CN102634621A - 一种处理难选铁矿石的设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够对难选铁矿石直接还原，铁资源回收率高的处理难选铁矿石的设备及其方法。本发明的处理难选铁矿石的设备，包括蓄热式转底炉，所述蓄热式转底炉包括由环形内壁、环形外壁和炉底围成的炉腔，所述炉底可转动，所述炉腔划分为进料区、预热区、加热区、高温区、控制区和出料区；所述进料区的环形外壁上设有进料口，所述出料区的环形外壁上设有出料口。本发明的处理难选铁矿石的设备及其方法，转底炉采用了蓄热式燃烧技术，缩短了球团在转底炉预热区的时间，间接的增加了球团在还原区的时间，提高了直接还原铁的金属化率。

Description

一种处理难选铁矿石的设备及其方法

技术领域

本发明涉及一种回收铁资源的设备及其方法，尤其涉及一种处理难选铁矿石的设备及其方法。

背景技术

2011年我国进口铁矿石6.86亿吨，同比增长10.9％，总价值1124.1亿美元，同比增加40.9％，进口平均价格163.8美元/吨，同比上涨27％，进口总量再创历史新高。上述数据说明我国铁矿石需求和国内供给之间有较大的差距，而我国已探明的铁矿石中，复杂难选铁矿石占铁资源储量的20％～25％，达100多亿吨，这些铁矿石目前仍没有得到合理的利用。属于这类矿石的约可分为5种类型：1)微细粒浸染的鞍山式贫红(磁)铁矿石，该类型矿石储量约30亿吨；2)脉石主要为含铁硅酸盐的细粒嵌布的赤铁矿石，含铁矿物之间的物理、化学性质相近，难以分选；3)菱铁矿矿石，储量较大，约30多亿吨；4)褐铁矿石，约10～20亿吨；5)高磷鲕状赤铁矿，鲕状赤铁矿嵌布粒度极细，且常与菱铁矿、褐铁矿、鲕绿泥石、粘土和含磷矿共生、胶结或相互包裹，是目前国内公认的最难选的铁矿石。该矿石储量约30～40亿吨，仅鄂西高磷鲕状矿的储量就有约22亿吨。

这些难选铁矿石采用常规的重选、磁选、浮选、反浮选、强磁-反浮选、强磁-重选、高梯度磁选、磁化焙烧等选矿试验工艺，都难以取得较好的选别指标。

专利号ZL200910094899.7、名称为“利用高磷低铁难选铁矿石生产铁水的方法”的中国专利公开了如下工艺步骤：

A、将开采出来的矿石经常规破碎后，将矿石放入焙烧炉中，在温度为950～1100℃条件下，氧化焙烧1～1.5h，得氧化焙烧矿物；

B、在A步骤所得氧化焙烧矿物中，配加氧化焙烧矿物质量的25～40％的碳，送入直接还原炉中，在温度为1050～1100℃条件下，直接还原1.5～2h，得直接还原铁；

