CN111304434B - 一种难选褐铁矿阶段焙烧磨矿磁选生产铁精矿的方法 - Google Patents

一种难选褐铁矿阶段焙烧磨矿磁选生产铁精矿的方法 Download PDF

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Abstract

一种难选褐铁矿阶段焙烧磨矿磁选生产铁精矿的方法，按以下步骤进行：(1)将难选褐铁矿磨细；(2)铁矿粉经一次旋风分离后进入加热炉被加热至750～850℃，气流作用进入二级旋风分离器进行二次旋风分离；(3)排放到脱水反应器中，在负悬浮状态降温至550～650℃脱水；(4)经过三级旋风分离器进入还原反应器；在悬浮状态继续降温至460～520℃进行还原反应，然后进入冷却器；(5)在悬浮状态与空气氧化反应，温度降至200～300℃排出空冷；(6)焙烧物料磨细后进行一段磁选、二段磁选和三段磁选。本发明的方法具有生产工艺简单、成本低、污染小等技术特点；可以有效处理褐铁矿石资源，生产合格的铁精矿产品。

Description

一种难选褐铁矿阶段焙烧磨矿磁选生产铁精矿的方法
技术领域
本发明属于矿物加工技术领域，具体涉及一种难选褐铁矿阶段焙烧磨矿磁选生产铁精矿的方法。
背景技术
铁矿石资源是钢铁行业的重要原料，但复杂难选铁矿需要进行选矿处理，平均铁品位仅为30％左右，同时还具有矿物组成复杂、嵌布粒度细等特点；开发和利用难选铁矿石资源，提高可利用铁矿石资源储量，缓解铁矿资源供需矛盾，具有重要的实际和战略意义。
褐铁矿石是一种典型的难选铁矿石资源，但由于褐铁矿石具有含水量高、易泥化和脉石矿物嵌布粒度细等特点，未得到有效开发利用。目前采用传统的选矿方法包括重选、磁选和浮选等方法，难以有效处理褐铁矿石资源。
发明内容
本发明的目的是提供一种难选褐铁矿阶段焙烧磨矿磁选生产铁精矿的方法，采用阶段焙烧技术，结合难选褐铁矿自身矿石性质，通过脱水焙烧、还原焙烧和冷却氧化焙烧进行前期处理，然后磨矿磁选生产合格铁精矿，并达到良好收率。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、将难选褐铁矿磨细至粒度-0.074mm的部分占总质量≥60％，制成铁矿粉；所述的难选褐铁矿的铁品位40～60％，含铁矿物主要为褐铁矿和赤铁矿，主要成分的分子式为nFe2O3·mH2O，其中n＝1～3，m＝1～4，结晶水的质量百分比4～10％；
2、将铁矿粉通过螺旋给料器输送到一级旋风分离器中，经一次旋风分离后的物料从出料口进入加热炉的下部；所述的一级旋风分离器的排气口通过管道与引风机连通，加热炉上部通过物料通道与二级旋风分离器的进料口连通，加热炉的底部设有燃烧器；二级旋风分离器的排气口通过管道与一级旋风分离器的进料口连通；在开启引风机的条件下，向燃烧器通入空气和燃气，燃气燃烧后形成高温气体进入加热炉，进入加热炉的物料被加热至750～850℃，在负压条件下受气流作用进入二级旋风分离器进行二次旋风分离；
3、二次旋风分离后的固体物料从二级旋风分离器的出料口排放到脱水反应器中，脱水反应器底部的出料口与三级旋风分离器的进料口连通，脱水反应器的底部还设有空气入口；通过脱水反应器的空气入口通入空气，使脱水反应器内的固体物料在负压条件下受气流作用处于悬浮状态，并降温至550～650℃完成脱水反应，形成脱水物料；经过脱水后的空气经二级旋风分离器进入一级旋风分离器；
4、三级旋风分离器的出料口与还原反应器顶部的进料口连通，三级旋风分离器的排气口通过管道与一级旋风分离器的进料口连通；脱水物料进入三级旋风分离器，经三次旋风分离后进入还原反应器；还原反应器底部设有气体入口；通过气体入口向还原反应器内通入还原气体，还原气体从还原反应器顶部排出，经过三级旋风分离器进入一级旋风分离器；脱水物料从顶部进入还原反应器，在负压条件下受气流作用处于悬浮状态，并继续降温至460～520℃，此时脱水物料中的氧化铁与还原气体中的CO进行还原反应，反应后生成还原物料，从还原反应器下部排出进入冷却器；所述的还原气体为氮气和CO的混合气体；
