CN109355503A - 一种利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法和系统,所述方法采用如下方法进行:将待还原的矿料粉碎,研磨至粉末状50~80目;将研磨得到的矿料放入加热炉内进行加热,加热至1100℃~1800℃,加热30~120min;在还原炉内按照5~8L/min的流量速度充入氮气和氢气形成正压;将加热了的矿料投入到还原炉;控制矿料在还原炉内加热,还原炉炉口未封闭,在炉口点燃氢气形成火帘,使其与外界空气隔绝,矿料进行充分的还原反应;反应一定时间后,得到还原完成的金属粉末和矿渣,将得到的金属粉末和矿渣进行处理分离出金属粉末。采用本发明的方法能够克服目前还原金属氧化矿的生产方法中存在的能耗高、粉尘高的问题,提供了一种操作性强、无污染、综合利用率高的工艺。

Description

一种利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法和系统
技术领域
本发明涉及氧化矿还原技术领域,尤其涉及一种利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法和系统。
背景技术
我国大部分矿物还原金属单质,多采用焦碳、煤等作为还原剂,利用天然气、煤气、电以及微波方式加热矿料,在炉内直接进行还原,如竖炉法还原,或为了还原充分,磨细混合压成球团矿进行加热还原。
氢气作为能源,越来越受到人们的关注。氢气本身无毒,完全燃烧放出的热量约为同质量甲烷的两倍多(液氢完全燃焼约为同质量汽油的3倍),且燃烧后的产物为水(2H2+O2=点燃= 2H2O),不污染空气。所以,它被认为是理想的清洁,高能燃料。目前,作为高能燃料,液氢已应用于航天等领域; 根据它的还原性,还可以用于冶炼某些金属材料等方面。
鉴于上述原因,本发明提出一种利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法和系统,旨在实现利用氢气还原金属氧化物,旨在减少成本,提高还原力度。
为实现上述目的,本发明提供的一种利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法,所述方法包括如下步骤:
步骤10,将待还原的矿料粉碎,研磨至粉末状80目以上;
步骤20,将研磨得到的矿料放入加热炉内进行加热,加热至1100℃~1800℃,加热30~120min;
步骤30,在还原炉内按照5~8L/min的流量速度充入氮气和氢气;
步骤40,将加热了的矿料投入到还原炉;
步骤50,控制矿料在还原炉内加热,还原炉炉口未封闭,在炉口点燃氢气使其与外界空气隔绝,矿料进行充分的还原反应;
步骤60,反应一定时间后,得到还原完成的金属粉末和矿渣,将得到的金属粉末和矿渣进行处理分离出金属粉末。
优选地,所述步骤30中的氢气为以液氨为原料制备得到。
优选地,所述矿料为铁矿、锰矿或者铜矿中的任一种。
优选地,所述还原炉为微波加热炉或者电炉或者钢带炉。
优选地,步骤S40~步骤S60的反应过程中的温度控制为550℃~800℃,步骤S60中的反应时间为1~2.5h。
优选地,所述步骤S30中氮气和氢气的比列为1:6~2:5。
优选地,所述步骤S60中对得到的金属粉末和矿渣进行处理分离出金属粉末的处理方法为:先对得到的金属粉末和矿渣进行水淬,然后对水淬后的金属粉末和矿渣进行重选和磁选以分离出金属粉末。
优选地,所述步骤S60中对得到的金属粉末和矿渣进行处理分离出金属粉末的处理方法为:直接将金属粉末和矿渣投入中频或者高频加热炉中熔化成液态,实现分离。
此外,为实现上述目的,本发明还提出一种还原金属氧化矿的系统,所述系统包括所述系统包括还原气层和反应层,所述还原气层包括矿料入口、矿料出口、还原气出口以及加热装置,所述反应层包括还原气入口以及加热装置,所述还原气层与所述反应层之间设置有阀门,用以使进入到还原气层的还原气进入到反应层。
本发明利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法,所述方法采用如下方法进行:将待还原的矿料粉碎,研磨至粉末状50~80目;将研磨得到的矿料放入加热炉内进行加热,加热至1100℃~1800℃,加热30~120min;在还原炉内按照5~8L/min的流量速度充入氮气和氢气;将加热了的矿料投入到还原炉;控制矿料在还原炉内加热,还原炉炉口未封闭,在炉口点燃氢气使其与外界空气隔绝,矿料进行充分的还原反应;反应一定时间后,得到还原完成的金属粉末和矿渣,将得到的金属粉末和矿渣进行处理分离出金属粉末。采用本发明的方法能够克服目前还原金属氧化矿的生产方法中存在的能耗高、粉尘高的问题,以及还原环境要求高以及还原效率低的特点,提供了一种操作性强、无污染、综合利用率高的新型工艺。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明实施例解决的技术问题、所采用的技术方案以及实现的技术效果进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例,并不是全部实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下,所获得的所有其它等同或明显变型的实施例均落在本发明的保护范围内。本发明实施例可以按照权利要求中限定和涵盖的多种不同方式来具体化。
