CN115287452A - 一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金和矿物加工工程矿相转化悬浮磁化焙烧技术领域，为一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺。包括悬浮焙烧燃烧室、还原流化床、旋风收尘器、料封阀、喷淋水器、空气烟气管道、旋风冷却器Ⅰ、旋风冷却器Ⅱ和旋风冷却器Ⅲ等。本发明通过在空气烟气管道上使用喷淋水器对高温还原铁矿焙砂进行水雾强制冷却降温，快速降低了焙砂的“过氧化”温度，抑制了弱磁性赤铁矿(α‑Fe2O3)的生成，同时为后续低温“微氧化”生成易于选别分选的强磁性磁赤铁矿(γ‑Fe2O3)创造了条件。实践证明，可广泛应用于高温粉体铁矿、铁锰矿等类似经过焙烧还原后与空气直接接触而发生氧化反应的含铁矿产资源，从而提高此类资源开发利用的经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及冶金和矿物加工工程矿相转化悬浮磁化焙烧技术领域，具体为一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺。
背景技术
我国拥有丰富的复杂难选氧化铁矿石资源，其矿物组成复杂、磁性弱、嵌布粒度细，常规选矿很难获得理想的分选指标。此类矿石经过流态化磁化焙烧预处理后，再进行磁选、反浮选等工艺，能够获得较好的分选指标。
近年来，随着悬浮磁化焙烧技术的发展，将铁矿石制成粉体，采用流态化焙烧的方法开始获得工业应用。虽然流态化磁化焙烧技术具有能耗低、处理量大、占地面积小、余热利用率高等特点，但工程化实践应用中还存在一些难点问题有待解决。例如，为了实现矿石中有用矿物矿相转化(弱磁性矿物转化为强磁性矿物)，高温粉状铁矿的还原温度通常要达到500℃以上，但还原后的高温焙砂物料(人工焙烧磁铁矿、主要为Fe3O4)的冷却处理工艺还不够成熟完善，有待进一步优化改进。
为了节能实现余热回收利用，目前工业应用的高温粉体铁矿还原焙砂主要有两种冷却工艺，以回收相变反应潜热和焙烧矿携带的显热。分别是高温保护冷却工艺和空气直接冷却工艺。高温保护冷却工艺基本解决了粉状高温还原焙砂物料氧化的问题，余热也得到较好的回收利用，但该高温保护冷却装置(含余热回收系统)因结构单元过于复杂且需通入大量惰性保护气体或还原性保护气体或两者的混合气体，致使加工制造、建设投入、检修维护和生产运营成本高，该工艺虽然技术上可行，但经济上不合理；而空气直接冷却工艺虽然工艺及装备结构简单，投入、维护运营成本低，余热也可实现高效回收利用，但是存在高温还原铁矿焙砂在与空气直接接触后发生“过氧化”反应生成弱磁性赤铁矿(α-Fe2O3)从而影响焙砂回收率、影响工艺指标的问题。
试验研究结果表明，高温粉体铁矿还原焙砂接触空气，不同的温度点其氧化速率不同，氧化反应生成的产物也不同。高温时氧化速率快、“过氧化”显著；低温时氧化速率慢、“微氧化”显著。氧化温度高于350℃，“过氧化”显著，氧化偏向于生成弱磁性的赤铁矿(α-Fe2O3)，温度越高、氧化速率越快，在物料粒度组成偏细时尤为明显；氧化温度小于350℃，“微氧化”显著，氧化偏向于生成强磁性的磁赤铁矿(γ-Fe2O3)；当氧化温度小于150℃时，氧化速率大幅降低，几乎不氧化，焙砂大多以强磁性的人工焙烧磁铁矿(Fe3O4)形式存在。
综上所述，本发明通过设计一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺方案来解决上述中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺，包括悬浮焙烧燃烧室、还原流化床、旋风收尘器、料封阀、还原焙砂下料管道、喷淋水器、空气烟气管道、旋风冷却器Ⅰ、旋风冷却器Ⅱ和旋风冷却器Ⅲ，其步骤具体如下：
来自焙烧的高温粉状铁矿通过还原流化床上的进料口喂入还原流化床，在底部还原流化气作用下对高温粉状铁矿进行矿相转化处理(矿相转化的基本条件是还原温度要达到500℃以上)，从而得到温度约为500℃-650℃的粉状铁矿还原焙砂和气尘，其中粉状铁矿还原焙砂通过料封阀进入空气烟气管道内部，在负压空气流的作用下，输送至旋风冷却器Ⅰ中，针对高温焙砂铁矿物接触空气后易“过氧化”为赤铁矿(α-Fe2O3)的问题，提出了在空气烟气管道与高温焙砂接触处增设喷淋水器辅助冷却工艺，以对高温还原焙砂进行辅助强制快速冷却降温，为后续低温“微氧化”创造条件。
作为本发明优选的方案，所述悬浮焙烧燃烧室通过管道与旋风冷却器Ⅰ的出气口联通，以实现预热空气助燃功能。所述旋风冷却器Ⅰ的下料通过Y型管道连通旋风冷却器Ⅱ的进口和旋风冷却器Ⅲ的出气口，所述旋风冷却器Ⅲ的进口通过Y型管道连通旋风冷却器Ⅱ的下料管，其中Y型管道的另一端口连通外部大气，即为冷空气进气端。
