CN105219907A - 高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺，是指将高磷鲕状赤铁矿、煤、消石灰、水玻璃四种物质经过湿混、造粒、干燥后，送入气体还原竖炉中，在高温还原气体的作用下，使高磷鲕状赤铁矿粉中的铁氧化物还原为单质铁，使磷在CaO的固磷作用下保持在矿渣中，然后经磁选后产生铁精矿和富磷渣的过程。本发明与其它处理高磷鲕状赤铁矿的炼铁工艺相比，具有还原温度较低、还原速度快、流程短、效率高、产品品质高、成本低、易于规模生产、实用价值高的特点。

Description

高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种铁矿的炼铁工艺，尤其涉及一种高磷鲕状赤铁矿气基竖炉直接还原-磨矿磁选的非高炉炼铁工艺。

背景技术

随着我国冶金行业的发展，我国对铁矿石的需求量也日益增加。由于我国铁矿石供给严重不足，因此我国对进口铁矿石的依赖越来越大，为了保证我国钢铁行业的持续健康发展，加强对闲置铁矿石的科研攻关显得迫在眉睫，高磷鲕状赤铁矿因其储量巨大的特点，正越来越引起人们的重视。

用于处理高磷鲕状赤铁矿的现有技术中包括常规选矿方法和直接还原方法。常规选矿无法由于无法破坏或者是极难破坏高磷鲕状赤铁矿中的鲕核结构，故铁回收率、铁品位及脱磷率均不理想。直接还原方法中隧道窑进行小规模的生产，虽然也能达到较好的技术指标，但是，由于产量低，能耗较高，污染严重，已经被许多国家明文禁止；转底炉由于高温易粘结，还原效果不理想，故也不适于处理高磷鲕状赤铁矿。

发明内容

鉴于上述现状，本发明旨在提供一种高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺。本发明采用非高炉直接还原方法，通过合理的工艺参数配置，在阻碍含磷矿物还原的同时，实现矿石中铁氧化物的还原，后期通过磁选的方式实现铁与磷的分离，为钢铁行业提供优质铁原料。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺，是指将高磷鲕状赤铁矿、煤、消石灰、水玻璃四种物质按一定比例经过湿混、造粒、干燥后，送入气基还原竖炉中，在还原气体的作用下，铁氧化物还原为单质铁，使磷在CaO的固磷作用下保持在矿渣中，然后经磨矿、磁选后产生铁精矿和富磷渣的过程。

所述高磷鲕状赤铁矿、煤、消石灰、水玻璃四种物质的配比是：按重量百分比，高磷鲕状赤铁矿：72％；煤：11％；消石灰：12％；水玻璃：5％。

所述水玻璃，用纯度为40％-47％的水玻璃，有效成分为5Na₂O·2SiO₂。

所述煤，为非炼焦煤，煤粉粒度>60目。

所述消石灰，为生石灰配加重量占生石灰32％的水混合而成。

所述还原气体为煤气，成分要求：CO+H₂>90％、N₂<10％。

所述还原气体分为高温和低温两路通入，其中高温还原气体为1000-1100℃，从竖炉的中下部通入，低温还原气体是经过冷却的炉顶煤气，温度低于75℃，从炉底部通入。

具体讲，该工艺包括如下步骤：

第一步，原料准备

准备4种原料：高磷鲕状赤铁矿粉、煤粉、消石灰、水玻璃，其中水玻璃纯度40％-47％，煤粉为非炼焦煤，消石灰为生石灰配加重量占生石灰32％的水混合而成；

第二步，将所述4种原料按以下重量比进行混合调匀

高磷鲕状赤铁矿：72％；煤：11％；消石灰：12％；水玻璃：5％；

第三步，造粒并干燥

将所述匀混料放置到压球机上进行压球，压出的球团送入到干燥器中进行干燥；

第四步，冶炼

将球团从气体还原竖炉顶部送入竖炉中，同时自炉顶向下2/3处通入1000-1100℃的还原煤气，在竖炉底部通入经过处理的炉顶煤气，温度低于75℃；

还原时间为4h；

所述还原煤气的成分要求是CO+H₂>90％、N₂<10％；

第五步，磨矿-磁选

将竖炉底部排料口排出的物料进行磨矿-磁选，将磁选后的铁料造块，形成块状铁料。

进一步讲，在压球之后、干燥之前，经过将所述球料进行筛选，留下筛上物的步骤。

所述磨矿磁选过程包括：采用棒磨机进行一次性磨矿8min，然后采用磁选机进行一次性选别。

由本发明提供的上述技术方案可以看出，本发明所述的一种高磷鲕状赤铁矿气基竖炉直接还原-磨矿磁选的非高炉炼铁工艺，由于将高磷鲕状赤铁矿72％、煤11％、消石灰12％和水玻璃5％混匀造球，并在竖炉内通入高温还原气体进行还原冶炼，并利用氧化钙对磷的固化作用实现还原铁、留磷的目的；之后，通过磨矿、磁选分离出铁，造块，形成块状铁料，可以将高磷鲕状赤铁矿的金属化率达到90％以上，磁选精矿品位提高到78％，铁回收率可超过90％，铁精矿中含磷量可降低70％。

