CN102344981A

CN102344981A - 含硼铁精矿铁硼分离直接还原工艺

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Publication number: CN102344981A
Application number: CN2011102828978A
Authority: CN
Inventors: 李志忠; 李钢; ***
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2012-02-08

Abstract

含硼铁精矿铁硼分离直接还原工艺，其工艺过程是含硼铁精矿粉采用外配还原剂与脱硫剂，用高温烟气干燥炉料，按配比和装料方法加入sic焙烧罐中，以还原剂封闭料罐，装在台车上推入隧道窑中，经过预热段、还原段、保温缓冷段，共计运行约30小时完成还原过程，卸出还原焙烧料。以洁净煤气为热源，采取预热空气助燃，用计算机控制炉温，保持炉内还原气氛，保持稳定的还原段温度条件1050-1180℃，有效地防止二次氧化。卸出的还原焙烧料进行粉碎后，进行磁选或矿热电炉熔分，生产出金属铁和富硼渣两种产品。本发明解决了现有技术中含硼铁精矿中的铁与硼分离困难和硼资源得不到回收利用造成资源极大浪费的问题。从而促进了丰富的硼铁型矿产资源的开发利用。

Description

含硼铁精矿铁硼分离直接还原工艺

技术领域

本发明涉及一种直接还原铁的工艺，特别是涉及一种利用含硼铁精矿直接还原铁实现铁硼分离的生产工艺。

背景技术

国内的硼矿资源比较丰富，以探明储量与国外经济可用储量相比居世界第四位。东北的辽宁、吉林地区硼矿资源储量占全国总量的65％，是我国本世纪硼资源主要产地。硼矿主要有硼镁型和硼铁型，多年来，硼镁型硼矿一直为硼工业的发展提供资源支撑，对促进我国经济发展发挥了重要的作用。但目前硼镁型硼矿资源已近枯竭，硼资源日益短缺的矛盾已经十分突出，已经难于满足日益增长的国民经济和硼工业发展的需要。而硼铁型矿储量丰富占全国储量的58％，其中辽宁凤城翁泉沟硼铁矿是亚洲最大的硼铁矿，已探明储量2.8亿吨，为我国硼行业未来最有潜力的硼矿资源。但其矿石结构复杂，可选性差，铁硼分离难度大，对其开发利用尚处于试验阶段，未走上技术成熟的工业化生产。

辽宁硼铁矿资源的开发利用一直得到国家高度重视和支持。经过多年的科技攻关，有一些关键技术已取得突破性进展，如硼铁矿选矿技术，选取B₂O₃6.34％、TFe27.3％矿样，采用粗粒抛尾阶段选别工艺，由于矿石可选性差，仅采用单一物理选矿方法，不能使矿石中硼和铁得到较好的分离，只能得到硼精矿(B₂O₃12％左右)和硼铁精矿(TFe50％左右、B₂O₃6％左右)两种产品。硼精矿经提高活性后才能用于生产硼砂，硼铁矿由于缺少硼铁分离深加工技术，各生产企业多把含硼铁精矿粉***给炼铁厂作为炼铁添加剂，通过高炉只能把其中铁以普通生铁形式回收出来，而宝贵硼资源得不到回收利用，造成资源的极大浪费。已开展的火法分离硼铁试验如高炉法与矿热电炉法，在工艺技术上有较大突破，但仍有一些突出问题需要改进，如要配加粘合剂造块，要高温氧化焙烧脱硫，火法熔炼过程焦炭的灰分及造渣熔剂等会污染硼渣降低渣中B₂O₃含量，使渣中B₂O₃12-16％只能用于生产硼砂难于一步法生产硼酸；因此火法分离硼铁的工艺技术尚需改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是提供一种生产工艺过程、设备简单，工艺过程容易控制，产品质量均匀，质量稳定，可实现铁、硼高效分离从而充分利用有限硼资源的含硼铁精矿铁硼分离直接还原工艺。

采用的技术方案是：

含硼铁精矿铁硼分离直接还原工艺，是以含硼铁精矿粉为原料并外配固体还原剂和脱硫剂经干燥、焙烧、磨料或破碎、磁选或电炉熔分制成含B₂O₃20-22％高品位富硼矿渣和铁收率大于95％的压制成块或水淬颗粒状还原铁。工艺步骤为：

