CN115786620A - 调控难处理铁资源煤基直接还原产物中铁颗粒形态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种调控难处理铁资源煤基直接还原产物中铁颗粒形态的方法,属于资源综合利用技术领域。该方法以煤为还原剂,石灰石为添加剂,通过改变不同的矿石、煤、石灰石的粒度组合进行直接还原,进而改变直接还原产物中金属铁颗粒形态,对还原产物进行破碎、磨矿、磁选后得到合格的直接还原铁,实现对铁资源中有价金属的高效利用。本发明使用成本低的石灰石作为添加剂,原料来源广泛、成本比分析纯级的CaCO3低很多。采用煤为还原剂,对煤质没有要求。直接还原温度为1100~1350℃,可以同步实现铁的高效回收与降低磨矿的能耗。

Description

调控难处理铁资源煤基直接还原产物中铁颗粒形态的方法
技术领域
本发明涉及资源综合利用技术领域,特别是指一种调控难处理铁资源煤基直接还原产物中铁颗粒形态的方法。
背景技术
难选铁资源包括难选赤铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿、复合铁矿石、多金属共生铁矿石和和各类含铁冶金渣。此类铁矿资源的特点是常规的选矿方法很难有效的回收其中的铁,而常用的直接还原煤基直接还原-磁选技术在高磷鲕状赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、硫酸渣、海滨钛磁铁矿、钒钛磁铁矿等取得了显著成果。但上述方法产生的还原产物,其金属铁颗粒形态一般通过改变还原温度和还原时间来调整,这种方式只能改变金属铁颗粒大小,不能改变金属铁颗粒形态,局限性非常明显。
在实际工业应用中,原料粒度影响直接还原的效果。从原料粒度方面来看,原料粒度的粗细直接影响原料准备过程,可能出现随着原料粒度的降低而对还原反应越有利的情况,但随着原料粒度减小,原料准备的过程也随之变得更加复杂。从直接还原效果方面来看,直接还原产物中的金属铁颗粒形态主要影响直接还原铁的指标。以高磷鲕状赤铁矿为例:还原产物中金属铁颗粒过细,磨矿过程难以将其从脉石中单体解离出来,造成直接还原铁的铁品位偏低、磷含量偏高或者回收率偏低;还原产物中金属铁颗粒过粗则内部会包裹着脉石颗粒,由于金属铁具有“塑性”,磨矿过程过不能完全将这部分包裹的脉石去除,致使直接还原铁中的铁品位降低、磷含量升高。
因此,有必要提供一种调控难处理铁资源煤基直接还原产物中金属铁颗粒形态的方法。在降低破碎、磨矿能耗的同时提高铁资源的回收,实现资源的有效利用,这势必会提高我国铁矿石的自给能力,缓解我国对外依存度居高不下的现状,具有重要的经济意义和社会意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种调控难处理铁资源煤基直接还原产物中铁颗粒形态的方法,旨在是降低破碎、磨矿能耗的同时提高铁资源的回收,实现资源的有效利用。
该方法将矿石、煤、石灰石分别破碎后,按不同的粒度组合和比例混匀,在1100~1350℃条件下直接还原80~200min,冷却后的直接还原产物经过破碎、磨矿和磁选,获得合格的直接还原铁产品。
其中,上述难选铁资源主要包括难选赤铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿、复合铁矿石、多金属共生铁矿石和含铁冶金渣。
矿石的最大粒度为8mm,煤的最大粒度为10mm,石灰石的最大粒度为10mm。
煤中水分不高于3%,灰分不低于10%,挥发分不低于5%,固定碳含量不低于55%,全硫低于1%;煤用量为矿石质量的15~25%。