5、向冷却器底部通入空气，还原物料在负压条件下受气流作用处于悬浮状态，与空气发生氧化反应并同时降温，当温度降至200～300℃时，从冷却器内底部排出，空冷至常温形成焙烧物料，完成阶段焙烧；空气与还原物料发生氧化反应后，生成的烟气进入燃烧器；
6、将焙烧物料磨细至粒度为-0.074mm的部分占总质量≥90％，制成焙烧矿粉；将焙烧矿粉采用磁选设备进行一段磁选、二段磁选和三段磁选；一段磁选精矿作为二段磁选给矿，二段磁选精矿作为三段磁选给矿，三段磁选精矿为铁精矿；其中一段磁选、二段磁选和三段磁选的磁场强度分别为900～1100Oe，700～900Oe和200～300Oe。
上述的步骤2中，一级旋风分离器的排气口与引风机连通的管道上设有除尘器，除尘器的出气口与引风机连通，除尘器的排料口通过管道与灰槽连通。
上述的步骤2中，进入加热炉的物料在加热炉内的停留时间5～10s。
上述的步骤3中，二次旋风分离后的固体物料在脱水反应器中的停留时间5～10min。
上述的步骤4中，脱水物料在还原焙烧炉内的停留时间10～40min。
上述的步骤4中，还原气体的流量与脱水物料的流量比例按脱水物料的流量为100～120kg/h时，还原气体中CO的流量为6.0～8.0m3/h，还原气体的总流量为13.0～16.0m3/h。
上述的步骤5中，还原物料在冷却器内的停留时间20～40s。
上述的步骤6中，一段磁选尾矿、二段磁选尾矿和三段磁选尾矿一同作为总尾矿。
上述的步骤3、4和5中，发生的脱水反应、还原反应和氧化反应的反应式分别为：
nFe2O3·mH2O(s)＝nαFe2O3(s)+mH2O(g) (1)、
3αFe2O3(s)+CO(g)＝2Fe3O4(s)+CO2(g) (2)和
4Fe3O4(s)+O2(g)＝6γFe2O3(s) (3)。
上述的步骤6中，铁精矿的铁品位≥64％，Fe的回收率≥90％。
本发明的方法通过脱水后还原，将原生赤铁矿和新生赤铁矿还原生成磁铁矿，再与空气接触部分氧化生成磁赤铁矿，在磁选时顺利回收；该方法充分结合褐铁矿矿石性质和焙烧过程中物相转变规律，利用阶段焙烧技术，获得强磁性磁铁矿和磁赤铁矿，生产合格铁精矿。
本发明的脱水焙烧可以预先去除褐铁矿石中结晶水，防止焙烧过程褐铁矿发生粘结而影响焙烧效果。还原焙烧过程中CO将赤铁矿还原为磁铁矿，冷却氧化过程中有效控制磁铁矿氧化为强磁性磁赤铁矿，而非弱磁性赤铁矿，有利于后续磁选回收。
本发明为难选褐铁矿石的开发利用提供了一种有效的技术手段，具有生产工艺简单、成本低、污染小等技术特点；可以有效处理褐铁矿石资源，生产合格的铁精矿产品，具有巨大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的难选褐铁矿石阶段焙烧磨矿磁选生产铁精矿的方法流程示意图；
图2为本发明实施例中的阶段焙烧装置结构示意图；图中，1、料仓，2、失重秤，3、螺旋给料器，4、加热炉，5、二级旋风分离器，6、脱水反应炉，7、三级旋风分离器，8、还原焙烧炉，9、冷却器，10、收料器，11、燃烧器，12、一级旋风分离器，13、除尘器，14、灰槽，15、引风机。
具体实施方式
本发明实施例中采用的难选褐铁矿的铁品位40～60％，含铁矿物主要为褐铁矿和赤铁矿，主要成分的分子式为nFe2O3·mH2O，其中n＝1～3，m＝1～4，结晶水的质量百分比4～10％。