本发明中，利用气基还原温度低、速度快的特点，将高磷鲕状赤铁矿中的铁氧化物还原为单质铁，并利用CaO的固磷作用，使磷保持在渣中，经磨矿磁选后产生富磷渣。本发明的工艺与其它工艺路线相比，具有还原温度较低、还原速度快、流程短、效率高、成本低、产品品质高、易于规模生产、实用价值高的特点。采用本发明，省去了传统工艺污染大的烧结、焦化工艺，可以最大限度的合理利用自然资源和能源，是一种利用高磷鲕状赤铁矿进行炼铁的高效环保工艺。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明的一种高磷鲕状赤铁矿气基竖炉直接还原-磨矿磁选的非高炉炼铁工艺的流程图。

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例来具体描述本发明，其中，附图构成本申请一部分，并与实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明一种高磷鲕状赤铁矿气基竖炉直接还原-磨矿磁选的非高炉炼铁工艺，主要是讲将高磷鲕状赤铁铁矿粉，按照一定比例配合煤粉、消石灰(生石灰+水)、水玻璃后，造粒、筛分、干燥后，投入气基直接还原竖炉中，在高温还原气体的作用下，使高磷鲕状赤铁矿中的铁氧化物还原为单质铁，并利用CaO的固磷作用，使磷保持在矿渣中，然后经磨矿、磁选后产生铁精矿和富磷渣的过程。

其较佳的具体实施方式如图1所示，包括如下步骤：

1)首先进行原料准备

准备5种原材料：高磷鲕状赤铁矿、煤、消石灰、水玻璃。上述原材料以粉状形态混合。

高磷鲕状赤铁矿：适用于典型的“宁乡式”高磷鲕状赤铁矿，这种矿一般的含铁35-52％，含硅8-18％，含铝和钙3-9％，含磷0.3-1.8％。当然，自然界其他类高磷鲕状赤铁矿也可以适用于此工艺。

煤：可以选择各种非炼焦煤。

消石灰：为生石灰配加重量占生石灰32％的水混合而成。因为生石灰造球容易使球团粉化，故需对生石灰加水进行消化。

水玻璃：选用纯度为40％-47％的水玻璃，有效成分为5Na₂O·2SiO₂。

2)将上述4种原料按以下重量比进行配匀

配比如下：高磷鲕状赤铁矿：72％；煤：11％；消石灰：12％；水玻璃：5％。煤低于此数值，还原过程中会造成铁晶粒不能有效凝聚长大，消石灰的数值影响球团碱度，低于此数值则会导致球团熔点降低，使球团在竖炉中发生粘连，导致竖炉堵塞，水玻璃低于此数值会使得球团强度降低，不能达到竖炉生产标准。

3)造球

将上述匀混料放置到压球机上进行压球，压出的球团送入到干燥器中进行干燥。如果压球过程中出现了碎渣，可以在球团送入干燥器之前过圆辊筛进行筛选。在干燥之后也可加入筛选的过程。

适用的压球机可以是对辊式高压压球机，造出来的球块硬度高，出球率高，残渣少，球团粒度合适。

这一实施例中是以造球的方式将混合物造粒成型，因为球状物表面圆滑流动性强，另外利用圆滚法成球加工也方便，但是本发明并限定于此，任何有利于流动的粒状都可以，比如圆柱形，椭圆形等等。

4)冶炼

干燥的球团进行冶炼。将球团从还原竖炉顶部送入竖炉中，在竖炉中下部，约自炉顶向下2/3处，设置高温气体入口，通入1100-1200℃的高温还原煤气；同时在竖炉底部开设低温气体入口，通入低于或等于常温(一般为25℃)的还原煤气。

