CN109022760B - 一种强化复杂难选铁矿石分选的微波-流态化焙烧方法 - Google Patents

一种强化复杂难选铁矿石分选的微波-流态化焙烧方法 Download PDF

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Abstract

一种强化复杂难选铁矿石分选的微波‑流态化焙烧方法，按以下步骤进行：(1)将复杂难选铁矿石磨细后放在反应室内的石英网上；插入热电偶；(2)向反应室内通入保护性气体使铁矿粉处于流化状态；(3)通过反应室外部的微波腔体的磁控管产生微波，对铁矿粉加热；(4)当铁矿粉温度升至反应温度时，通入还原性气体，使铁矿粉发生微波‑流态化焙烧反应；(5)反应结束后降至常温，取出微波焙烧矿，磨矿后进行弱磁选。本发明的方法通过微波所特有的选择性加热优势，显著提高矿物单体解离度和可磨度，实现了复杂难选铁矿石的资源化和高效化的开发利用。

Description

一种强化复杂难选铁矿石分选的微波-流态化焙烧方法
技术领域
本发明属于矿物加工技术领域，具体涉及到一种强化复杂难选铁矿石分选的微波-流态化焙烧方法。
背景技术
近年来我国钢铁工业迅速发展，极大的促进铁矿石的需求，2017年，我国进口铁矿石10.75亿t，增长7.5％，对外依存度超过86％，随着国际铁矿石供需关系的改变，造成国内铁矿石价格大幅下跌和铁矿山严重亏损；同时，我国铁矿石总产量虽然大，但总体呈现“贫、细、杂”的特点，即铁矿石品位低、有用矿物嵌布粒度细、矿石组成成分复杂，难选铁矿石所占比例较高，我国铁选矿行业面临选别指标低、能耗大、成本高的巨大压力。因此，加强复杂难选铁矿石的高效开发利用，对降低我国铁矿石对外依存度、促进我国钢铁工业健康发展具有重要意义。
近年来，围绕复杂难选铁矿石的高效开发利用，国内外众多研究单位开展了大量的基础研究和技术开发工作，其中以选冶联合即磁化焙烧-磁选工艺效果最为突出，而磁化焙烧-磁选工艺中应用最为成功的当属悬浮磁化焙烧-磁选工艺。
其中，东北大学自主研发的预富集悬浮焙烧磁选技术，以湖北五峰状赤铁矿、渝东典型沉积型赤褐铁矿、鞍钢东部尾矿、东鞍山铁矿石及酒钢粉矿等为原料，开展了系统的PSRM实验室及中试试验，均获得良好的分选指标。在此基础之上，如何更好的实现提高矿物单体解离和可磨度、节能降耗和提高分选指标成为研究的重点和难点。在冶金工程应用过程中，微波焙烧相较于传统焙烧表现出巨大的优势，微波焙烧速率比传统焙烧速率高3.97～7.15倍，微波所特有的选择性加热优势，使得有用矿物与脉石矿物吸波特性存在较大差异，进而在矿物结合面产生内应力而形成裂纹和裂缝，能够显著提高矿物单体解离度和可磨度，更为节能降耗，选别效果更为显著；
众多专家学者针对微波焙烧开展了大量的基础研究，主要研究方向集中在矿物微波预处理、矿物吸波特性、矿物静态碳热还原微波焙烧等；此外，目前利用铁矿石悬浮磁化焙烧的磁选工艺研究，对于解决现有难选铁矿石的处理具有重要的意义；在此基础之上，如何更好的实现提高矿物单体解离和可磨度、节能降耗和提高分选指标成为研究的重点和难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种强化复杂难选铁矿石分选的微波-流态化焙烧方法，通过微波加热和流态化磁化组合的方式，对铁矿石物料进行选择性快速加热、增大矿物分选指标，实现围绕复杂难选铁矿石高效综合开发利用。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、将复杂难选铁矿石破碎并磨细制成铁矿粉，然后放置在反应室内的石英网上；将热电偶插入铁矿粉中；反应室外部套有微波腔体，微波腔体外部装配有微波发生装置，微波发生装置由波导、磁控管和天线帽组成，波导与电源连接，波导上方装配有磁控管，磁控管上方装配有微波功率仪，磁控管下方的天线帽插入波导内；
2、向反应室内通入保护性气体，保护性气体从反应室底端的保护性气体进气口流入，从顶端的排气口流出，使铁矿粉处于流化状态；
3、开启电源，磁控管产生微波，天线帽防止微波发射时损坏波导内腔，通过微波功率仪控制微波功率大小，波导用于对微波导向，微波通过波导传输进入微波腔体，对铁矿粉加热，通过热电偶监测铁矿粉温度；