石灰石中CaO含量不低于45%,CaCO3的含量不低于80%,S、P有害元素不高于0.1%;石灰石用量为矿石质量的5~30%。
不同的粒度组合具体为:
(a)当矿石的最大粒度在4~8mm范围内,煤的最大粒度在2~10mm范围内,石灰石的最大粒度在1~10mm范围内,得到条带状的金属铁颗粒,条带宽度为40~250μm;
(b)当矿石的最大粒度在0.074~0.3mm范围内,煤的最大粒度在2~10mm范围内,石灰石的最大粒度在1~10mm范围内,得到条带状的金属铁颗粒,条带宽度为10~150μm;
(c)当矿石的最大粒度在4~8mm范围内,煤的最大粒度在2~10mm范围内,石灰石的最大粒度在0.074~0.2mm范围内,得到不规则点状和条带状的金属铁颗粒,不规则点状的金属铁颗粒直径为40~100μm,条带状金属铁颗粒的条带宽度为20~80μm;
(d)当矿石的最大粒度在0.074~0.3mm范围内,煤的最大粒度在2~10mm范围内,石灰石的最大粒度在0.074~0.2mm范围内,得到不规则点状的金属铁颗粒,直径为5~50μm;
(e)当矿石的最大粒度在4~8mm范围内,煤的最大粒度在0.074~1mm范围内,石灰石的最大粒度在1~10mm范围内,得到规则点状和条带状的金属铁颗粒,点状金属铁颗粒的直径为10~100μm,条带状的金属铁颗粒宽度为5~50μm;(f)当矿石的最大粒度在0.074~0.3mm范围内,煤的最大粒度在0.074~1mm范围内,石灰石的最大粒度在1~10mm范围内,得到条带状的金属铁颗粒,条带宽度为10~80μm;
(g)当矿石的最大粒度在4~8mm范围内,煤的最大粒度在0.074~1mm范围内,石灰石的最大粒度在0.074~0.2mm范围内,得到规则点状和条带状的金属铁颗粒,点状金属铁颗粒直径为20~100μm,条带状金属铁颗粒宽度为10~50μm;
(h)当矿石的最大粒度在0.074~0.3mm范围内,煤的最大粒度在0.074~1mm范围内,石灰石的最大粒度在0.074~0.2mm范围内,得到点状的金属铁颗粒,直径为1~70μm。
直接还原在还原气氛下进行,还原结束后,在空气中自然冷却。
需要指出,针对一般难选铁矿石或含铁冶金渣,石灰石一般用量为5~20%,而针对像高磷鲕状赤铁矿这类矿石,石灰石的主要作用为降低直接还原铁中磷含量时,石灰石用量的用量范围为15~30%。
该方法通过改变不同的矿石、煤、石灰石的粒度组合进行直接还原,进而改变直接还原产物中金属铁颗粒形态。
本发明的上述技术方案的有益效果如下:
上述方案中,工艺方法简单,通过调整矿石、煤、石灰石的粒度即可实现,不仅可以改变直接还原产物中金属铁颗粒的大小,还可以改变金属铁颗粒形态;而且,本发明节能降耗效果显著,可以降低矿石、煤、石灰石这些原料粒度准备过程的碎磨能耗,降低直接还原焙烧过程的能耗,降低还原产物的碎磨能耗;此外,本发明资源利用率高,尤其是仅以石灰石作为添加剂,这种石灰石甚至可以是采石场的废料,相比分析纯级的CaCO3、Na2CO3等添加剂成本更低,具有明显的环境效益,对充分利用自然资源有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的调控难处理铁资源煤基直接还原产物中金属铁颗粒形态的方法工艺流程图;
图2为本发明实施例中样品a-h的扫描电镜照片;
图3为本发明对比例中样品的扫描电镜照片。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种调控难处理铁资源煤基直接还原产物中铁颗粒形态的方法。