本发明实施例中采用的难选褐铁矿按质量百分比含Al2O3 7～8％，SiO2 3～4％，P≤0.1％，S≤0.04％。
本发明实施例中采用的磁选设备为弱磁筒式磁选机。
本发明实施例中采用的引风机为罗茨鼓风机。
本发明实施例中的阶段焙烧装置结构如图2所示，包括料仓1、螺旋给料器3,、一级旋风分离器11、加热炉4、二级旋风分离器5、脱水反应炉6、三级旋风分离器7，还原焙烧炉8和冷却器9；料仓1的出口与失重秤2相对，失重秤2的出口与螺旋给料器3的进口相对，螺旋给料器3的出口通过管道与一级旋风分离器12的进料口连通，一级旋风分离器12的出料口与加热炉4的下部连通，加热炉4的底部设有燃烧器11，加热炉4的上部通过物料通道与二级旋风分离器5的进料口连通；二级旋风分离器5的出料口与脱水反应炉6顶部的进料口连通，脱水反应炉6底部的出料口与三级旋风分离器7的进料口连通；脱水反应炉6底部设有空气入口，该空气入口与鼓风机连通；三级旋风分离器7的出料口与还原焙烧炉8顶部的进料口连通，还原焙烧炉8下部的出料口与冷却器9顶部的进料口连通；还原焙烧炉8的底部还设有气体入口，该还原气入口分别与氮气气源和CO气源连通；冷却器9底部设有空气入口，该空气入口与鼓风机连通；二级旋风分离器5的出气口通过管道与一级旋风分离器12的进料口连通，一级旋风分离器12与引风机15连通。
本发明实施例中的阶段焙烧装置的冷却器9顶部设有排气口，该排气口与燃烧器11的空气进口连通。
本发明实施例中的一级旋风分离器12的出气口与除尘器13连通，除尘器13的出料口与灰槽14相对，除尘器13的出气口与引风机15连通。
本发明实施例中的冷却器9底部的出料口与收料器10相对。
本发明实施例中，二级旋风分离器5分离出的气体通过出气口进入螺旋给料器3和一级旋风分离器12之间的管道，将进入一级旋风分离器12的铁矿粉预热；一级旋风分离器12分离出的气体经出气口进入除尘器13；除尘器13分离出的粉尘从出料口进入灰槽14，经过除尘后的气体通过引风机15排出。
本发明实施例中，三级旋风分离器7分离出的气体通过出气口进入螺旋给料器3和一级旋风分离器12之间的管道，将进入一级旋风分离器12的铁矿粉预热。
本发明实施例中，还原气体的流量与脱水物料的流量比例按脱水物料的流量为100～120kg/h时，还原气体中CO的流量为6.0～8.0m3/h，还原气体的总流量为13.0～16.0m3/h。
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
流程如图1所示；
将难选褐铁矿(难选褐铁矿石)磨细至粒度-0.074mm的部分占总质量68.75％，制成铁矿粉；难选褐铁矿的铁品位55.88％，按质量百分比含Al2O3 7.28％，SiO2 3.01％，P0.088％，S 0.028％，结晶水8.50％；
采用阶段焙烧装置，将铁矿粉通过螺旋给料器输送到一级旋风分离器中，经一次旋风分离后的物料从出料口进入加热炉的下部；在开启引风机的条件下，向燃烧器通入空气和燃气，燃气燃烧后形成高温气体进入加热炉，进入加热炉的物料被加热至850℃，在负压条件下受气流作用进入二级旋风分离器进行二次旋风分离；进入加热炉的物料在加热炉内的停留时间5s；
二次旋风分离后的固体物料从二级旋风分离器的出料口排放到脱水反应器中通过脱水反应器的空气入口通入空气，使脱水反应器内的固体物料在负压条件下受气流作用处于悬浮状态，并降温至650℃完成脱水反应，形成脱水物料；经过脱水后的空气经二级旋风分离器进入一级旋风分离器；二次旋风分离后的固体物料在脱水反应器中的停留时间5min；