C、将B步骤所得直接还原铁经常规破碎后，用常规磁选设备和方法磁选分离，得海绵铁及杂质；

D、将C步骤磁选所得海绵铁送入熔化炉中，于1400℃～1550℃温度条件下熔化至分离出铁水和炉渣；

E、在D步骤所得铁水中，按铁水∶脱磷剂＝100∶15～25的质量比，加入下列由质量百分比的组份组成的脱磷剂：

CaO 30～50％、SiO₂5～10％、FeO 10～20％、Fe₂O₃20～40％、Al₂O₃5～12％、CaF₂3～10％；

F、在温度为1350℃～1450℃条件下脱磷，得低磷铁水。

所述A步骤的焙烧炉为现有技术中的常规氧化焙烧炉。

所述B步骤的直接还原炉为现有技术中的常规还原炉，或者为常规直接还原隧道窑。

所述D步骤的熔化炉为现有技术中的常规电炉。

所述E步骤的脱磷剂中各组份的选择及质量百分含量要根据是否留渣及留渣的多少、熔化分离后的渣和铁水的成分具体确定，以满足铁水质量要求。

所述E步骤的脱磷剂的具体加入量视视铁水成分及最终铁水磷含量的要求确定，以满足铁水质量要求。

该工艺的缺点是：

(1)工艺流程很长，需要先对矿石进行氧化焙烧，再进行直接还原，然后经破碎和磁选后还需要进行熔分才能得到最终产品。

(2)把矿石先进氧化焙烧炉进行氧化焙烧后，再进行直接还原，增加了能耗与污染。

(3)脱磷步骤是在1350℃～1450℃的熔融还原过程进行的，且脱磷剂成分复杂，加入的成分组成包括了CaO、SiO₂、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃、CaF₂等组分；而本发明的脱磷和脱硫过程只需在转底炉直接还原过程一步完成，且所需添加剂的成分简单，价格低廉。

专利号ZL200910079152.4、名称为“一种用高磷鲕状赤铁矿直接生产海绵铁的工艺方法”的中国专利公开了如图1所示的工艺流程。

该方法的实施步骤和条件为：首先将高磷鲕状赤铁矿破碎到2mm以下，将矿石、作为还原剂的煤、脱磷剂碳酸钠混合均匀，在高温炉900～1000℃条件下焙烧30～40min；冷却后在磨机中进行磨矿，磨矿产品经磁选得到金属铁粉。该工艺所得产品为炼钢原料，含铁90％以上。

该方法的缺点如下：

(1)所采用的直接还原设备为小型实验室规模的马弗炉，结果不具有代表性，也不具备工业扩大化生产的实用性。

(2)所采用的添加剂为碳酸钠，用量高达原矿的20～30％，若在工业生产中只是单独采用该添加剂，则生产成本很高。

(3)没有提到任何可工业化生产的设备。

专利号ZL200710121616.4、名称“对难选铁矿石粉体进行磁化焙烧的工艺***及焙烧的工艺”的中国专利公开了下述内容：采用循环流化床反应器对铁矿石粉体进行磁化焙烧；焙烧尾气先在燃烧室中通过燃烧释放其中未反应还原性气体的潜热，再通过多级旋风筒预热器与冷铁矿石粉体换热回收热量；采用流态化冷却器回收高温焙烧矿的显热。

该工艺仅仅是对难选铁矿石进行了磁化焙烧，所得产品为品位不是很高的铁精矿，市场价值低，还需要送入高炉进行进一步冶炼。

另外，白丽梅、刘丽娜、李萌等人的《张家口地区鲕状赤铁矿还原焙烧-弱磁选试验研究》-《中国矿业》2009(3)针对张家口地区难选鲕状赤铁矿的矿石性质进行了选矿工艺研究。不论是采用强磁-重选，还是采用强磁-反浮选工艺流程，在铁精矿品位为62％的条件下，其回收率均达不到55％。为此，进行了的焙烧-弱磁选试验研究，在焙烧温度850℃、焙烧时间75～90min、矿煤比11、磨矿细度-0.074mm占80％、磁场强度为80kA/m条件下，经过一次精选，可获得品位63.06％、回收率86.05％的铁精矿。但其先采用了强磁-重选和强磁-反浮选工艺流程，所得铁精矿品位可达62％，但回收率均达不到55％；后来采用了还原焙烧-弱磁流程，所得铁精矿品位可达63％，回收率可达86％，但和本发明相比，铁品位和回收率指标达到90％以上相差甚远。

发明内容

本发明提供了一种能够对难选铁矿石直接还原，铁资源回收率高的处理难选铁矿石的设备及其方法。

实现本发明目的之一的处理难选铁矿石的设备，包括蓄热式转底炉，所述蓄热式转底炉包括由环形内壁、环形外壁和炉底围成的炉腔，所述炉底可转动，所述炉腔包括进料区、预热区、加热区、高温区、控制区和出料区，所述进料区的外壁上设有进料口，所述出料区的外壁上设有出料口。