需要说明的是,在下面的描述中,为了方便理解,给出了许多具体细节。但是很明显,本发明的实现可以没有这些具体细节。
需要说明的是,在没有明确限定或不冲突的情况下,本发明中的各个实施例及其中的技术特征可以相互组合而形成技术方案。
本发明提出了一种还原金属氧化矿的方法,旨在实现利用氢气还原金属氧化物,旨在减少成本,提高还原力度。
本发明实施例中的氢气还原金属氧化矿的方法在还原金属氧化矿的系统中进行。所述系统采用传统的竖炉的结构,包括还原气入口、矿料投入口、还原炉、加热装置,其中整个系统分为两层,位于下方的一层为还原气通入层,下方同样设置有加热装置,用于加热还原气,上方为矿料还原层,即反应区,下方的还原气层与上方的反应层之间开设有连通两个区域的开口,且开口处设置有阀门,该阀门可以通过采用移动终端控制其开关。上方的反应区同样设置有加热装置,上方的加热装置与下方的加热装置是分开单独控制的,一般是可以预先对下方的还原气进行加热预处理,将加热后的还原气通入到上方的反应区内。除此之外还设置有矿料出口和还原气出口,还原气出口连接气体收集装置,用以对反应完成后的气体进行处理。其中,反应区采用钢带炉置于反应区内,采用钢带炉可增大矿料与气体在还原过程中的接触,提高还原效率。
基于上述的系统,本发明的利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法,所述方法包括如下步骤:
步骤10,将待还原的矿料粉碎,研磨至粉末状50~80目;
步骤20,将研磨得到的矿料放入加热炉内进行加热,加热至1100℃~1800℃,加热30~120min;
步骤30,在还原炉内按照5~8L/min的流量速度充入氮气和氢气;
步骤40,将加热了的矿料投入到还原炉;
步骤50,控制矿料在还原炉内加热,还原炉炉口未封闭,在炉口点燃氢气,形成火帘使其与外界空气隔绝,矿料进行充分的还原反应;
步骤60,反应一定时间后,得到还原完成的金属粉末和矿渣,将得到的金属粉末和矿渣进行处理分离出金属粉末。
采用本发明的方法能够克服目前还原金属氧化矿的生产方法中存在的能耗高、粉尘高的问题,以及还原环境要求高以及还原效率低的特点,提供了一种操作性强、无污染、综合利用率高的新型工艺。
其中,上述步骤的氢气以液氨为原料制备得到。采用液氨制备的氢气的方法包括利用电化学技术分解液氨制备得到氢气,还可以通过将液氨进行减压处理,使液氨变为气体得到氮气和氢气,进一步处理得到氢气等方法制备得到。
上述步骤的还原炉为钢带炉。步骤S40~步骤S60的反应过程中的温度控制为550℃~800℃,步骤S60中的反应时间为1~2.5h。所述步骤S30中氮气和氢气的比列为1:6~2:5。
具体的,将研磨且加热后得到的矿料从矿料投入口加入到反应区内,打开反应区的加热装置,在反应区的温度达到一定温度后,打开反应区和下方的还原气层之间的阀门,使下方的还原气进入到反应区。在反应过程中打开钢带炉,使钢带炉带动矿料进行高速旋转运动,进而使矿料与还原气进行充分的接触反应。
实施例1:
由液氨还原得到还原气氢气,将还原气氢气和氮气以1:3的比例从还原金属氧化矿的系统的还原气入口按照5L/min的流量速度通入到还原金属氧化矿的系统的还原气层,打开还原气层的加热装置对还原气进行预热。
将待还原的铁矿粉碎,研磨至粉末状60目,将研磨得到的铁矿放入加热炉内进行加热,加热至1100℃,加热30min。将加热后得到的铁矿从还原金属氧化矿的系统的矿料投入孔处投入到该系统的反应区内。
打开金属氧化矿的系统的反应区的加热装置,给反应区进行预热,将反应区与还原气层处的阀门打开,使还原气进入到反应区,反应过程中间隔一段时间向反应区内补充还原气,故采用上述的反应层与还原气层的加热装置进行独立控制,可以使得在从还原气层通入气体时,先对还原气进行预热,然后再通入到反应层中,基本不影响反应层的反应。
反应过程中控制反应区的温度为550℃,反应时间为1h。
反应完成后,将得到的还原后的金属粉末和矿料从系统的矿料出口中取出,然后将得到的金属粉末和矿渣进行磁选分离出金属粉末。
实施例2:
由液氨还原得到还原气氢气,将还原气氢气和氮气以2:9的比例从还原金属氧化矿的系统的还原气入口按照6L/min的流量速度通入到还原金属氧化矿的系统的还原气层,打开还原气层的加热装置对还原气进行预热。
