CN110814359A - 一种使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法，步骤如下：取相应成分含量的煤矸石粗磨，过筛挤压形成压块；将压块进行煅烧，所述煅烧温度为900‑1100℃，煅烧时间为10‑40min，冷却后，将煅烧产物研磨至200目，磁选3～5次，获得磁选铁粉和煤矸石尾矿。本发明充分利用了煤矸石中的碳还原自身氧化铁，磁选后既得到了还原铁粉，同时也得到了高品位的二氧化硅和氧化铝的原料，磁选后的煤矸石尾矿可用来做硅肥、分子筛，也可以用来分别提取二氧化硅和氧化铝。

Description

一种使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法
技术领域：
本发明属于煤矸石综合利用技术领域，具体涉及一种使用煤矸石自热还原生产还原铁粉 的方法。
背景技术：
煤矸石是一种在成煤过程中与煤层伴生的含碳量低，比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石属 于大宗工业固体废物，2015年，煤矸石产量预计在730Mt，利用率为70％。煤矸石的利用 具有重要的经济和环境意义，其主要利用途径为发电、回填、土地复垦、生产建材产品如砖、 陶粒和水泥、矿物品如硫铁矿、高岭土和镓和化工产品如结晶氯化铝、聚合氯化铝、氢氧化 铝、氧化铝、白炭黑和沸石分子筛。煤矸石生产化工产品是其高附加值利用的主要手段，煤 矸石生产化工材料是大宗工业固体废物综合利用的重要内容之一。
典型的煤矸石中主要成分碳含量在10％左右，氧化铁含量在14％左右，二氧化硅含量在 50％左右，氧化铝含量在23％左右，这种低品位的二氧化硅和氧化铝增加了制备硅铝分子筛 或者氧化铝的成本，本申请处理方式提高了二氧化硅和氧化铝含量，使得后续应用生产成本 大幅降低。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种使用煤矸石自热还原生产还原 铁粉的方法，该方法将煤矸石混合气氛环境加热，煤矸石中的有机物高温分解产生碳，利用 自身的碳去还原自身的氧化铁。10％的碳按照化学计量比还原14％的氧化铁时已经过量，不 需要额外再添加碳粉。还原后磁选分离出铁粉，铁粉纯度达到90％以上，可用于电炉炼钢的 原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂，如果经二次还原还可供粉末冶金用。这种自热还原过程 不仅使碳和铁成分得到利用，还可提高二氧化硅和氧化铝的含量分别到65％和30％左右，进 一步利用二氧化硅和氧化铝可降低生产成本30％。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法，包括步骤如下：
(1)取煤矸石粗磨，过80目筛后，挤压形成压块，其中，所述的煤矸石包括成分及质量百 分含量为，SiO2 48.62～54.07％，Al2O3 21.00～24.29％，CaO 2.83～4.51％，SO20.75～1.17％，Fe2O3 13.84～14.21％，C 8.55～10.32％，余量其他。
(2)将压块进行煅烧，所述煅烧温度为900-1100℃，煅烧时间为10-40min，冷却后，将煅 烧产物研磨至200目，磁选3～5次，获得磁选铁粉和煤矸石尾矿。
所述步骤(1)中，煤矸石粗磨过筛后挤压的具体过程为：过筛后放入模具，在3～7Mpa下 挤压成型，挤压时间为3～5min，压实度达到96％以上，形成压块。
所述步骤(2)中，煅烧过程在混合气氛下进行，具体为通入氮氧混合气，二者按体积比， N2：O2＝(79.5～90)：(10～10.5)，所述氮气纯度99.9％，氧气纯度99.9％。
所述步骤(2)中，煤矸石中C为有机相，煅烧过程中，C先由有机相中分离，再与煤矸石 中的氧化铁进行还原反应。
所述步骤(2)中，通入含氧气的混合气，使氧气与SO2反应实现脱硫，以避免SO2对碳还 原过程的影响。
所述步骤(2)中，铁回收率达到80.3～89.1％，铁粉纯度达到90.81～96.25％。
所述步骤(2)中，铁粉经二次还原，供粉末冶金用。
所述步骤(2)中，煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，SiO2 63.08～66.27％，Al2O3 26.15～29.72％，CaO 3.37～4.56％，SO3 0.74～1.25％，Fe2O3 0.09～0.15％，C 0.01～0.05％，余量 其他。
所述步骤(2)中，磁选后的煤矸石尾矿用来做硅肥、分子筛。
所述步骤(2)中，磁选后的煤矸石尾矿用来分别提取二氧化硅和氧化铝。
本发明的有益效果：
本发明充分利用了煤矸石中的碳还原自身氧化铁，磁选后既得到了还原铁粉，同时也得 到了高品位的二氧化硅和氧化铝的原料，磁选后的煤矸石尾矿可用来做硅肥、分子筛，也可 以用来分别提取二氧化硅和氧化铝。
附图说明：
图1为实施例1的煤矸石自热还原流程图。
具体实施方式：
以下实施例中：
一种使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法，包括步骤如下：