作为本发明优选的方案，所述旋风冷却器Ⅱ的出气端通过空气烟气管道连通在旋风冷却器Ⅰ的进口上，所述空气烟气管道与封料阀出料端的还原焙砂下料管道连通，封料阀的进料端与还原流化床出料端下料溜子连接。
作为本发明优选的方案，所述喷淋水器安装在还原流化床封料阀下料管出口与旋风冷却器Ⅰ进口管道之间，具体位置安装于还原焙砂下料管道的出料口与上升的空气烟气管道交汇处上方4米距离内。
作为本发明优选的方案，所述喷淋水器为双流体喷枪，主要由压缩空气管路和水路组合构成，喷枪的喷咀置于上升的空气烟气管道内部，使用时通过调整压缩空气阀门以形成水雾。
作为本发明优选的方案，所述喷淋水器通过压缩空气助推打散水形成水雾进行辅助强制冷却，快速使高温焙砂温降下降约200℃-300℃，使得焙砂温度小于“过氧化温度”，从而达到冷却抑制“过氧化”。
作为本发明优选的方案，所述喷淋水器喷淋处理后的粉状铁矿焙砂依次经过旋风冷却器Ⅰ、旋风冷却器Ⅱ，并且最终通过旋风冷却器Ⅲ排出去造浆。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过采用喷淋水器对高温粉状铁矿还原焙砂进行辅助强制冷却，即高温还原焙砂物料在空气烟气管道经过喷淋水雾后，快速实现了降温，“过氧化”得到有效控制。实践应用结果表明，喷淋后焙砂磁选管指标明显优于喷淋前，效果明显，喷淋强制冷却非常有利于提高铁回收率，有效的解决了高温粉状铁矿还原焙砂在空气冷却过程中易发生“过氧化”生成弱磁性铁矿物(α-Fe2O3)的问题，从而此方法可广泛应用于高温粉体铁矿、铁锰矿等类似的经过还原焙烧后易发生氧化反应的矿产资源，提高了此类资源开发利用的经济价值。
附图说明
图1为本发明高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却流程结构示意图。
图中：1、悬浮焙烧燃烧室；2、还原流化床；3、旋风收尘器；4、料封阀；5、还原焙砂下料管道；6、喷淋水器；7、空气烟气管道；8、旋风冷却器Ⅰ；9、旋风冷却器Ⅱ；10、旋风冷却器Ⅲ。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述,给出了本发明的若干实施例,但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例,相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件,当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件,本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同,本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明,本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺，包括悬浮焙烧燃烧室1、还原流化床2、旋风收尘器3、料封阀4、还原焙砂下料管道5、喷淋水器6、空气烟气管道7、旋风冷却器Ⅰ8、旋风冷却器Ⅱ9、旋风冷却器Ⅲ10。
旋风收尘器3的下灰管以及进口分别通过管道连通在还原流化床2上，旋风收尘器3的出气口通过管道连通悬浮焙烧燃烧室1。
悬浮焙烧燃烧室1通过管道连通旋风冷却器Ⅰ8的出气口，旋风冷却器Ⅰ8的下料管通过Y型管道连通旋风冷却器Ⅱ9的进口和旋风冷却器Ⅲ10的出气口，旋风冷却器Ⅲ10的进口通过Y型管道连通旋风冷却器Ⅱ9的下料管、其中Y型管道的另一端口连通外部大气，即为冷空气进气端；
旋风冷却器Ⅱ9的出气端通过空气烟气管道7连通旋风冷却器Ⅰ8的进口，上升空气烟气管道7通过还原焙砂出料管道5与封料阀4的出料端连通，封料阀4的进料端与还原流化床2出料端的下料溜子连接；
喷淋水器6安装于还原焙砂下料管道5的出料口与上升空气烟气管道7交汇处上方4米距离内；
喷淋水器6为双流体喷枪，主要由压缩空气管路和水路组合构成，喷枪的喷咀置于上升的空气烟气管道7内部，使用时通过调整压缩空气来助推打散水以形成水雾，其结构简单，操作维护方便，耗水量、耗气量低；
其步骤具体如下：
步骤1，将来自悬浮焙烧燃烧室1的高温粉状铁矿通过还原流化床2上的进料口喂入还原流化床2，在底部还原流化气作用下对高温粉状铁矿进行矿相转化处理(矿相转化的基本条件是还原温度要达到500℃以上)，从而得到温度约为500℃-650℃的粉状铁矿还原焙砂和气尘，其中气尘通过旋风收尘器3气固分离，尘返回还原流化床2，烟气至悬浮焙烧燃烧室1，而高温还原焙砂经过料封阀4通过还原焙砂下料管道5进入空气烟气管道7内部，在负压空气流的作用下，输送至旋风冷却器Ⅰ8中。针对高温粉体铁矿焙砂与空气接触后易“过氧化”生成弱磁性赤铁矿(α-Fe2O3)的情况，在空气烟气管道段7与高温还原焙砂下料管5交汇处上方4米距离内增设喷淋水器6对高温还原焙砂进行辅助强制冷却降温。喷淋水器6形成的水雾快速使高温还焙砂温降快速下降约200℃-300℃，使得焙砂出料温度小于“过氧化温度”，从而达到抑制“过氧化”；
