CN108504855A - 一种以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法 - Google Patents

一种以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，属于矿物加工技术领域，采用连续式悬浮焙烧炉经过预热之后在500℃～600℃温度下悬浮焙烧60s～100s，利用菱铁矿分解出的CO对物料进行还原，然后再经二段式磁选分离，获得高品位铁精矿。本发明充分利用矿石中菱铁矿分解产生的CO将赤、褐铁矿等弱磁性铁矿物还原为磁铁矿，消除了因煤炭还原剂使用造成的碳排放及环境污染，为难选铁矿石的清洁高效利用开辟新的途径。

Description

一种以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法
技术领域
本发明属于矿物加工技术领域，具体涉及一种以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法。
背景技术
我国铁矿资源丰富，但复杂难选铁矿资源所占比例较高。为满足钢铁工业对铁矿石的重大需求，科技工作者针对难选铁矿的利用开展了长期的研究工作。研究过程中人们逐渐认识到，只有通过冶金等方法对其进行预处理，彻底改变矿石中铁矿物的赋存状态，从而提高铁矿物与脉石矿物的物理化学性质差异，进而才能实现其高效分选。基于上述认识，提出了闪速磁化焙烧、悬浮磁化焙烧、深度还原、微波还原、还原熔分、焙烧-浸出等选冶联合技术。
磁化焙烧技术是实现难选铁矿高效开发利用有效的典型手段之一。国内外科技工作者在焙烧工艺优化、焙烧装备研发及焙烧机理研究方面，均取得了显著的研究成果，促进了磁化焙烧技术的发展。但是难选铁矿磁化焙烧过程中需要添加大量的还原剂，而目前磁化焙烧常用的还原剂主要来源于煤炭，这不仅增加了磁化焙烧的生产成本，而且磁化焙烧排放大量温室气体CO2造成环境污染。因此，难选铁矿磁化焙烧技术仍然存在成本高、碳排放量大、污染环境等问题，难以满足钢铁行业清洁绿色发展的要求。
发明内容
本发明的目的是在一定条件下，对难选铁矿石组分进行设计，控制难选铁矿石中菱铁矿含量，在焙烧过程中充分利用菱铁矿分解产生的CO为还原剂，通过CO将赤铁矿、褐铁矿等弱磁性矿物还原为磁铁矿，从而形成铁矿石清洁磁化焙烧生产铁精矿的一种方法。
本发明提供了一种以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法。该方法按以下步骤进行：
(1)以复杂难选铁矿石和菱铁矿为原料，按照一定质量比例将上述两种铁矿石进行搭配、混合，且混合后的混合铁矿石中菱铁矿质量含量为25％～45％。
(2)将混合铁矿石碎磨，使得碎磨后的铁矿石中粒度至-0.074mm的粉矿含量为70％～80％，获得磨矿产品；再将磨矿产品过滤，烘干脱水至含水量为≤12％，脱水后的磨矿产品可作为悬浮磁化焙烧物料使用。
(3)采用连续式悬浮焙烧炉进行磁化焙烧，焙烧气氛为中性，流化气体为氮气N2；处理量100kg/h～120kg/h，N2用量5.0m3/h～7.0m3/h；焙烧物料在室温下被加入到设备中的给料仓内，通过失重称和螺旋给料器后，在负压作用下进入到旋风预热器内；旋风预热器的温度控制在350℃～450℃，焙烧物料在旋风预热器内停留时间为40s～60s；焙烧物料经过旋风预热器预热后，从悬浮焙烧室下部进入到悬浮焙烧室内，悬浮焙烧室的温度控制在500℃～600℃，焙烧物料停留时间为60s～100s，随后进入到旋风分离器内，经过其固气分离之后，分离出的固体焙烧物料进入还原反应器内，还原反应器内的还原温度控制在520℃～550℃范围内，还原反应器规格为Φ1000mm～1600mm，焙烧物料在还原反应器内停留时间为300～500s；反应后生成的还原物料进入到冷却器内，在氮气气氛下冷却至200℃以下后进入到收料器内。
(4)收料器内物料冷却至室温后，将焙烧物料取出磨矿，磨矿产品粒度为-0.038mm占70％～80％；采用弱磁筒式磁选机对焙烧产品进行两段磁选，一段磁选精矿作为二段磁选给矿，磁场强度分别为100kA/m～120kA/m和80kA/m～100kA/m。
在一个示例性实施例中，步骤(1)中所说的复杂难选铁矿石通常包括赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等多种铁矿物，TFe品位为25％～35％，赤(褐)铁矿质量含量为25％～45％。