(1)取煤矸石粗磨，过80目筛后，挤压形成压块，其中，所述的煤矸石包括成分及质量百 分含量为，SiO2 48.62～54.07％，Al2O3 21.00～24.29％，CaO 2.83～4.51％，SO20.75～1.17％，Fe2O3 13.84～14.21％，C 8.55～10.32％，余量其他。
(2)将压块进行煅烧，所述煅烧温度为900-1100℃，煅烧时间为10-40min，冷却后，将煅 烧产物研磨至200目，磁选3～5次，获得磁选铁粉和煤矸石尾矿。
所述步骤(1)中，煤矸石粗磨过筛挤压的具体过程为：放入模具，在3～7Mpa下挤压成型， 挤压时间为3～5min，压实度达到96％以上，形成压块。
所述步骤(2)中，煅烧过程在混合气氛下进行，具体为通入氮氧混合气，二者按体积比， N2：O2＝(79.5～90)：(10～10.5)，所述氮气纯度99.9％，氧气纯度99.9％。
所述步骤(2)中，煤矸石中C为有机相，煅烧过程中，C先由有机相中分离，再与煤矸石 中的氧化铁进行还原反应。
所述步骤(2)中，通入含氧气的混合气，使氧气与SO2反应实现脱硫，以避免SO2对碳还 原过程的影响。
所述步骤(2)中，铁回收率达到80～86％，铁粉纯度达到90～94.32％。
所述步骤(2)中，铁粉经二次还原，供粉末冶金用。
所述步骤(2)中，煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，SiO2 63.08～66.27％，Al2O3 26.15～29.72％，CaO 3.37～4.56％，SO3 0.74～1.25％，Fe2O3 0.09～0.15％，C 0.01～0.05％，余量 其他。
所述步骤(2)中，磁选后的煤矸石尾矿用来做硅肥、分子筛。
所述步骤(2)中，磁选后的煤矸石尾矿用来分别提取二氧化硅和氧化铝。
实施例1～5中处理的煤矸石为抚顺煤矸石，其中只含有高岭石、石英、辉石，不含有高 温相莫来石；具体包括成分及质量百分含量为，SiO2 50.11％，Al2O3 23.00％，CaO3.53％，SO3 0.75％，Fe2O3 14.21％，C 10.32％，余量其他。
实施例1：
本实施例的的煤矸石自热还原流程图如图1所示，取去石块的煤矸石50g，放入磨具， 在3Mpa下在压机上成型，解压，将压块放入高铝坩埚。将坩埚放入管式炉中，通入99.9％ 纯度的氮气和氧气，二者按体积比，N2：O2＝80:20，在900℃煅烧还原40min。冷却后，取出 压块，于研钵内研磨至200目。用强力钕铁硼磁铁选出铁粉，磁选三次。铁回收率达80.3％， 纯度为90.81％。煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，SiO2 66.05％，Al2O329.72％，CaO 4.56％，SO3 1.08％，Fe2O3 0.14％，C 0.025％，余量其他。煤矸石尾矿用来做硅肥。
实施例2：
取去石块的煤矸石50g，放入磨具，在5Mpa下在压机上成型，解压，将压块放入高铝坩 埚。将坩埚放入管式炉中，通入99.9％纯度的氮气和氧气，二者按体积比，N2：O2＝80:20，在1100℃煅烧还原10min。冷却后，取出压块，于研钵内研磨至200目。用强力钕铁硼磁铁 选出铁粉，磁选三次。铁回收率达83.6％，纯度为92.94％。具体成分为Al2O3 3.77％,SiO23.29％。 煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，SiO2 65.99％，Al2O3 29.53％，CaO4.38％，SO3 0.92％，Fe2O3 0.11％，C 0.022％，余量其他。煤矸石尾矿用来做分子筛。
实施例3：
取去石块的煤矸石50g，放入磨具，在7Mpa下在压机上成型，解压，将压块放入高铝坩 埚。将坩埚放入管式炉中，通入99.9％纯度的氮气和氧气，二者按体积比，N2：O2＝80:20，在1000℃煅烧还原30min。冷却后，取出压块，于研钵内研磨至200目。用强力钕铁硼磁铁 选出铁粉，磁选三次。铁回收率达86.5％，纯度为94.32％。煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，SiO2 65.76％，Al2O3 29.11％，CaO 4.19％，SO3 0.87％，Fe2O3 0.10％，C0.02％，余 量其他。煤矸石尾矿用来分别提取二氧化硅和氧化铝。
实施例4
同实施例2，区别在于，在950℃煅烧还原35min，三次磁选后获得铁回收率达87.8％， 纯度为94.88％。煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，SiO2 65.33％，Al2O328.84％，CaO 4.02％，SO3 0.80％，Fe2O3 0.08％，C 0.018％，余量其他。煤矸石尾矿用来做分子筛。
实施例5
同实施例3，区别在于，在1050℃煅烧还原20min，三次磁选后获得铁回收率达89.1％， 纯度为96.25％。煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，SiO2 65.08％，Al2O328.52％，CaO 3.95％，SO3 0.64％，Fe2O3 0.07％，C 0.015％，余量其他。煤矸石尾矿用来分别提取二氧化硅 和氧化铝。