如图1,该方法将矿石、煤、石灰石分别破碎后,按不同的粒度组合和比例混匀,在1100~1350℃条件下直接还原80~200min,冷却后的直接还原产物经过破碎、磨矿和磁选,获得合格的直接还原铁粉。
下面结合具体实施例予以说明。
试样性质:非洲某高磷鲕状赤铁矿TFe为55.55%,P含量为0.57%,铁主要以磁铁矿和赤褐铁矿形式存在,还有少量的菱铁矿,磷主要以磷灰石形式存在,磷灰石中的磷占52.73%,铁矿物中的磷占47.27%。脉石矿物以鲕绿泥石为主,还有少量方解石。还原剂为无烟煤,工业分析其空干基固定碳含量75.36%、灰份16.24%、挥发份6.7%、水分1.7%。添加剂为天然石灰石,CaCO3含量为93.25%,主要杂质SiO2、S和P的含量分别为1.04%、0.039%、0.013%。
首先将高磷鲕状赤铁矿分别破碎至-6mm和-0.1mm,无烟煤破碎至-6mm和-0.1mm,石灰石破碎至-3mm和-0.1mm。高磷鲕状赤铁矿用量60g/次,无烟煤用量为矿石质量的15%,石灰石用量为矿石质量的28%,将不同粒度的高磷鲕状赤铁矿、无烟煤、石灰石混合均匀后放入石墨坩埚,然后在马弗炉中进行直接还原,还原温度为1200℃,还原时间为180min。取出坩埚后放到空气中自然冷却,然后将还原产物一分为二,一部分制作成直径30mm的光片,在扫描电镜下观察直接还原产物,可以发现高磷鲕状赤铁矿、煤、石灰石的不同粒度组合的直接还原产物中金属铁颗粒的形态、大小明显不同;另一部分破碎至-2mm后缩分出12g,进行磨矿磁选,磨矿磁选条件为:一段磨矿时间为600s,磨矿浓度66%,一段磁场强度1400Oe,二段磁场强度1200Oe。以直接还原铁中的铁品位大于85%,回收率大于90%,磷含量低于0.1%为合格产品,具体结果见表1。表1中a-h对应的扫描电镜照片如图2所示。
表1
Figure BDA0003971072120000051
对比例
试样性质:非洲某高磷鲕状赤铁矿TFe为55.55%,P含量为0.57%,铁主要以磁铁矿和赤褐铁矿形式存在,还有少量的菱铁矿,磷主要以磷灰石形式存在,磷灰石中的磷占52.73%,铁矿物中的磷占47.27%。脉石矿物以鲕绿泥石为主,还有少量方解石。还原剂为无烟煤,工业分析其空干基固定碳含量75.36%、灰份16.24%、挥发份6.7%、水分1.7%。添加剂为天然石灰石,CaCO3含量为93.25%,主要杂质SiO2、S和P的含量分别为1.04%、0.039%、0.013%。
首先将高磷鲕状赤铁矿分别破碎至-10mm,无烟煤破碎至-12mm,石灰石破碎至-12mm。高磷鲕状赤铁矿用量60g/次,无烟煤用量为矿石质量的15%,石灰石用量为矿石质量的28%,将高磷鲕状赤铁矿、无烟煤、石灰石混合均匀后放入石墨坩埚,然后在马弗炉中进行直接还原,还原温度为1200℃,还原时间为180min。取出坩埚后放到空气中自然冷却,然后将还原产物一分为二,一部分制作成直径30mm的光片,在扫描电镜下观察直接还原产物,可以发现直接还原产物中金属铁颗粒大小不均匀,尤其是大颗粒中包裹着含磷的脉石,由于金属铁具有延展性,磨矿很难将金属铁与大颗粒金属铁中包裹着的含磷脉石单体解离(如图3);另一部分破碎至-2mm后缩分出12g,进行磨矿磁选,磨矿磁选条件为:一段磨矿时间为600s,磨矿浓度66%,一段磁场强度1400Oe,二段磁场强度1200Oe,二段磨矿750s。得到TFe品位为91.27,回收率为65.29%,磷含量为0.23%的直接还原铁。直接还原铁中的磷含量大于0.1%,不能利用。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种调控难处理铁资源煤基直接还原产物中铁颗粒形态的方法,其特征在于,将矿石、煤、石灰石分别破碎后,按不同的粒度组合和比例混匀,在1100~1350℃条件下直接还原80~200min,冷却后的直接还原产物经过破碎、磨矿和磁选,获得合格的直接还原铁产品。