4、当铁矿粉温度升至反应温度时，通过还原性气体储存罐向反应室通入还原性气体，使还原性气体与保护性气体同时在反应室内流通，铁矿粉发生微波-流态化焙烧反应；
5、反应结束后停止通入还原性气体，关闭电源；当反应室温度降至常温后，停止通入保护性气体，取出反应室内生成的微波焙烧矿；将微波焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm的部分占总质量的40～90％之间，然后在磁场强度80～85kA/m条件下进行弱磁选，获得磁选铁精矿。
上述的步骤1中，复杂难选铁矿石先破碎至粒径≤2mm，然后磨细至粒径≤0.074mm的部分占总质量的70～80％，制成铁矿粉。
上述方法采用的装置为微波-流态化磁化焙烧装置，包括反应室及套在其外部的微波腔体，反应室为上下两端封闭的筒状，内部设有石英网；热电偶从反应室顶端插入，热电偶的底端与石英网之间有间隙；反应室底端设有保护性气体进气口和还原性气体进气口，顶端设有排气口；微波腔体外部装配有微波发生装置，微波发生装置由波导、磁控管和天线帽组成，波导与电源连接，波导上方装配有磁控管，磁控管上方装配有微波功率仪，磁控管下方的天线帽插入波导内。
上述方法中，微波-流态化磁化焙烧装置的热电偶外套有屏蔽管，热电偶与测温仪连接。
上述方法中，微波-流态化磁化焙烧装置的保护性气体进气口和还原性气体进气口分别与保护性气体储存罐和还原性气体储存罐连通。
上述的保护性气体为N2或CO2，还原性气体为CO、H2或CH4。
上述的复杂难选铁矿石的铁品位20～50％。
上述的步骤4中，反应温度为500～650℃，微波-流态化焙烧反应的时间为1～30min。
上述的步骤4中，还原性气体的体积流量占还原性气体与保护性气体总体积流量的10～30％。
上述方法中，磁选铁精矿的铁品位≥55％；铁回收率≥80％。
与现有技术相比，本发明的突出优点包括：
1、通过微波所特有的选择性加热优势，使得有用矿物与脉石矿物吸波特性存在较大差异，进而在矿物结合面产生内应力而形成裂纹和裂缝，能够显著提高矿物单体解离度和可磨度；
2、采用微波-流态化焙烧装置，选别效果更为显著，实现了复杂难选铁矿石的资源化和高效化的开发利用；
3、集中了流态化焙烧和微波加热的优势，流态化焙烧过程中传热效率高、矿物颗粒分散性好、气固接触充分、焙烧产品均匀等特点和微波加热过程中选择性快速加热、能耗低等特点强强结合，又相互弥补了目前各自应用中的不足之处。
附图说明
图1为本发明实施例中的微波-流态化焙烧装置结构示意图；
图中，1、保护性气体储存罐，2、反应室，3、微波腔体，4、电源，5、波导，6、天线帽，7、还原性气体储存罐，8、磁控管，9、微波功率仪，10、热电偶，11、屏蔽管，12、排气口，13、测温仪，14、铁矿粉，15、石英网。
具体实施方式
以下结合实例对本发明做进一步说明。
本发明实施例中的反应室的材质为石英管。
本发明实施例中的石英网的孔径为600目。
本发明实施例中采用的微波功率仪的功率调控范围为100～1400W。
本发明实施例中铁矿粉温度升至反应温度的时间≤10min。
本发明实施例中的热电偶的测温范围为0～1300℃。
本发明实施例中采用的测温仪为数显测温仪。
本发明实施例中采用的波导型号为BJ26。
本发明实施例中采用的微波腔体材质为不锈钢。
本发明实施例中采用的屏蔽管材质为聚四氟乙烯，用于防止电磁场和静电场的干扰，减小测温误差。
本发明实施例中采用的磁控管在型号为2M343K。
本发明实施例中采用的天线帽材质为不锈钢。
本发明实施例中的微波频率为2450±25MHz；
本发明实施例中保护性气体的流速为100～400ml/min；还原性气体的流速为100～300ml/min。
本发明实施例中磁选铁精矿的铁品位64～66％。
实施例1