所述蓄热式转底炉上设有一个或多个蓄热式燃烧器。优选地，所述环形内壁和环形外壁上成对设置有烧嘴；或者只在环形外壁上设置烧嘴。

实现本发明目的之二的处理难选铁矿石的方法，包括如下步骤：

(1)配料，分别将以下原料按重量份配料：难选铁矿石：63～84份；煤：8～32份；添加剂：0～18份；粘结剂：0～14份；

将难选铁矿石破碎、筛分后，与磨好的煤、添加剂及粘结剂混合均匀，再进行造块，然后将干燥后的含碳球团通过布料装置布入转底炉；

(2)干燥后的含碳球团进入蓄热式转底炉后随炉底转动，依次经过下述各区域进行还原：

预热区：温度800℃～1000℃，时间1～4min；

加热区：温度1000℃～1250℃，时间3～15min；

高温区：温度1250℃～1350℃，时间3～15min；

控制区：温度1350℃～1200℃，时间3～8min；

最后高温含碳球团进入出料区，金属化球团直接从排料口排出转底炉；

(3)从排料口排出的金属化球团经水冷后，依次经过分段磨矿和分段磁选作业，可得到金属铁粉和尾矿，金属铁粉压块后用来炼钢，尾矿用来制备建材。

步骤(1)中所述难选铁矿石包括但不限于高磷鲕状赤铁矿、贫红铁矿石、贫磁铁矿石、细粒嵌布的赤铁矿石、褐铁矿、菱铁矿、海砂和钒钛磁铁矿。

步骤(1)中所述煤为烟煤、无烟煤、褐煤和焦粉中的一种或多种。

步骤(1)中所述添加剂可以为本领域常用的添加剂，优选为生石灰、石灰石、碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、氯化钠、萤石中的一种或多种。

步骤(1)中采用的造块设备优选为对辊式高压压球机或圆盘造球机。

步骤(2)中所述蓄热式转底炉所使用的燃料优选为低热值燃料或其它劣质燃料，燃料的热值大于700kcal/Nm³。

步骤(3)中所述分段磨矿和磁选可包括：采用湿式球磨机或棒磨机进行一段、两段或三段磨矿，然后采用磁选机进行一段、两段或三段选别。

步骤(3)中所述尾矿可制备的建材包括：铸石、微晶玻璃、填充材料、胶凝材料、人工鱼礁、砖或筑路材料。

本发明的处理难选铁矿石的设备及其方法的有益效果如下：

1、本发明处理难选铁矿石的设备及其方法，转底炉采用了蓄热式燃烧技术，通过采用这种技术：(1)蓄热式燃烧技术可使燃料在贫氧状态下实施燃烧，因此可以很好的控制转底炉内的还原气氛，还原效率高，还原时间短，普通矿只需要8～10min的还原时间就可获得金属化率高达95％以上的金属化球团。(2)提高了转底炉炉膛内的火焰温度，最大程度的保留了转底炉炉膛内的热量，炉内还原区域的温度普遍可达1300～1350℃，甚至可达1400℃以上。(3)提高了转底炉的热效率，节能效果比其它窑炉高30％以上；(4)转底炉的排烟温度低，可不需要设置余热回收***，节省了投资成本。(5)提高了转底炉炉膛内的温度分布均匀性，有利于直接还原反应的进行。(6)由于转底炉炉膛内的温度分布均匀，所得产品的品位和回收率都得到了提高。(7)由于转底炉炉膛内的温度分布均匀，因此可适当的增加转底炉的炉膛宽度，提高了转底炉的设计产量，十分有利于提升实际生产过程中的规模效益。(8)将各种低热值或劣质燃料优质化，节约了优质燃料。(9)可采用劣质或低品质燃料(≥700kcal/Nm³)，降低了生产过程中的燃料成本；而美国、日本等国外的转底炉多数需要用天然气和焦炉煤气等高热值气体做燃料，燃料成本高导致运行成本高，也不适合中国煤炭资源比重偏大、石油天然气资源相对较少的国情。(10)由于采用了低氧燃烧，大幅度的减少了二氧化碳及氮氧化物等有害气体的排放。