与现有技术相比，本发明的主要创新点为：
(1)提出“以菱铁矿为还原剂清洁悬浮磁化焙烧生产铁精矿”新方法，形成以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧-磁选工艺。在磁化焙烧过程中，充分利用矿石中菱铁矿分解产生的CO，将赤、褐铁矿等弱磁性铁矿物还原为磁铁矿，消除了因煤炭还原剂使用造成的碳排放及环境污染，为难选铁矿石的清洁高效利用开辟新的途径。
(2)提出“菱铁矿分解反应过程及控制条件”技术，本发明确定了含菱铁矿矿石磁化焙烧过程中，菱铁矿反应过程及控制条件。在350℃～450℃之间，菱铁矿分解生成CO和FeO；在450℃～550℃之间，FeO不稳定被氧化为Fe3O4；当焙烧温度超过550℃，菱铁矿分解完毕，主要反应为CO还原赤铁矿为磁铁矿。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1为根据本发明示例性实施例的以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿工艺流程示意图；
图2为本发明所使用的连续式悬浮焙烧炉结构示意图；
附图标记说明：
1为给料仓，2为失重称，3为螺旋给料器，4为悬浮焙烧室，5为旋风分离器，6为还原反应器，7为燃烧机，8为冷却器，9为收料器，10为高温除尘器，11为灰槽，12为喷雾塔，13为旋风预热器，14为气水分离器，15为罗茨风机。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法。
图1为根据本发明示例性实施例的以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿工艺流程示意图。图2为本发明所使用的连续式悬浮焙烧炉结构示意图。
如图1和图2所示，根据本发明示例性实施例的以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法包括以下步骤：
(1)铁矿石配料准备：以复杂难选铁矿石和菱铁矿为原料，按照一定质量比例将上述两种铁矿石进行搭配、混合，这里所说的复杂难选铁矿石矿物组成比较复杂，通常包括赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等多种铁矿物，TFe品位为25％～35％，赤(褐)铁矿质量含量为25％～45％，且混合后的混合铁矿石中菱铁矿质量含量为25％～45％。
(2)物料破碎脱水：将混合铁矿石碎磨，使得碎磨后的铁矿石中粒度至-0.074mm的粉矿含量为70％～80％，获得磨矿产品；再将磨矿产品过滤，烘干脱水至含水量为≤12％，脱水后的磨矿产品可作为悬浮磁化焙烧物料使用，简称为焙烧物料或物料。
(3)粉料悬浮磁化焙烧：本发明采用如附图2所示的连续式悬浮焙烧炉进行磁化焙烧，焙烧气氛为中性，流化气体为氮气N2；处理量100kg/h～120kg/h，N2用量5.0m3/h～7.0m3/h；焙烧物料在室温下被加入到设备中的给料仓1内，通过失重称2和螺旋给料器3后，在负压作用下进入到旋风预热器13内；旋风预热器13的温度控制在350℃～450℃，焙烧物料在旋风预热器13内停留时间为40s～60s；焙烧物料经过旋风预热器13预热后，从悬浮焙烧室4下部进入到悬浮焙烧室4内，悬浮焙烧室4的温度控制在500℃～600℃，焙烧物料停留时间为60s～100s，随后进入到旋风分离器5内，经过其固气分离之后，分离出的固体焙烧物料进入还原反应器6内，分离出的废气通过管道加入到旋风预热器13内，还原反应器6内的还原温度控制在520℃～550℃范围内，还原反应器6规格为Φ1000mm～1600mm，焙烧物料在还原反应器6内停留时间为300～500s；反应后生成的还原物料进入到冷却器8内，在氮气气氛下冷却至200℃以下后进入到收料器9内；旋风预热器13排除的废气经高温除尘器10净化后进入喷雾塔12，然后经气水分离器14进入风机后排入大气；高温除尘器10的灰尘进入灰槽11内，灰槽11内的灰每隔4h～6h清理一次，并通过人工返回给料仓1焙烧；整个系统采用负压操作，动力来自于罗茨风机15。