脱水物料进入三级旋风分离器，经三次旋风分离后进入还原反应器；通过气体入口向还原反应器内通入还原气体，还原气体从还原反应器顶部排出，经过三级旋风分离器进入一级旋风分离器；脱水物料从顶部进入还原反应器，在负压条件下受气流作用处于悬浮状态，并继续降温至520℃，此时脱水物料中的氧化铁与还原气体中的CO进行还原反应，反应后生成还原物料，从还原反应器下部排出进入冷却器；所述的还原气体为氮气和CO的混合气体；脱水物料在还原焙烧炉内的停留时间10min；
向冷却器底部通入空气，还原物料在负压条件下受气流作用处于悬浮状态，与空气发生氧化反应并同时降温，当温度降至300℃时，从冷却器内底部排出，空冷至常温形成焙烧物料，完成阶段焙烧；空气与还原物料发生氧化反应后，生成的烟气进入燃烧器；还原物料在冷却器内的停留时间20s。
将焙烧物料(焙烧产物)磨细至粒度为-0.074mm的部分占总质量90％，制成焙烧矿粉；将焙烧矿粉采用磁选设备进行一段磁选、二段磁选和三段磁选；一段磁选精矿作为二段磁选给矿，二段磁选精矿作为三段磁选给矿，三段磁选精矿为铁精矿；其中一段磁选、二段磁选和三段磁选的磁场强度分别为1000Oe，800Oe和200Oe；一段磁选尾矿、二段磁选尾矿和三段磁选尾矿一同作为总尾矿；
铁精矿的铁品位64.97％，Fe的回收率94.53％。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)将难选褐铁矿磨细至粒度-0.074mm的部分占总质量95.44％，制成铁矿粉；难选褐铁矿的铁品位56.58％，按质量百分比含Al2O3 7.81％，SiO2 3.02％，P 0.082％，S0.038％，结晶水6.88％；
(2)进入加热炉的物料被加热至750℃，进入加热炉的物料在加热炉内的停留时间10s；
(3)550℃脱水，固体物料在脱水反应器中的停留时间10min；
(4)460℃还原反应；在还原焙烧炉内的停留时间40min；
(5)温度降至200℃从冷却器排出；还原物料在冷却器内的停留时间40s；
(6)将焙烧物料磨细至粒度为-0.074mm的部分占总质量93％，一段磁选、二段磁选和三段磁选的磁场强度分别为1100Oe，900Oe和300Oe；
(7)铁精矿的铁品位65.91％，Fe的回收率94.56％。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)将难选褐铁矿磨细至粒度-0.074mm的部分占总质量76.8％，制成铁矿粉；难选褐铁矿的铁品位53.7％，按质量百分比含Al2O3 7.5％，SiO2 3.7％，P 0.085％，S 0.036％，结晶水4.52％；
(2)进入加热炉的物料被加热至800℃，进入加热炉的物料在加热炉内的停留时间8s；
(3)600℃脱水，固体物料在脱水反应器中的停留时间7min；
(4)490℃还原反应；在还原焙烧炉内的停留时间20min；
(5)温度降至250℃从冷却器排出；还原物料在冷却器内的停留时间30s；
(6)将焙烧物料磨细至粒度为-0.074mm的部分占总质量95％，一段磁选、二段磁选和三段磁选的磁场强度分别为900Oe，700Oe和250Oe；
(7)铁精矿的铁品位65.23％，Fe的回收率92.17％。

Claims (5)

1.一种难选褐铁矿阶段焙烧磨矿磁选生产铁精矿的方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）将难选褐铁矿磨细至粒度-0.074 mm的部分占总质量≥60%，制成铁矿粉；所述的难选褐铁矿的铁品位40~60%，含铁矿物主要为褐铁矿和赤铁矿，主要成分的分子式为nFe2O3∙mH2O，其中n=1~3，m=1~4，结晶水的质量百分比4~10%；
