CN109055728A

CN109055728A - 一种处理复杂难选铁矿石的微波-流态化焙烧装置

Info

Publication number: CN109055728A
Application number: CN201811072396.5A
Authority: CN
Inventors: 韩跃新; 周文涛; 孙永升; 李艳军; 高鹏
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2018-12-21
Anticipated expiration: 2038-09-14
Also published as: CN109055728B

Abstract

一种处理复杂难选铁矿石的微波‑流态化焙烧装置，包括反应室及套在其外部的微波腔体，反应室内部设有石英网；热电偶从反应室顶端插入，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。本发明的装置可实现复杂难选弱磁性铁矿石高效综合利用，集中了流态化焙烧和微波加热的优势，又相互弥补了目前各自应用中的不足之处。

Description

一种处理复杂难选铁矿石的微波-流态化焙烧装置

技术领域

本发明属于矿物加工技术领域，具体涉及到一种处理复杂难选铁矿石的微波-流态化焙烧装置。

背景技术

随着我国钢铁工业的迅速发展，对铁矿石的需求量迅猛增加；据世界钢铁协会预测，2017年至2018年间全球钢铁需求将超过32亿t，其中中国钢铁需求增长3％；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％；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；具体来讲，总体矿山铁品位仅为25～40％，只有1.6％的矿山为高品级，平均品位仅为34.29％，较全球平均品位低10.45％，大量的贫杂弱磁性铁矿资源未能得到有效开发利用；在我国复杂难选铁矿资源中，微细粒矿、菱铁矿、褐铁矿、鲕状赤铁矿属典型难利用铁矿资源，总储量达200亿吨以上，广泛分布于辽、冀、晋、陕、鄂、疆、桂等省份；该类铁矿石矿物由于自身特点，采用常规选矿技术难以获得较好的技术经济指标，部分资源尚未获得工业化开发利用，部分资源虽得以开发，但利用效率极低；因此，研发自主创新技术，加强对贫细杂难选铁矿石的综合开发利用，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，磁化焙烧-磁选是指通过化学反应将赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿等弱磁性铁矿物转变为强磁性的磁铁矿或磁赤铁矿，再利用矿物之间的磁性差异进行磁选；磁化焙烧方式有竖炉焙烧、回转窑焙烧、流态化焙烧等；竖炉磁化焙烧工艺主要适合处理粒度25～75mm的块矿，且该工艺存在着单机处理能力低、能耗高、焙烧时间长、产品质量不均匀等问题；回转窑磁化焙烧工艺适合处理粒度25mm以下矿石，磁化焙烧质量及分选指标较竖炉好，但回转窑工艺仍存在着磁化率低、易结圈、生产不稳定、作业率低和能耗高等问题；流态化是指固体物料颗粒在流体介质作用下呈流体状态，流态化过程具有类似液体的特性；近些年来，国内一些科研团队针对流态化焙烧技术和装备开展了大量研究，如武汉理工大学余永富院士科研团队提出了循环流态化闪速磁化焙烧工艺，中国科学院过程工程研究所提出了低温流态化磁化焙烧工艺等，均取得良好的选别指标；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。

微波是指频率为300MHz～300GHz、波长在1mm～1m之间的电磁波，可以渗透到矿物分子内部，使发热从分子内部开始发生，不需要热传导，热效率高，能耗低；其次，共生在同一矿石的不同矿物，也会表现出不同的温升变化，加剧其结合面的软化；因此，微波焙烧具有快速加热、选择性加热、能耗低、增强矿物单体解离度和可磨度等特点，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；静态碳热还原微波焙烧方法对于复杂难选铁矿石很难实现高效综合利用；目前，研制一种高效综合处理复杂难选铁矿石的装置和方法，实现节能降耗、选择性快速加热、增强矿物单体解离度和可磨度，对于解决现有复杂难选铁矿石的处理具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种处理复杂难选铁矿石的微波-流态化焙烧装置，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。

本发明的处理复杂难选铁矿石的微波-流态化焙烧装置包括反应室(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)与电源连接，波导(5)位于磁控管(8)下方，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。