将待还原的铁矿粉碎,研磨至粉末状60目,将研磨得到的铁矿放入加热炉内进行加热,加热至1500℃,加热45min。将加热后得到的铁矿从还原金属氧化矿的系统的矿料投入孔处投入到该系统的反应区内。
打开金属氧化矿的系统的反应区的加热装置,给反应区进行预热,将反应区与还原气层处的阀门打开,使还原气进入到反应区,反应过程中间隔一段时间向反应区内补充还原气,故采用上述的反应层与还原气层的加热装置进行独立控制,可以使得在从还原气层通入气体时,先对还原气进行预热,然后再通入到反应层中,基本不影响反应层的反应。
反应过程中控制反应区的温度为650℃,反应时间为1.5h。
反应完成后,将得到的还原后的金属粉末和矿料从系统的矿料出口中取出,然后将得到的金属粉末和矿渣进行磁选分离出金属粉末。
实施例3:
由液氨还原得到还原气氢气,将还原气氢气和氮气以2:5的比例从还原金属氧化矿的系统的还原气入口按照8L/min的流量速度通入到还原金属氧化矿的系统的还原气层,打开还原气层的加热装置对还原气进行预热。
将待还原的铁矿粉碎,研磨至粉末状60目,将研磨得到的铁矿放入加热炉内进行加热,加热至1600℃,加热60min。将加热后得到的铁矿从还原金属氧化矿的系统的矿料投入孔处投入到该系统的反应区内。
打开金属氧化矿的系统的反应区的加热装置,给反应区进行预热,将反应区与还原气层处的阀门打开,使还原气进入到反应区,反应过程中间隔一段时间向反应区内补充还原气,故采用上述的反应层与还原气层的加热装置进行独立控制,可以使得在从还原气层通入气体时,先对还原气进行预热,然后再通入到反应层中,基本不影响反应层的反应。
反应过程中控制反应区的温度为750℃,反应时间为2h。
反应完成后,将得到的还原后的金属粉末和矿料从系统的矿料出口中取出,然后将得到的金属粉末和矿渣进行磁选分离出金属粉末。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
步骤10,将待还原的矿料粉碎,研磨至粉末状50~80目;
步骤20,将研磨得到的矿料放入加热炉内进行加热,加热至1100℃~1800℃,加热30~120min;
步骤30,在还原炉内按照5~8L/min的流量速度充入氮气和氢气形成正压环境;
步骤40,将加热了的矿料投入到还原炉;
步骤50,控制矿料在还原炉内加热,还原炉炉口未封闭,在炉口点燃氢气,形成火帘使其与外界空气隔绝,矿料进行充分的还原反应;
步骤60,反应一定时间后,得到还原完成的金属粉末和矿渣,将得到的金属粉末和矿渣进行处理分离出金属粉末。
2.根据权利要求1所述的利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法,其特征在于,所述步骤30中的氢气为以液氨为原料制备得到。
3.根据权利要求1所述的利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法,其特征在于,所述矿料为铁矿、铬铁矿、锰矿或者钒钛磁铁矿中的任一种。
4.根据权利要求1所述的利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法,其特征在于,所述还原炉为微波加热炉或者电炉或者钢带炉。
5.根据权利要求1所述的利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法,其特征在于,步骤S40~步骤S60的反应过程中的温度控制为550℃~800℃,步骤S60中的反应时间为1~2.5h。
6.根据权利要求1所述的利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法,其特征在于,所述步骤S30中氮气和氢气的比列为1:6~2:5。
7.根据权利要求1所述的利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法,其特征在于,所述步骤S60中对得到的金属粉末和矿渣进行处理分离出金属粉末的处理方法为:先对得到的金属粉末和矿渣进行水淬,然后对水淬后的金属粉末和矿渣进行重选和磁选以分离出金属粉末。
8.根据权利要求1所述的利用液氨分解制备氢气还原金属氧化矿的方法,其特征在于,所述步骤S60中对得到的金属粉末和矿渣进行处理分离出金属粉末的处理方法为:直接将金属粉末和矿渣投入中频或者高频加热炉中熔化成液态,实现分离。
9.一种还原金属氧化矿的系统,用于实现如权利要求1~8任一项所述的方法,其特征在于,所述系统包括还原气层和反应层,所述还原气层包括矿料入口、矿料出口、还原气出口以及加热装置,所述反应层包括还原气入口以及加热装置,所述还原气层与所述反应层之间设置有阀门,用以使进入到还原气层的还原气进入到反应层。
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