步骤2，在负压作用下，旋风冷却器Ⅰ8将较高温气固相气固分离后，具有一定温度的气相预热空气输送至悬浮焙烧燃烧室1进行助燃。
步骤3，喷淋水器6喷淋处理后的粉状铁矿焙砂依次经过旋风冷却器Ⅰ8、旋风冷却器Ⅱ9，并且最终通过旋风冷却器Ⅲ10排出造浆；
此过程通过设计达到以下效果；
1)工艺结构简单的“有氧空气+辅助喷淋”冷却工艺代替复杂的“高温保护(含余热回收系统)”冷却工艺；
2)高温还原铁矿焙砂接触空气时，采用喷淋辅助强制冷却，可防止铁矿物发生“过氧化”反应生成弱磁性铁矿物(α-Fe2O3)；
3)相对低温条件下，焙砂与空气接触发生“微氧化”反应，生成强磁性的磁赤铁矿(γ-Fe2O3)，其矫顽力和磁团聚较人工焙烧磁铁矿小，更有利于后续选别分选，提高选矿效率。
4)实践应用结果表明，高温粉体铁矿还原焙砂物料在空气烟气管道经喷淋快速强制冷却降温后，温降明显，喷淋后焙砂磁选管指标明显优于喷淋前，应用效果显著。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺，包括悬浮焙烧燃烧室、还原流化床、旋风收尘器、料封阀、还原焙砂下料管道、喷淋水器、空气烟气管道、旋风冷却器Ⅰ、旋风冷却器Ⅱ和旋风冷却器Ⅲ等，其步骤具体如下：
来自悬浮焙烧的高温粉状铁矿通过还原流化床上的进料口喂入还原流化床，在底部还原流化气作用下对高温粉状铁矿进行矿相转化处理(矿相转化的基本条件是还原温度要达到500℃以上)，从而得到温度约为500℃-650℃的粉状铁矿还原焙砂和气尘，其中气尘通过旋风收尘器气固分离后，尘返回还原流化床，烟气在负压作用下至悬浮焙烧燃烧室。粉状铁矿还原焙砂通过料封阀经过下料管进入空气烟气管道内部，在负压空气流的作用下，输送至旋风冷却器Ⅰ中，为了防止高温还原焙砂与空气接触后“过氧化”生成赤铁矿(α-Fe2O3)，在空气烟气管道段增设喷淋水器对高温还原焙砂进行水雾辅助强制冷却降温。
2.根据权利要求1所述的一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺，其特征在于：所述悬浮焙烧燃烧室通过管道与旋风冷却器Ⅰ的出气口联通，所述旋风冷却器Ⅰ的下料通过Y型管道连通旋风冷却器Ⅱ的进口和旋风冷却器Ⅲ的出气口，所述旋风冷却器Ⅲ的进口通过Y型管道连通旋风冷却器Ⅱ的下料管，其中Y型管道的另一端口连通外部大气，即为冷空气进气端。
3.根据权利要求1所述的一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺，其特征在于：所述旋风冷却器Ⅱ的出气端通过空气烟气管道与旋风冷却器Ⅰ进口连通，所述空气烟气管道通过还原焙砂出料管道与封料阀出料端连通，其中封料阀的进料端与还原流化床的下料溜子出料端连接。
4.根据权利要求3所述的一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺，其特征在于：所述喷淋水器安装在还原流化床料封阀下料管出口与旋风冷却器Ⅰ进口管道之间，具体安装在还原焙砂出料管道的出料口与上升空气烟气管道交汇处上方4米距离内。
5.根据权利要求1所述的一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺，其特征在于：所述喷淋水器为双流体喷枪，主要由压缩空气管路和水路组合构成，喷枪的喷咀置于上升空气烟气管道内部，使用时通过调整压缩空气阀门以形成水雾对高温还原焙砂进行快速冷却降温。
6.根据权利要求5所述的一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺，其特征在于：所述喷淋水器的水雾强制冷却使高温还原焙砂温降快速下降约200℃-300℃，使得高温还原焙砂出料温度小于“过氧化温度”，从而达到冷却抑制“过氧化”。
7.根据权利要求1所述的一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺，其特征在于：在负压作用下，所述旋风冷却器Ⅰ将较高温的气固相气固分离后具有一定温度的气相预热空气输送至悬浮焙烧燃烧室助燃。
8.根据权利要求6所述的一种高温粉状铁矿还原焙砂辅助冷却工艺，其特征在于：所述喷淋水器处理后的粉状铁矿还原焙砂依次经过旋风冷却器Ⅰ、旋风冷却器Ⅱ，并且最终通过旋风冷却器Ⅲ排出至造浆。
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