2.根据权利要求1所述的调控难处理铁资源煤基直接还原产物中铁颗粒形态的方法,其特征在于,所述难处理铁资源包括难选赤铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿、复合铁矿石、多金属共生铁矿石和含铁冶金渣。
3.根据权利要求1所述的调控难处理铁资源煤基直接还原产物中铁颗粒形态的方法,其特征在于,所述矿石的最大粒度为8mm,煤的最大粒度为10mm,石灰石的最大粒度为10mm。
4.根据权利要求1所述的调控难处理铁资源煤基直接还原产物中铁颗粒形态的方法,其特征在于,所述煤中水分不高于3%,灰分不低于10%,挥发分不低于5%,固定碳含量不低于55%,全硫低于1%;煤用量为矿石质量的15~25%。
5.根据权利要求1所述的调控难处理铁资源煤基直接还原产物中铁颗粒形态的方法,其特征在于,所述石灰石中CaO含量不低于45%,CaCO3的含量不低于80%,S、P有害元素不高于0.1%;石灰石用量为矿石质量的5~30%。
6.根据权利要求1所述的调控难处理铁资源煤基直接还原产物中铁颗粒形态的方法,其特征在于,所述不同的粒度组合具体为:
(a)当矿石的最大粒度在4~8mm范围内,煤的最大粒度在2~10mm范围内,石灰石的最大粒度在1~10mm范围内,得到条带状的金属铁颗粒,条带宽度为40~250μm;
(b)当矿石的最大粒度在0.074~0.3mm范围内,煤的最大粒度在2~10mm范围内,石灰石的最大粒度在1~10mm范围内,得到条带状的金属铁颗粒,条带宽度为10~150μm;
(c)当矿石的最大粒度在4~8mm范围内,煤的最大粒度在2~10mm范围内,石灰石的最大粒度在0.074~0.2mm范围内,得到不规则点状和条带状的金属铁颗粒,不规则点状的金属铁颗粒直径为40~100μm,条带状金属铁颗粒的条带宽度为20~80μm;
(d)当矿石的最大粒度在0.074~0.3mm范围内,煤的最大粒度在2~10mm范围内,石灰石的最大粒度在0.074~0.2mm范围内,得到不规则点状的金属铁颗粒,直径为5~50μm;
(e)当矿石的最大粒度在4~8mm范围内,煤的最大粒度在0.074~1mm范围内,石灰石的最大粒度在1~10mm范围内,得到规则点状和条带状的金属铁颗粒,点状金属铁颗粒的直径为10~100μm,条带状的金属铁颗粒宽度为5~50μm;
(f)当矿石的最大粒度在0.074~0.3mm范围内,煤的最大粒度在0.074~1mm范围内,石灰石的最大粒度在1~10mm范围内,得到条带状的金属铁颗粒,条带宽度为10~80μm;
(g)当矿石的最大粒度在4~8mm范围内,煤的最大粒度在0.074~1mm范围内,石灰石的最大粒度在0.074~0.2mm范围内,得到规则点状和条带状的金属铁颗粒,点状金属铁颗粒直径为20~100μm,条带状金属铁颗粒宽度为10~50μm;
(h)当矿石的最大粒度在0.074~0.3mm范围内,煤的最大粒度在0.074~1mm范围内,石灰石的最大粒度在0.074~0.2mm范围内,得到点状的金属铁颗粒,直径为1~70μm。
7.根据权利要求1所述的调控难处理铁资源煤基直接还原产物中铁颗粒形态的方法,其特征在于,所述直接还原在还原气氛下进行,还原结束后,在空气中自然冷却。
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