在中性气氛下，当焙烧温度为100℃～250℃时，褐铁矿发生脱羟基反应生成赤铁矿；焙烧温度到达350℃时，菱铁矿即FeCO3开始发生分解反应生成FeO；但FeO不稳定，当焙烧温度达到450℃时，FeO继续和CO2反应生成Fe3O4和CO；这个过程中菱铁矿分解产生的CO将与体系中赤铁矿反应，生成Fe3O4和CO2；当温度到达550℃时，菱铁矿分解反应结束，体系中主要反应为赤铁矿的还原反应；待反应结束后，焙烧产物主要为磁铁矿。上述反应分别按式(1)、(2)、(3)和(4)发生。
Fe2O3·nH2O(s)＝Fe2O3(s)+nH2O(g)式(1)
FeCO3(s)＝FeO(s)+CO2(g)式(2)
3FeO(s)+CO2(g)＝Fe3O4(s)+CO(g)式(3)
3Fe2O3(s)+CO(g)＝2Fe3O4(s)+CO2(g)式(4)
(4)磁选分离：待收料器9内物料冷却至室温后，将焙烧物料取出磨矿，磨矿产品粒度为-0.038mm占70％～80％。采用弱磁筒式磁选机对焙烧产品进行两段磁选，一段磁选精矿作为二段磁选给矿，磁场强度分别为100kA/m～120kA/m和80kA/m～100kA/m，最终铁精矿品位为60％～67％，回收率为90％～95％。
下面将结合具体实施例对根据本发明的以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法进行详细描述。
实施例1
本实施例使用的矿样为鞍钢集团东鞍山铁矿石，矿石的化学多元素分析结果见表1，铁化学物相分析结果见表2。由分析结果可知，该矿石TFe品位为34.60％，FeO含量为6.40％，主要杂质SiO2含量为43.34％，其余杂质含量均小于1％。该矿石主要含铁矿物为赤、褐铁矿和磁铁矿，其含铁分布率为64.76％和27.29％，其中菱铁矿含铁分布率为6.45％。
表1东鞍山铁矿石化学多元素分析(质量分数，％)
表2东鞍山铁矿石铁物相分析(质量分数，％)
菱铁矿矿石化学成分分析结果见表3，铁化学物相分析结果见表4。菱铁矿矿石TFe品位为45.01％，FeO品位为45.00％，其中杂质成分Mn和SiO2含量最高，为2.78％和1.17％，其余的杂质含量均小于1％。由表4可知，该矿石中主要铁矿物为菱铁矿，其含铁分布率为81.14％。
表3菱铁矿化学成分分析(质量百分比，％)
表4菱铁矿铁化学物相分析(质量百分比，％)
(1)铁矿石配料准备：将东鞍山铁矿石和菱铁矿按质量比例20:9混合均匀，然后碎磨至-0.074mm含量占75％，低温(小于100℃)下烘干脱水，使其含水量不到10％，制得焙烧物料。
(2)粉料悬浮磁化焙烧：采用悬浮焙烧炉进行磁化焙烧，焙烧气氛为中性，流化气体为氮气；处理量120kg/h，N2用量7.0m3/h，焙烧物料从室温状态下加入给料仓1，通过失重称2和螺旋给料器3进入旋风预热器13内；旋风预热器13温度为350℃，焙烧物料停留时间为40s；经过旋风预热器13预热后，焙烧物料进入悬浮焙烧室4，焙烧炉温度控制为550℃，焙烧物料停留时间为80s；随后焙烧物料进入还原反应器6，还原温度控制550℃，还原反应器规格为焙烧物料在还原反应器6内停留时间为300s；反应后获得的还原物料进入冷却器8，在氮气气氛下冷却200℃；废气经高温除尘器10净化后进入喷雾塔，然后经气水分离器进入风机后排入大气；高温除尘器10的灰尘进入灰槽11，灰槽11内的灰每隔5h清理一次，并通过人工返回给料仓1进入下次悬浮焙烧；
(3)磁选分离：将焙烧物料冷却至室温，然后称重、取样，并将其磨细至-0.038mm含量占80％，采用弱磁筒式磁选机进行磁选试验，一段磁场强度为100kA/m，二段磁场强度为80kA/m。
表5铁精矿化学多元素分析结果(质量分数，％)
采用菱铁矿为还原剂对鞍钢集团东鞍山铁矿石进行磁化焙烧，在原矿TFe品位为34.60％，混合矿石菱铁矿含量为26.64％的条件下，采用适宜的悬浮磁化焙烧-磁选工艺，可以获得铁品位65.10％及总回收率91.31％的优质铁精矿。铁精矿化学多元素分析结果见表5。
实施例2
本实施例使用的矿样为酒钢镜铁山铁矿，该矿石化学成分分析结果见表6，铁化学物相分析结果见表7。由分析结果可知，镜铁山铁矿石TFe品位为33.51％，FeO含量为17.82％，主要杂质为SiO2、MgO、Al2O3和CaO，其余杂质矿物含量均小于1％。该实际矿石主要含铁矿物为赤铁矿和菱铁矿，其含铁分布率为61.26％和36.61％，还含少量的磁铁矿、硫化铁和硅化铁。
表6镜铁山铁矿石化学成分分析(质量百分比，％)
表7镜铁山铁矿石铁化学物相分析(质量百分比，％)