2、本发明缩短了球团在转底炉预热区的时间，间接的增加了球团在还原区的时间，因此大大缩短了转底炉运转一圈的时间，从而进一步扩大了转底炉的设计产量。由于所采用的蓄热式转底炉具有良好的还原温度及还原气氛，球团在预热区经历的时间缩短至1～4min，则相对增加了球团在还原区域的停留时间，提高了直接还原铁的金属化率。

3、本发明所采用的转底炉设备省去了冷却区，含碳球团转出转底炉的控制区后，直接从排料口排出转底炉，由于从排料口排出的高温含碳球团质地较软，一方面可以减少对后续螺旋等设备的磨损；同时，由于冷却区的省去而间接的扩大了转底炉的容量，进一步的提高了转底炉的设计产量，扩大了实际生产过程中的规模效益。

4、本发明采用与蓄热式转底炉相配套的难选矿直接还原技术，根据原矿性质和品位的不同，所得DRI(直接还原铁)的金属化率可达到90以上。

5、本发明采用与蓄热式转底炉难选矿直接还原技术相配套的磨矿磁选工艺，根据原矿性质和品位的不同，所得金属铁粉的品位可达到90％以上，回收率可达90以上。

6、本发明所得金属铁粉是炼钢用的优质原料，可代替废钢，产品附加值高。

7、本发明根据原矿性质的不同，尾矿可用来制备多种建材，最终整个流程的固废零排放，实现了难选铁矿石的综合利用。

附图说明

图1为现有的处理难选铁矿石的方法的流程图。

图2为本发明的处理难选铁矿石的方法的流程图。

图3为本发明的处理难选铁矿石的设备的结构示意图。

具体实施方式

如图3所示，本发明的处理难选铁矿石的设备，包括蓄热式转底炉，所述蓄热式转底炉包括由环形内壁2、环形外壁3和炉底4围成的炉腔，所述炉底4可转动，所述炉腔划分为进料区、预热区、加热区、高温区、控制区和出料区；所述进料区的环形外壁3上设有进料口5，所述出料区的环形外壁3上设有出料口6。

在所述环形内壁2和环形外壁3上成对设置有烧嘴1，即每一对烧嘴中，一个设置在内壁2，另一个设置在外壁3；也可以两个烧嘴同时设置在外壁3上。所述蓄热式转底炉上设有一个或多个蓄热式燃烧器。

如图2所示，本发明的处理难选铁矿石的方法，包括如下步骤：

(1)配料，分别将以下原料按重量份配料：难选铁矿石：63～84份；煤：8～32份；添加剂：0～18份；粘结剂：0～14份；

将难选铁矿石破碎、筛分后，与磨好的煤、添加剂及粘结剂混合均匀，再进行造块，然后将干燥后的含碳球团通过布料装置布入转底炉；

(2)干燥后的含碳球团进入蓄热式转底炉后随炉底转动，进入温度为800℃～1000℃的预热区预热升温，并脱去球团中的挥发分，球团在此段的处理时间为1～4min；预热后的球团随炉底的转动进入炉温为1000℃～1250℃的加热区，球团在此段开始被逐步还原，并脱去磷、硫等有害杂质，该段的处理时间为3～15min；随着转底炉的转动，球团进入温度为1250℃～1350℃的高温区，球团中的铁矿石在此段被进一步还原，并进一步的脱去磷、硫等有害杂质，该段的处理时间为3～15min；然后，含碳球团进入炉温为1350℃～1200℃的控制区，该段的处理时间为3～8min，含碳球团在该区域继续进行还原反应和有害杂质的脱除；最后高温含碳球团进入出料区，金属化球团直接从排料口排出转底炉；

(3)从排料口排出的金属化球团经水冷后，依次经过分段磨矿和分段磁选作业，可得到金属铁粉和尾矿，金属铁粉压块后用来炼钢，尾矿用来制备建材。

步骤(1)中所述难选铁矿石包括但不限于高磷鲕状赤铁矿、贫红铁矿石、贫磁铁矿石、细粒嵌布的赤铁矿石、褐铁矿、菱铁矿、海砂和钒钛磁铁矿。

步骤(1)中所述煤为烟煤、无烟煤、褐煤、焦粉中的一种或多种。

步骤(1)中所述添加剂可以为本领域中常用的添加剂，根据需要进行选用，例如可以为生石灰、石灰石、碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、氯化钠、萤石中的一种或多种。