①取-200目的含硼铁精矿粉及按配比外配粒度小于3mm的固体还原剂和脱硫剂混合物，在滚筒式烘干炉中用350-450℃的高温烟气干燥至水分小于2％；

②将按配比混合的矿物料装入Sie制焙烧罐中，在隧道窑1050-1180℃和保持还原气氛的条件下还原焙烧至少30小时；

③将还原焙烧料经球磨机磨料至140目或用破碎机破碎至小于100mm备用；

④将140目磨料进行磁选分离或将破碎至小于100mm还原焙烧料送电炉熔分，制得铁收率大于95％的还原铁和含B₂O₃20-22％高品位富硼矿渣。

上述的-200目的含硼铁精矿粉为：TFe50-52％，B₂O₃6％±0.2％，MgO14％、SiO₂4-6％，S＜0.3％的精矿粉。

上述的粒度小于3mm的固体还原剂为固定碳大于82％、硫小于0.6％的焦碳粉或固定碳大于65％、灰分小于10％、硫小于0.6％的无烟煤粉。

上述的粒度小于3mm的固体脱硫剂为含CaO大于50％的石灰石。

上述的还原剂的配量是按FeO+C＝Fe+CO反应式理论配碳量的2倍加入，脱硫剂的配入量按配入还原剂量的10％加入。

上述的磁选分离或电炉熔分制得铁收率大于95％还原铁压制成块状或水淬成颗粒状，高品位B₂O₃大于20％的富硼渣可用于硫酸浸出一步法生产硼酸和七水硫酸镁，实现硼铁矿中硼、铁、镁资源综合回收利用。

本发明取得的有益效果是：

1、原料、还原剂、燃料容易解决

以辽宁硼铁矿经选矿后的含硼铁精矿粉为原料，B₂O₃6％左右、TFe50％左右、SiO₂4-6％、MgO14.0％、S0.31％、P0.02％，粒度-200目，熔点1300-1450℃；以发生炉煤气或其他可燃气体为热源，还原剂是无烟煤或焦粉；脱硫剂用石灰石，CaO≥50％。

2、生产工艺过程简单：不必添加粘结剂造球，不需焙烧成氧化球团提高强度，也不需进行氧化焙烧脱硫。还原产物不受污染，富硼渣品位高B₂O₃可达20-22％，可作为硫酸浸出一步法生产硼酸和七水硫酸镁的原料。

3、设备简单、生产工艺容易掌握、生产过程容易控制，防止了回转窑法工艺生产中经常发生的结窑故障。

隧道窑工艺一般由还原炉、台车、过渡车、顶车机、测温仪表、烟囱等组成。采用煤气加热方式，使炉内温度稳定地控制在1050-1180℃的范围内，对于隧道窑车上的SiC质熔烧罐连续地从窑头装入窑内，经过预热段还原段保温缓冷段共计约30小时左右，完成还原过程，进入卸料工序。精矿粉和煤粉的比例和装料方法很容易掌握，焙烧温度和焙烧时间也不难实现，因此隧道窑工艺容易掌握，过程容易控制。

隧道窑直接还原铁工艺环节少，设备简单，在上述焙烧温度下寿命很长，几乎没有故障可出，条形隧道窑的特殊结构保证了运行稳定可靠。装卸料***和压块***采用机械化自动控制，提高工作效率及设备运行的准确性。

4、产品质量均匀，质量稳定

由于采用封闭式料罐在还原炉内还原的方法，使料罐内还原性气氛的浓度和压力提高，并采用计算机控制炉温，温差小，易保持还原气氛，故很容易保证还原工艺的要求。因为每个料罐内炉料都是按照同一比例和装料方法装入的，都是在同一气氛下，同一焙烧温度、同一焙烧时间的条件下完成还原过程，因此必然能得到一定金属化率，一定C、Si、S、P杂质含量，一定B₂O₃含量的产成品，产品质量必然是均匀的稳定的。

5、可实现铁、硼高效分离

含硼铁精矿粉中硼、铁氧化物在标准状态下用碳还原反应如下：

FeO+C＝Fe+CO ΔG°＝147763-150.07T T_始＝985K

B₂O₃+3C＝2B+3CO ΔG°＝858363-473.80T T_始＝1812K

关于脱硫反应：

CaO+FeS→CaS+FeO；CaO+COS→CaS+CO₂

在直接还原工艺温度范围内，用碳作还原剂，FeO可实现金属化率98％左右，而B₂O₃很难实现还原，B₂O₃几乎100％的保留在矿渣中，这是能实现硼与铁高效分离的原理。