菱铁矿矿石化学成分分析结果见表8，铁化学物相分析结果见表9。菱铁矿矿石TFe品位为45.01％，FeO品位为45.00％，其中杂质成分Mn和SiO2含量最高，为2.78％和1.17％，其余的杂质含量均小于1％。由表9可知，该矿石中主要含铁矿物为菱铁矿，其含铁分布率为81.14％。
表8菱铁矿化学成分分析(质量百分比，％)
表9菱铁矿铁化学物相分析(质量百分比，％)
(1)铁矿石配料准备：镜铁山铁矿石和菱铁矿按质量比例20:3混合均匀，然后碎磨至-0.074mm含量占75％，低温(小于100℃)脱水烘干，使其含水量不到11％，制得焙烧物料，以待焙烧。
(2)粉料悬浮磁化焙烧：焙烧气氛为中性，流化气体为氮气；处理量115kg/h，N2用量6.0m3/h。焙烧物料从室温状态下加入给料仓1，通过失重称2和螺旋给料器3进入旋风预热器13内；旋风预热器温度为350℃，物料停留时间为60s；经过旋风预热器预热后，物料进入悬浮焙烧炉，经过旋风预热器13预热后，焙烧物料进入悬浮焙烧室4，焙烧炉温度控制为600℃，还原反应器规格为还原反应器温度控制为530℃，焙烧物料在还原反应器6内停留时间为400s；反应后获得的还原物料进入冷却器8，在氮气气氛下冷却200℃；废气经高温除尘器10净化后进入喷雾塔，然后经气水分离器进入风机后排入大气；高温除尘器10的灰尘进入灰槽11，灰槽11内的灰每隔6h清理一次，并通过人工返回给料仓1进入下次悬浮焙烧；
(3)磁选分离：将焙烧物料冷却至室温，然后称重、取样，并将其磨细至-0.038mm含量占75％，采用弱磁筒式磁选机进行磁选试验，一段磁场强度为110kA/m，二段磁场强度为90kA/m。
表10铁精矿化学成分分析(质量百分比，％)
采用菱铁矿为还原剂对酒钢镜铁山铁矿磁化焙烧，在原矿品位为33.51％，混合矿石菱铁矿含量为40.00％的条件下，采用适宜的悬浮磁化焙烧-磁选工艺，可获得铁品位60.51％及总回收率94.18％的铁精矿。铁精矿化学多元素分析结果见表10。

Claims (2)

1.一种以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，其特征是该方法按以下步骤进行：
(1)以复杂难选铁矿石和菱铁矿为原料，按照一定质量比例将上述两种铁矿石进行搭配、混合，且混合后的混合铁矿石中菱铁矿质量含量为25％～45％；
(2)将混合铁矿石碎磨，使得碎磨后的铁矿石中粒度至-0.074mm的粉矿含量为70％～80％，获得磨矿产品；再将磨矿产品过滤，烘干脱水至含水量为≤12％，脱水后的磨矿产品可作为悬浮磁化焙烧物料使用；
(3)采用连续式悬浮焙烧炉进行磁化焙烧，焙烧气氛为中性，流化气体为氮气N2；处理量100kg/h～120kg/h，N2用量5.0m3/h～7.0m3/h；焙烧物料在室温下被加入到设备中的给料仓内，通过失重称和螺旋给料器后，在负压作用下进入到旋风预热器内；旋风预热器的温度控制在350℃～450℃，焙烧物料在旋风预热器内停留时间为40s～60s；焙烧物料经过旋风预热器预热后，从悬浮焙烧室下部进入到悬浮焙烧室内，悬浮焙烧室的温度控制在500℃～600℃，焙烧物料停留时间为60s～100s，随后进入到旋风分离器内，经过其固气分离之后，分离出的固体焙烧物料进入还原反应器内，还原反应器内的还原温度控制在520℃～550℃范围内，还原反应器的规格为Φ1000mm～1600mm，焙烧物料在还原反应器内停留时间为300～500s；反应后生成的还原物料进入到冷却器8内，在氮气气氛下冷却至200℃以下后进入到收料器内；
(4)收料器内物料冷却至室温后，将焙烧物料取出磨矿，磨矿产品粒度为-0.038mm占70％～80％；采用弱磁筒式磁选机对焙烧产品进行两段磁选，一段磁选精矿作为二段磁选给矿，磁场强度分别为100kA/m～120kA/m和80kA/m～100kA/m。
2.根据权利要求1所述的以菱铁矿为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，其特征在于所述步骤(1)中的复杂难选铁矿石包括赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿，TFe品位为25％～35％，赤铁矿和褐铁矿质量含量为25％～45％。
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