步骤(1)中采用的造块设备可以为能够对粉料进行造块的任何设备，但优选对辊式高压压球机或圆盘造球机。

步骤(2)中所述蓄热式转底炉所使用的燃料可以为低热值燃料或其它劣质燃料，燃料的热值大于700kcal/Nm³。

步骤(3)中的分段磨矿和磁选可包括：采用湿式球磨机或棒磨机进行一段、两段或三段磨矿，然后采用磁选机进行一段、两段或三段选别。所述尾矿可制备的建材包括：铸石、微晶玻璃、填充材料、胶凝材料、人工鱼礁、砖或筑路材料。

本发明的处理难选铁矿石的方法的实施例如下：

实施例1

选用微细粒难选赤铁矿石，全铁含量44.98％。按照微细粒难选赤铁矿石63份；无烟煤14份；粘结剂4份的比重，混合均匀后，用对辊式高压压球机造块，将干燥后的含碳球团通过布料装置布入转底炉，含碳球团依次经过蓄热式转底炉的进料区、预热区、加热区、高温区、控制区和出料区；工艺参数如下：

预热区：温度800℃～1000℃，时间3min；

加热区：温度1000℃～1250℃，时间3min；

高温区：温度1250℃～1350℃，时间15min；

控制区：温度1350℃～1200℃，时间8min。

最后从排料口排出金属化球团的金属化率为94.11％。金属化球团经水冷后进行两段磨矿，两段磨矿浓度均为67％，一段磨矿细度-0.074mm占73.67％，二段磨矿细度-0.043mm占76.73％；然后进行两段磁选作业，两段磁场强度均为1400Oe。得到金属铁粉的铁品位为92.97％，铁回收率为90.05％；金属铁粉的SiO₂≤4.5％，0.06≥P＞0.04，0.025≥S＞0.02；五害元素(As、Sn、Sb、Pb、Bi)各≤0.002，Cu≤0.01，各杂质含量都符合炼钢用还原铁H92标准。

实施例2

选用高磷鲕状赤铁矿，该难选矿含铁38.33％、磷0.89％。按照高磷鲕状赤铁矿84份；褐煤32份；石灰石18份；粘结剂14份的比重混合均匀后，用对辊式高压压球机造块，将干燥后的含碳球团通过布料装置布入转底炉，含碳球团依次经过蓄热式转底炉的进料区、预热区、加热区、高温区、控制区和出料区，工艺参数如下：

预热区：温度：800℃～1000℃，时间：4min；

加热区：温度：1000℃～1250℃，时间：15min；

高温区：温度：1250℃～1350℃，时间：3min；

控制区：温度：1350℃～1200℃，时间：3min。

最后从排料口排出金属化球团的金属化率为95.39％，金属化球团经水冷后，依次进行两段磨矿和两段磁选作业(两段磨矿浓度均为69％，一段磨矿细度-0.074mm占77.88％，二段磨矿细度-0.043mm占79.53％；一段磁场强度1400Oe，二段磁场强度1200Oe)，可得到金属铁粉和尾矿，金属铁粉的铁品位为93.41％，磷品位为0.065％，铁回收率为91.19％。金属铁粉压块后用来炼钢，尾矿用来制备胶凝材料，配比为：尾矿29％，高炉渣43.5％，水泥熟料23％，激发剂4％，早强剂0.5％，所得胶凝材料的标准稠度用水量、初凝时间、终凝时间和安定性等物理性能测定都符合国家标准，其抗压强度和抗折强度均达到了复合硅酸盐水泥325标准。

本发明的实施例中，采用了蓄热式燃烧技术的转底炉设备，可以很好的控制还原温度和合适的还原气氛，通过控制含碳球团在转底炉中的还原时间，铁矿石的鲕状结构在此条件下被破坏，铁氧化物被充分还原，磷元素也在此条件下与配加的石灰石进行固结并加以有效脱除，所得铁粉的品位很高，可达93.41％，铁回收率为91.19％，磷品位为0.049％(0.06≥P＞0.04)，金属铁粉的0.025≥S＞0.02；SiO₂≤4.5％；五害元素(As、Sn、Sb、Pb、Bi)各≤0.002；Cu≤0.01，各杂质含量都符合炼钢用还原铁H92标准。