微波-流态化磁化焙烧装置结构如图1所示，包括反应室(2)及套在其外部的微波腔体(3)，反应室(2)为上下两端封闭的筒状，内部设有石英网(15)；热电偶(10)从反应室(2)顶端插入，热电偶(10)的底端与石英网(15)之间有间隙；反应室(2)底端设有保护性气体进气口和还原性气体进气口，顶端设有排气口(12)；微波腔体(3)外部装配有微波发生装置，微波发生装置由波导(5)、磁控管(8)和天线帽(6)组成，波导(5)与电源(4)连接，波导(5)上方装配有磁控管(8)，磁控管(8)上方装配有微波功率仪(9)，磁控管(8)下方的天线帽(6)插入波导(5)内；热电偶(10)外套有屏蔽管(11)，热电偶(10)与测温仪(13)连接；保护性气体进气口和还原性气体进气口分别与保护性气体储存罐(1)和还原性气体储存罐(7)连通；
采用的复杂难选铁矿石原料为云南某地赤铁矿-褐铁矿型复杂难选铁矿石，TFe品位为35.25％，按质量百分比含FeO 9.24％，SiO2 49.41％；
将复杂难选铁矿石先破碎至粒径≤2mm，然后磨细至粒径≤0.074mm的部分占总质量的70％，制成铁矿粉；
采用上述的微波-流态化磁化焙烧装置，将铁矿粉放置在反应室内的石英网上；将热电偶插入铁矿粉中；反应室外部套有微波腔体，微波腔体外部装配有微波发生装置，微波发生装置由波导、磁控管和天线帽组成，波导与电源连接，波导上方装配有磁控管，磁控管上方装配有微波功率仪，磁控管下方的天线帽插入波导内；
向反应室内通入保护性气体，保护性气体从反应室底端的保护性气体进气口流入，从顶端的排气口流出，使铁矿粉处于流化状态；保护性气体为CO2；
开启电源，磁控管产生微波，天线帽防止微波发射时损坏波导内腔，通过微波功率仪控制微波功率大小，波导用于对微波导向，微波通过波导传输进入微波腔体，对铁矿粉加热，通过热电偶监测铁矿粉温度；
当铁矿粉温度升至反应温度时，通过还原性气体储存罐向反应室通入还原性气体，使还原性气体与保护性气体同时在反应室内流通，铁矿粉发生微波-流态化焙烧反应；还原性气体为CO；还原性气体的体积流量占还原性气体与保护性气体总体积流量的10％；反应温度为550℃，微波-流态化焙烧反应的时间为5min；升至反应温度的时间3min；
反应结束后停止通入还原性气体，关闭电源；当反应室温度降至常温后，停止通入保护性气体，取出反应室内生成的微波焙烧矿；将微波焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm的部分占总质量的80％，然后在磁场强度83kA/m条件下进行弱磁选，获得磁选铁精矿，磁选铁精矿的铁品位64.7％；铁回收率81.4％，磁选铁精矿选别指标提高了1％。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)采用的复杂难选铁矿石为鞍山某地赤铁矿-菱铁矿混合矿石，TFe品位为34.43％，按质量百分比含FeO 9.24％，SiO2 49.41％，有害元素磷和硫分别为0.07％和0.05％。
(2)复杂难选铁矿石磨细至粒径≤0.074mm的部分占总质量的75％；
(3)保护性气体为N2；还原性气体为H2；还原性气体的体积流量占还原性气体与保护性气体总体积流量的20％；反应温度为560℃，微波-流态化焙烧反应的时间为4min；升至反应温度的时间4min；
(4)微波焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm的部分占总质量的70％，然后在磁场强度80kA/m条件下进行弱磁选，获得磁选铁精矿，磁选铁精矿的铁品位66％；铁回收率91％，通过Bond功指数试验和光学显微镜分析相较于传统电阻热传导加热方式，产物可磨度和单体解离度提高4.5％，铁精矿选别指标提高了1％。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)复杂难选铁矿石磨细至粒径≤0.074mm的部分占总质量的80％；
(2)保护性气体为N2；还原性气体为CH4；还原性气体的体积流量占还原性气体与保护性气体总体积流量的30％；反应温度为570℃，微波-流态化焙烧反应的时间为3min；升至反应温度的时间5min；
(3)微波焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm的部分占总质量的60％，然后在磁场强度85kA/m条件下进行弱磁选，获得磁选铁精矿，磁选铁精矿的铁品位65.2％；铁回收率85％，铁精矿选别指标提高了1％以上。