Claims (7)

1.一种使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)取煤矸石粗磨，过80目筛后，挤压形成压块，其中，所述的煤矸石包括成分及质量百分含量为，SiO2 48.62～54.07％，Al2O3 21.00～24.29％，CaO 2.83～4.51％，SO2 0.75～1.17％，Fe2O313.84～14.21％，C 8.55～10.32％，余量其他；
(2)将压块进行煅烧，所述煅烧温度为900-1100℃，煅烧时间为10-40min，冷却后，将煅烧产物研磨至200目，磁选3～5次，获得磁选铁粉和煤矸石尾矿。
2.根据权利要求1所述的使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，煤矸石粗磨过筛后挤压的具体过程为：过筛后放入模具，在3～7Mpa下挤压成型，挤压时间为3～5min，压实度达到96％以上，形成压块。
3.根据权利要求1所述的使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，煅烧过程在混合气氛下进行，具体为通入氮氧混合气，二者按体积比，N2：O2＝(79.5～90)：(10～10.5)，所述氮气纯度99.9％，氧气纯度99.9％。
4.根据权利要求1所述的使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，铁回收率达到80.3～89.1％，铁粉纯度达到90.81～96.25％。
5.根据权利要求1所述的使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，铁粉经二次还原，供粉末冶金用。
6.根据权利要求1所述的使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，SiO2 63.08～66.27％，Al2O326.15～29.72％，CaO 3.37～4.56％，SO3 0.74～1.25％，Fe2O3 0.09～0.15％，C 0.01～0.05％，余量其他。
7.根据权利要求1所述的使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，磁选后的煤矸石尾矿用来做硅肥、分子筛，或用来分别提取二氧化硅和氧化铝。
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Application publication date: 20200221

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