从隧道窑卸出来的还原焙烧料，采取两种工艺进行铁、硼分离工作：

由工厂生产条件决定采用那一种分离工艺。

6、余热有效利用，环境友好

节能方面：隧道窑的尾气余热得到有效地利用，如将余热换热后作助燃风；将余热干燥炉料；废还原剂重得利用；采用高热阻低蓄热材料作窑体砌筑材料等，采用上述技术措施后，每吨还原烧结料工序耗能约350kg标煤。

环保方面：采用洁净煤气作燃料，还原反应产物主要是CO₂和金属铁，废气排放完全达标；采用物料密封输送和多种除尘手段粉尘排放完全达标；无污水污染和噪声污染；固体废弃物(如废反应罐和废还原剂)可回收利用。因此本工艺生产过程环境是友好的。

附图说明

图1是本发明的磁选硼铁分离工艺流程图。

图2是本发明的电炉熔分硼铁分离工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：以隧道窑直接还原铁磁选分离铁硼工艺为例(见图1)，一种利用含硼铁精矿粉直接还原铁的工艺，包括以下步骤：-200目的含硼铁精矿粉，采取外配焦粉和石灰石的混合物，用高温烟气烘干(水份小于2％)，按照配料比例和装料方法分别装入SiC罐内，以还原剂封闭料罐，装在台车上推入隧道窑中，在窑头设置气封气幕，防止窑外冷风进入和窑内热气外溢。在1050-1180℃高温条件下还原焙烧30小时，冷却降温卸料；冷却清砂后的还原焙烧料磨料至140目进行磁选，得到金属铁粉和富硼矿渣两种产品。金属铁粉按照用户要求压制不同规格的块状或球团状，富硼矿渣供化工厂生产硼酸和付产七水硫酸镁。

实施例2：以隧道窑直接还原铁电炉熔分铁硼工艺为例(见图2)，包括以下步骤，含硼铁精矿粉(-200目)采取外配无烟煤粉(固定碳＞65％、灰分＜10％，硫＜0.6％，粒度-3mm)和石灰石粉(＜3mm)的混合物，用高温烟气干燥炉料(水＜2％)，按照配比和装料方法分别装入SiC罐中，以还原剂封闭料罐，装在台车上推入隧道窑中，在窑头设置气封气幕，在1150℃高温条件下还原焙烧30小时，冷却降温卸料；冷却清砂后的还原焙烧料破碎至小于100mm，送矿热电炉进行熔化分离出金属铁和富硼渣，金属铁按用户需求进行水淬粒化或浇铸成块状，富硼渣也经水淬成高活性的水淬渣用于生产硼酸和回收七水硫酸镁。

Claims

1.含硼铁精矿铁硼分离直接还原工艺，其特征在于以含硼铁精矿粉为原料并外配固体还原剂和脱硫剂经干燥、焙烧、磨料或破碎、磁选或电炉熔分制成含B₂O₃20-22％高品位富硼矿渣和铁收率大于95％的压制成块或水淬颗粒状还原铁，工艺步骤为：

2.根据权利要求1所述的上述的含硼铁精矿铁硼分离直接还原工艺，其特征在于以-200目的含硼铁精矿粉为：TFe50-52％，B₂O₃6％±0.2％，MgO14％、SiO₂4-6％，S＜0.3％的精矿粉。

3.根据权利要求1所述的上述的含硼铁精矿铁硼分离直接还原工艺，其特征在于所述的粒度小于3mm的固体还原剂为固定碳大于82％、硫小于0.6％的焦碳粉或固定碳大于65％、灰分小于10％、硫小于0.6％的无烟煤粉。

4.根据权利要求1所述的上述的含硼铁精矿铁硼分离直接还原工艺，其特征在于所述的粒度小于3mm的固体脱硫剂为含CaO大于50％的石灰石。

5.根据权利要求1所述的上述的含硼铁精矿铁硼分离直接还原工艺，其特征在于所述的还原剂的配量是按FeO+C＝Fe+CO反应式理论配碳量的2倍加入，脱硫剂的配入量按配入还原剂量的10％加入。

6.根据权利要求1所述的上述的含硼铁精矿铁硼分离直接还原工艺，其特征在于所述的磁选分离或电炉熔分制得铁收率大于95％，还原铁压制成块状或水淬成颗粒状，高品位B₂O₃，大于20％的富硼渣可用于硫酸浸出一步法生产硼酸和七水硫酸镁，实现硼铁矿中硼、铁、镁资源综合回收利用。