这里的还原煤气的成分要求是CO+H₂>90％、N₂<10％，因为只有含有大量的还原气体CO才能充分的使反应物还原彻底。

经过竖炉冶炼出来的是海绵铁，经过实践验证，上述工艺出来的铁料温度大约在100℃-200℃，不用再进行冷却处理，直接可送入磨矿磁选。

5)将所述海绵铁进行磨矿磁选，选别后的铁粉采用压块设备进行压制造块，形成块状铁料，便于运输和冶炼，完成提炼工艺。

在本发明中，我们选择竖炉，上述的竖炉可为所有适用的气基直接还原的竖炉设备。因为竖炉适合于气基反应机制，固体与气体逆向流动(固体往下走，气体往上走)，这样可以有利于固体与气体充分接触，如果气体从底部通入，固体几乎在行走全程都能接触到气体，对于气固反应更有利。如果选择横式炉，气体具有上浮特性，则全部集中在炉顶，而固体只在炉中、下部运行，这样接触的面积小，对反应不利。

本发明工艺是利用气基氧化还原机理，让矿石中的磷尽可能不发生氧化还原反应，同时利用混合料中的CaO的固磷作用，将磷保留于矿渣中；而让矿石中的铁尽可能地发生氧化还原反应，还原出单晶铁，以海绵铁的形式排出。

所以，本发明选择煤气作为还原气体，一是因为煤气的主要成分为CO和H₂，CO是常见的还原气体；二是因为在铁矿中，含有的主要成分是铁、硅、磷等，硅，磷不会通过CO参与还原反应；三是在本工艺使用的4种原料中，高磷鲕状赤铁矿、煤、消石灰、水玻璃都与煤气没有过激反应，不会产生有毒气体，不会影响铁的还原。

进一步讲，在使用还原煤气方面，为了提高煤气的利用率，可以建立循环使用机制：当热的还原煤气从炉顶溢出时，可以经过除尘变压吸附处理(通入CaO，脱去CO₂变为CO)、加热收再次成为高温还原气。或者经过换热器换热，变为冷的干净的还原煤气，再次从炉底通入循环使用。

本发明中，我们通入1000-1100℃的高温煤气，因为900-1100℃是铁的较佳还原温度，而磷此时的还原性小，所以通入1000-1100℃的高温煤气，是最佳温度，使高磷鲕状赤铁矿中的铁氧化物还原为单质铁，而磷仍然以磷灰石的状态保持不变。通入的气体要在1000℃以上，温度太低容易生成浮士体(FeO和Fe的混合体)。

虽然高温气体还原效果好，但是如果太热，出炉海绵铁的温度就很高，不利于碎磨磁选，需要再次降温才能磁选，因此较佳的方案是在竖炉内大部分参与反应区域都通入高温还原气，只在炉底部通入冷的相同还原气-煤气，让炉底出料部位降温，同时避免二次氧化，这样出炉料就不用再经过降温步骤。同时，大部分物料在自炉上而下的时候，已经经过了长时间的还原，到达炉底时已经基本结束，所以炉底部温度低点已不影响还原效果。在竖炉底部开设低温气体入口，通入经过处理的的炉顶煤气(一般低于75℃)。

我们在通入高温还原气的时候，选择在距离炉顶约2/3处通入的理由是：自炉顶向下2/3处通入还原气体，是适宜的高度，因为气体比较轻，只会向上方漂浮，如果通入气体的入口高度太高，气体更会向炉内顶部漂浮积存，对于炉底的还原反应物接触不到还原气体，使得无法参与还原，即便是反应物从炉顶落下时会接触到还原气，但是这也只是瞬间的过程，反应物根本来不及参与反应。又因为，反应炉中也不应存入大量的物质，这工艺常识，所以通入的气体高度如果太高，通入的地方根本没有反应物，气体根本无法在入口处直接以较大的压力吹入到反应物内部，致使内部反应不充分。所以，经过大量的摸索试验，利用气体的上浮特性，取得了自炉顶向下2/3处通入还原气体为较佳位置的结论，热气体上浮的里程长，炉内参与还原反应的物料就多，物料历经高温还原区的行程也长，利于还原。

气体的通入与球团的加入同步进行，在还原气体通入的同时，球团不断从炉顶部加入、从炉底部排出，球团在竖炉内自上而下的运行时间约4h(也就是还原时间)。经过还原之后从竖炉底部排出的是海绵铁。

热的还原煤气从炉顶溢出，还可以经过除尘、变压吸附、再加热的手段变为温度高达1100℃的还原煤气，再次从炉中下部通入循环使用。由于出炉的还原煤气经过氧化还原后，CO变为了CO₂，所以还需要经过变压吸附(通入CaO)，脱去CO₂变为CO。前面已述及。