上述装置中，热电偶(10)外套有屏蔽管(11)，热电偶(10)与测温仪(13)连接。

上述装置中，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。

本发明的处理复杂难选铁矿石的微波-流态化焙烧的使用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，然后放置在石英网上，铁矿粉的顶面高于热电偶底端；

2、通过保护性气体储存罐向反应室通入保护性气体，经排气口排出，并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，波导对微波进行导向，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。

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，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；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、可实现复杂难选弱磁性铁矿石高效综合利用，相较于传统电阻热传导加热或热对流加热-流态化焙烧装置，加热速率提高3倍以上，选别指标提高1％以上；

2、所用微波-流态化焙烧装置，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；

3、相较于传统电阻热传导加热或热对流加热-流态化焙烧装置和技术，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，更有利于后续分选。

附图说明

图1为本发明实施例中的处理复杂难选铁矿石的微波-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0～1100℃。

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的型号为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

处理复杂难选铁矿石的微波-流态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)与电源连接，波导(5)位于磁控管(8)下方，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；

其中磁控管(8)用于发射微波，波导(5)用于对微波导向，天线帽(6)用于防止微波发射时损坏波导(5)内腔；微波功率仪(9)控制微波功率大小；

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广西某地鲕状赤铁矿，TFe 46.13％，按质量百分比含FeO 2.43％，P 1.00％，SiO₂ 18.81％，Al₂O₃ 5.60％，CaO 1.98％，MgO 0.38％，K0.52％，Na<0.05，烧失量4.25％；鲕状赤铁矿按质量百分比含金属矿物73.20％，其余为非金属矿物，按质量百分比含赤铁矿72.35％，褐铁矿0.85％，石英13.44％，碳酸盐矿物1.58％，绿泥石+粘土矿物11.78％；

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；将铁矿粉放置在石英网上，铁矿粉的顶面高于热电偶底端；

通过保护性气体储存罐向反应室通入保护性气体，经排气口排出，并使铁矿粉处于流化状态；保护性气体为N₂；

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，波导对微波进行导向，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；其中升温时间为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；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％，相较于传统电阻热传导加热或热对流加热-流态化焙烧装置，选别指标提高1％以上。

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)采用的复杂难选铁矿石原料为云南某地矿石，属赤铁矿-褐铁矿型复杂难选铁矿石。该矿石中TFe品位为35.25％，按质量百分比含FeO 9.24％，SiO₂ 49.41％，有害元素磷0.88％；

(2)磨细至粒径≤0.074mm的部分占总质量的75％；

(3)保护性气体为CO₂；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；其中升温时间为5min；

(4)；微波焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm的部分占总质量的70％，在磁场强度85kA/m条件下进行弱磁选；磁选铁精矿的铁品位66％；铁回收率89％，相较于传统电阻热传导加热或热对流加热-流态化焙烧装置，选别指标提高1％以上。

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)采用的复杂难选铁矿石原料为鞍山某地赤铁矿-菱铁矿混合矿石，TFe品位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)磨细至粒径≤0.074mm的部分占总质量的80％；

(3)保护性气体为CO₂；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8min；其中升温时间为4min；

(4)微波焙烧矿磨矿至粒径≤0.038mm的部分占总质量的80％，在磁场强度80kA/m条件下进行弱磁选；磁选铁精矿的铁品位65.8％；铁回收率91％，相较于传统电阻热传导加热或热对流加热-流态化焙烧装置，选别指标提高1％以上。

Claims

1.一种处理复杂难选铁矿石的微波-流态化焙烧装置，其特征在于包括反应室(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)与电源连接，波导(5)位于磁控管(8)下方，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。

2.根据权利要求1所述的一种处理复杂难选铁矿石的微波-流态化焙烧装置，其特征在于所述的热电偶(10)外套有屏蔽管(11)，热电偶(10)与测温仪(13)连接。

3.根据权利要求1所述的一种处理复杂难选铁矿石的微波-流态化焙烧装置，其特征在于所述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(1)和还原性气体储存罐(7)连通。