（2）将铁矿粉通过螺旋给料器输送到一级旋风分离器中，经一次旋风分离后的物料从出料口进入加热炉的下部；所述的一级旋风分离器的排气口通过管道与引风机连通，加热炉上部通过物料通道与二级旋风分离器的进料口连通，加热炉的底部设有燃烧器；二级旋风分离器的排气口通过管道与一级旋风分离器的进料口连通；在开启引风机的条件下，向燃烧器通入空气和燃气，燃气燃烧后形成高温气体进入加热炉，进入加热炉的物料被加热至750~850℃，在负压条件下受气流作用进入二级旋风分离器进行二次旋风分离；进入加热炉的物料在加热炉内的停留时间5~10s；
（3）二次旋风分离后的固体物料从二级旋风分离器的出料口排放到脱水反应器中，脱水反应器底部的出料口与三级旋风分离器的进料口连通，脱水反应器的底部还设有空气入口；通过脱水反应器的空气入口通入空气，使脱水反应器内的固体物料在负压条件下受气流作用处于悬浮状态，并降温至550~650℃完成脱水反应，形成脱水物料；经过脱水后的空气经二级旋风分离器进入一级旋风分离器；二次旋风分离后的固体物料在脱水反应器中的停留时间5~10min；
（4）三级旋风分离器的出料口与还原反应器顶部的进料口连通，三级旋风分离器的排气口通过管道与一级旋风分离器的进料口连通；脱水物料进入三级旋风分离器，经三次旋风分离后进入还原反应器；还原反应器底部设有气体入口；通过气体入口向还原反应器内通入还原气体，还原气体从还原反应器顶部排出，经过三级旋风分离器进入一级旋风分离器；脱水物料从顶部进入还原反应器，在负压条件下受气流作用处于悬浮状态，并继续降温至460~520℃，此时脱水物料中的氧化铁与还原气体中的CO进行还原反应，反应后生成还原物料，从还原反应器下部排出进入冷却器；所述的还原气体为氮气和CO的混合气体；脱水物料在还原焙烧炉内的停留时间10~40min；还原气体的流量与脱水物料的流量比例按脱水物料的流量为100~120 kg/h时，还原气体中CO的流量为6.0~8.0m³/h，还原气体的总流量为13.0~16.0 m3/h；
（5）向冷却器底部通入空气，还原物料在负压条件下受气流作用处于悬浮状态，与空气发生氧化反应并同时降温，当温度降至200~300℃时，从冷却器内底部排出，空冷至常温形成焙烧物料，完成阶段焙烧；空气与还原物料发生氧化反应后，生成的烟气进入燃烧器；还原物料在冷却器内的停留时间20~40s；
（6）将焙烧物料磨细至粒度为-0.074mm的部分占总质量≥90%，制成焙烧矿粉；将焙烧矿粉采用磁选设备进行一段磁选、二段磁选和三段磁选；一段磁选精矿作为二段磁选给矿，二段磁选精矿作为三段磁选给矿，三段磁选精矿为铁精矿；其中一段磁选、二段磁选和三段磁选的磁场强度分别为900~1100Oe，700~900Oe和200~300Oe。
2.根据权利要求1所述的一种难选褐铁矿阶段焙烧磨矿磁选生产铁精矿的方法，其特征在于步骤（2）中，一级旋风分离器的排气口与引风机连通的管道上设有除尘器，除尘器的出气口与引风机连通，除尘器的排料口通过管道与灰槽连通。
3.根据权利要求1所述的一种难选褐铁矿阶段焙烧磨矿磁选生产铁精矿的方法，其特征在于步骤（6）中，一段磁选尾矿、二段磁选尾矿和三段磁选尾矿一同作为总尾矿。
4.根据权利要求1所述的一种难选褐铁矿阶段焙烧磨矿磁选生产铁精矿的方法，其特征在于步骤（3）、（4）和（5）中，发生的脱水反应、还原反应和氧化反应的反应式分别为：
nFe2O3∙mH2O(s) = nαFe2O3（s）+ mH2O(g) （1）、
3αFe2O3(s) +CO(g) = 2Fe3O4(s) + CO2(g) （2）和
4Fe3O4(s) + O2(g) = 6γFe2O3(s) （3）。
5.根据权利要求1所述的一种难选褐铁矿阶段焙烧磨矿磁选生产铁精矿的方法，其特征在于步骤（6）中，铁精矿的铁品位≥64%，Fe的回收率≥90%。
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