本发明所述的磨矿、磁选：包括采用棒磨机进行一次性磨矿8min，然后采用磁选机进行一次性选别。磨矿设备为以棒磨机为宜，最后采用磁选设备进行分选。此处属于常规工艺。

下面是一具体实施例：

将某地含铁44.38％、含磷0.94％的高磷鲕状赤铁矿，按照高磷鲕状赤铁矿：煤：消石灰：水玻璃＝72：11：12：5的比例混匀后经压球机压球，干燥后装入竖炉经过4h的还原后，从竖炉底部排出海绵铁，经破碎磁选造块后，得到含铁85％、含磷0.15％的的直接还原铁块，高磷鲕状赤铁矿中铁的回收率为92.57％。每生产一吨铁块，消耗高磷鲕状赤铁矿2.5吨，煤0.395、水玻璃0.165、石灰石0.408吨，水3吨，电150kwh。

本发明中，利用气基还原温度低、速度快的特点，将高磷鲕状赤铁矿中的铁氧化物还原为铁单晶，并利用CaO的固磷作用，使磷保持在渣中，经磨矿磁选后产生富磷渣。本发明的工艺与其它用于处理高磷鲕状赤铁矿的炼铁法工艺路线相比，具有还原温度低、还原速度快、流程短、效率高、成本低、易于规模生产、实用价值高的特点。采用本发明，省去了传统工艺污染大的烧结、焦化工艺，可以最大限度的合理利用自然资源和能源，是一种利用高磷鲕状赤铁矿进行炼铁的高效环保工艺。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应该在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺，其特征在于，是指将高磷鲕状赤铁矿、煤、消石灰、水玻璃四种物质按一定比例经过湿混、造粒、干燥后，送入气体还原竖炉中，在还原气体的作用下，铁氧化物还原为单晶铁，使磷在CaO的固磷作用下保持在矿渣中，然后经磨矿、磁选后产生铁精矿和富磷渣的过程。

2.根据权利要求1所述的高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺，其特征在于，所述高磷鲕状赤铁矿、煤、消石灰、水玻璃四种物质的配比是：按重量百分比，

高磷鲕状赤铁矿：72％；煤：11％；消石灰：12％；水玻璃：5％。

3.根据权利要求1所述的高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺，其特征在于，所述水玻璃，用纯度为40％-47％的水玻璃，有效成分为5Na₂O·2SiO₂。

4.根据权利要求1所述的高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺，其特征在于，所述煤，为非炼焦煤，煤粉粒度>60目。

5.根据权利要求1所述的高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺，其特征在于，所述消石灰，为生石灰配加重量占生石灰32％的水混合而成。

6.根据权利要求1所述的高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺，其特征在于，所述还原气体为煤制气，成分要求：CO+H₂>90％、N₂<10％。

7.根据权利要求1或6所述的高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺，其特征在于，所述还原气体分为高温和低温两路通入，其中高温还原气体为1000-1100℃，从竖炉的中下部通入，低温还原气体是经过冷却的炉顶煤气，温度低于75℃，从炉底部通入。

8.根据权利要求1所述的高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：

第一步，原料准备

准备4种原料：高磷鲕状赤铁矿粉、煤粉、消石灰、水玻璃，其中水玻璃纯度40％-47％，煤粉为非炼焦煤，消石灰为生石灰配加重量占生石灰32％的水混合而成；

第二步，将所述4种原料按以下重量比进行混合调匀

高磷鲕状赤铁矿：72％；煤：11％；消石灰：12％；水玻璃：5％；

第三步，造粒并干燥

将所述匀混料放置到压球机上进行压球，压出的球团送入到干燥器中进行干燥；

第四步，冶炼

将球团从气体还原竖炉顶部送入竖炉中，同时自炉顶向下2/3处通入1000-1100℃的还原煤气，在竖炉底部通入常温的还原煤气；

还原时间为4h；

所述还原煤气的成分要求是CO+H₂>90％、N₂<10％；

第五步，磨矿-磁选

将竖炉底部排料口排出的物料进行磨矿-磁选，将磁选后的铁料造块。

9.根据权利要求8所述的高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺，其特征在于，在压球之后、干燥之前，经过将所述球料进行筛选，留下筛上物的步骤。

10.根据权利要求8所述的高磷鲕状赤铁矿气基直接还原-磨矿磁选的炼铁工艺，其特征在于，所述磨矿磁选过程包括：采用棒磨机进行一次性磨矿8min，然后采用磁选机进行一次性选别。