Claims (8)

1.一种强化复杂难选铁矿石分选的微波-流态化焙烧方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）将复杂难选铁矿石破碎并磨细制成铁矿粉，然后放置在反应室内的石英网上；将热电偶插入铁矿粉中；反应室外部套有微波腔体，微波腔体外部装配有微波发生装置，微波发生装置由波导、磁控管和天线帽组成，波导与电源连接，波导上方装配有磁控管，磁控管上方装配有微波功率仪，磁控管下方的天线帽插入波导内；
（2）向反应室内通入保护性气体，保护性气体从反应室底端的保护性气体进气口流入，从顶端的排气口流出，使铁矿粉处于流化状态；
（3）开启电源，磁控管产生微波，天线帽防止微波发射时损坏波导内腔，通过微波功率仪控制微波功率大小，波导用于对微波导向，微波通过波导传输进入微波腔体，对铁矿粉加热，通过热电偶监测铁矿粉温度；
（4）当铁矿粉温度升至反应温度时，通过还原性气体储存罐向反应室通入还原性气体，使还原性气体与保护性气体同时在反应室内流通，铁矿粉发生微波-流态化焙烧反应，反应温度为500~650℃，微波-流态化焙烧反应的时间为1~30min；所述的保护性气体为N2或CO2，所述的还原性气体为CO、H2或CH4；
（5）反应结束后停止通入还原性气体，关闭电源；当反应室温度降至常温后，停止通入保护性气体，取出反应室内生成的微波焙烧矿；将微波焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm的部分占总质量的40~90%之间，然后在磁场强度80 ~85kA/m条件下进行弱磁选，获得磁选铁精矿。
2.根据权利要求1所述的强化复杂难选铁矿石分选的微波-流态化焙烧方法，其特征在于步骤（1）中，复杂难选铁矿石先破碎至粒径≤2mm，然后磨细至粒径≤0.074mm的部分占总质量的70~80%，制成铁矿粉。
3.根据权利要求1所述的强化复杂难选铁矿石分选的微波-流态化焙烧方法，其特征在于步骤（1）~（4）采用的装置为微波-流态化磁化焙烧装置，包括反应室及套在其外部的微波腔体，反应室为上下两端封闭的筒状，内部设有石英网；热电偶从反应室顶端插入，热电偶的底端与石英网之间有间隙；反应室底端设有保护性气体进气口和还原性气体进气口，顶端设有排气口；微波腔体外部装配有微波发生装置，微波发生装置由波导、磁控管和天线帽组成，波导与电源连接，波导上方装配有磁控管，磁控管上方装配有微波功率仪，磁控管下方的天线帽插入波导内。
4.根据权利要求3所述的强化复杂难选铁矿石分选的微波-流态化焙烧方法，其特征在于所述的微波-流态化磁化焙烧装置的热电偶外套有屏蔽管，热电偶与测温仪连接。
5.根据权利要求3所述的强化复杂难选铁矿石分选的微波-流态化焙烧方法，其特征在于所述的微波-流态化磁化焙烧装置的保护性气体进气口和还原性气体进气口分别与保护性气体储存罐和还原性气体储存罐连通。
6.根据权利要求1所述的强化复杂难选铁矿石分选的微波-流态化焙烧方法，其特征在于所述的复杂难选铁矿石的铁品位20~50%。
7.根据权利要求1所述的强化复杂难选铁矿石分选的微波-流态化焙烧方法，其特征在于步骤（4）中，还原性气体的体积流量占还原性气体与保护性气体总体积流量的10~30%。
8.根据权利要求1所述的强化复杂难选铁矿石分选的微波-流态化焙烧方法，其特征在于所述的磁选铁精矿的铁品位≥55%；铁回收率≥80%。
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