由于所采用的还原设备为蓄热式转底炉，本发明的实施例使用的还原剂、燃料及动力全部来自于非炼焦煤，且使用的燃料为劣质或低品质燃料，热值仅为2000kcal/Nm³，即节约了燃料，又节省了焦煤，降低了污染和能耗；同时，本案例以尾矿为原料，通过合理的配比，制备出了符合复合硅酸盐水泥325标准的胶凝材料，实现了难选铁矿石的综合利用。

Claims (10)

1.一种处理难选铁矿石的设备，包括蓄热式转底炉，所述蓄热式转底炉包括由环形内壁、环形外壁和炉底围成的炉腔，所述炉底可转动，所述炉腔包括进料区、预热区、加热区、高温区、控制区和出料区；所述进料区的外壁上设有进料口，所述出料区的外壁上设有出料口。

2.根据权利要求1所述的处理难选铁矿石的设备，其特征在于：所述蓄热式转底炉上设有一个或多个蓄热式燃烧器。

3.根据权利要求2所述的处理难选铁矿石的设备，其特征在于：所述环形内壁和环形外壁上成对设置有烧嘴；或者只在环形外壁上设置烧嘴。

4.一种处理难选铁矿石的方法，包括如下步骤：

(1)配料，分别将以下原料按重量份配料：难选铁矿石：63～84份；煤：8～32份；添加剂：0～18份；粘结剂：0～14份；

将难选铁矿石破碎、筛分后，与磨好的煤、添加剂及粘结剂混合均匀，再进行造块，然后将干燥后的含碳球团通过布料装置布入转底炉；

(2)干燥后的含碳球团进入如权利要求1～3中任意一项所述的处理难选铁矿石的设备的蓄热式转底炉后随炉底转动，依次经过下述各区域进行还原：

预热区：温度800℃～1000℃，时间1～4min；

加热区：温度1000℃～1250℃，时间3～15min；

高温区：温度1250℃～1350℃，时间3～15min；

控制区：温度1350℃～1200℃，时间3～8min；

最后高温含碳球团进入出料区，金属化球团直接从排料口排出转底炉；

(3)从排料口排出的金属化球团经水冷后，依次经过分段磨矿和分段磁选作业，可得到金属铁粉和尾矿，金属铁粉压块后用来炼钢，尾矿用来制备建材。

5.根据权利要求4所述的处理难选铁矿石的方法，其特征在于：步骤(1)中所述难选铁矿石包括高磷鲕状赤铁矿、贫红铁矿石、贫磁铁矿石、细粒嵌布的赤铁矿石、褐铁矿、菱铁矿、海砂和钒钛磁铁矿。

6.根据权利要求4所述的处理难选铁矿石的方法，其特征在于：步骤(1)中所述煤为烟煤、无烟煤、褐煤、焦粉中的一种或多种。

7.根据权利要求4所述的处理难选铁矿石的方法，其特征在于：步骤(1)中所述添加剂为生石灰、石灰石、碳酸钙、碳酸钠、硫酸钠、氯化钠、萤石中的一种或多种。

8.根据权利要求4～7任一所述的处理难选铁矿石的方法，其特征在于：步骤(1)采用的造块设备为对辊式高压压球机或圆盘造球机。

9.根据权利要求4～7任一所述的处理难选铁矿石的方法，其特征在于：步骤(2)中所述蓄热式转底炉所使用的燃料为低热值燃料或其它劣质燃料，燃料的热值大于700kcal/Nm³。

10.根据权利要求4～7任一所述的处理难选铁矿石的方法，其特征在于：步骤(3)中所述分段磨矿和磁选包括：采用湿式球磨机或棒磨机进行一段、两段或三段磨矿，然后采用磁选机进行一段、两段或三段选别。

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