烧装置的结构和焙烧流程，提高生产能力的同时，实现赤泥的综合利用。
本发明的用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的装置包括给料仓(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)的尾矿出口与尾矿收集器(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。
本发明的用于赤泥悬浮焙烧制备铁精矿的方法是采用上述装置，按以下步骤进行：
1、将赤泥干燥后打散，制成赤泥矿粉，赤泥矿粉中水的重量百分比≤15％；将赤泥矿粉置于给料仓中；
2、将给料仓中的赤泥矿粉放到螺旋给料机上，开启螺旋给料机，通过螺旋给料机将赤泥矿粉传输到旋风分离器内；赤泥矿粉经旋风分离后，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，随气流进入冷却器，经换热冷却至温度200～260℃，然后进入磁选机，在磁场强度为600～3000Oe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，磁选获得的尾矿进入尾矿收集器。
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。
本发明与当前处理赤泥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为本发明高铁铝土矿悬浮焙烧综合利用系统装置结构示意图；
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、尾矿收集器，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赤泥的固体成分的铁品位TFe为28～46％，按重量百分比含Al2O313～18％，SiO2 3～11％，Na2O 0～1.5％。
本发明实施例中采用的煤气为市购工业煤气。
本发明实施例中采用的炉煤气按体积百分比含H2≥35％，CO≥15％，O2≤0.5％。
本发明的步骤3中，向燃烧器内通入的空气的流量，按每100kg/h物料给矿量的条件下，空气流量为2～5m3/h。
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
用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的装置结构如图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；
其中还原器(6)结构如图2所示，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；
磁选机(8)的精矿出口与铁精矿收集器(10)连通，磁选机(8)的尾矿出口与尾矿收集器(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；
用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的方法为：
将赤泥干燥后打散，制成赤泥矿粉，赤泥矿粉中水的重量百分比15％；将赤泥矿粉置于给料仓中；
将给料仓中的赤泥矿粉放到螺旋给料机上，开启螺旋给料机，通过螺旋给料机将赤泥矿粉传输到旋风分离器内；赤泥矿粉经旋风分离后，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1200℃；
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1000℃，停留时间5min；
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3min，控制物料温度为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与Fe2O3的摩尔比为1:1；
还原器内的固体物料被还原后，随气流进入冷却器，经换热冷却至温度260℃，然后进入磁选机，在磁场强度为3000Oe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，部分粉尘从顶部随气流进入燃烧器，然后进入悬浮焙烧蓄热器；磁选获得的尾矿进入尾矿收集器；
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；
赤泥的固体成分的铁品位TFe为28％，按重量百分比含Al2O3 18％，SiO2 11％，Na2O 1.5％；铁精矿粉的铁品位为50％；铁的回收率为90％。
实施例2
装置结构同实施例1；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)赤泥矿粉中水的重量百分比14％；
(2)悬浮焙烧蓄热器内控制物料温度在1000℃；
(3)控制悬浮焙烧氧化器内的固体物料温度在900℃，停留时间10min；
(4)固体物料在出料室内的停留时间10min，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与Fe2O3的摩尔比为1:2；
(5)还原器内的固体物料被还原后，随气流进入冷却器，经换热冷却至温度240℃，然后进入磁选机，在磁场强度为2000Oe条件下磁选；
(6)赤泥的固体成分的铁品位TFe为46％，按重量百分比含Al2O3 13％，SiO2 3％；铁精矿粉的铁品位为68％；铁的回收率为60％。
实施例3
装置结构同实施例1；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)赤泥矿粉中水的重量百分比13％；
(2)悬浮焙烧蓄热器内控制物料温度在950℃；
(3)控制悬浮焙烧氧化器内的固体物料温度在800℃，停留时间20min；
(4)固体物料在出料室内的停留时间15min，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与Fe2O3的摩尔比为1:2；
(5)还原器内的固体物料被还原后，随气流进入冷却器，经换热冷却至温度220℃，然后进入磁选机，在磁场强度为1000Oe条件下磁选；
(6)赤泥的固体成分的铁品位TFe为34％，按重量百分比含Al2O3 16％，SiO2 9％，Na2O1％；铁精矿粉的铁品位为56％；铁的回收率为81％。
实施例4
装置结构同实施例1；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)赤泥矿粉中水的重量百分比12％；
(2)悬浮焙烧蓄热器内控制物料温度在800℃；
(3)控制悬浮焙烧氧化器内的固体物料温度在700℃，停留时间30min；
(4)固体物料在出料室内的停留时间20min，控制物料温度为500℃，在出料室内的炉煤气与固体物料的比例按CO和H2与Fe2O3的摩尔比为1.3；
(5)还原器内的固体物料被还原后，随气流进入冷却器，经换热冷却至温度200℃，然后进入磁选机，在磁场强度为600Oe条件下磁选；
(6)赤泥的固体成分的铁品位TFe为40％，按重量百分比含Al2O3 15％，SiO2 5％，Na2O0.5％；铁精矿粉的铁品位为62％；铁的回收率为68％。
Claims (8)
1.一种用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的装置，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。
2.根据权利要求1所述的一种用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的装置，其特征在于所述的磁选机(8)的精矿出口与铁精矿收集器(10)连通，磁选机(8)的尾矿出口与尾矿收集器(9)连通。
3.根据权利要求1所述的一种用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的装置，其特征在于所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。
4.根据权利要求1所述的一种用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的装置，其特征在于所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。
5.一种用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的方法，其特征在于采用权利要求1所述的装置，按以下步骤进行：
(1)将赤泥干燥后打散，制成赤泥矿粉，赤泥矿粉中水的重量百分比≤15％；将赤泥矿粉置于给料仓中；
(2)将给料仓中的赤泥矿粉放到螺旋给料机上，开启螺旋给料机，通过螺旋给料机将赤泥矿粉传输到旋风分离器内；赤泥矿粉经旋风分离后，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，随气流进入冷却器，经换热冷却至温度200～260℃，然后进入磁选机，在磁场强度为600～3000Oe条件下磁选，磁选获得的铁精矿粉进入铁精矿收集器。
6.根据权利要求5所述的一种用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的方法，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。
7.根据权利要求5所述的一种用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的方法，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。
8.根据权利要求5所述的一种用于赤泥悬浮焙烧制备铁精粉的方法，其特征在于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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