CN105734272A

CN105734272A - 一种机械动态悬浮同步焙烧选矿方法及装置

Info

Publication number: CN105734272A
Application number: CN201610096242.4A
Authority: CN
Inventors: 冯雅丽; 杨鑫龙; 李浩然; 刘鹏伟; 孙铭
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2036-02-22
Also published as: CN105734272B

Abstract

一种机械动态悬浮同步焙烧选矿方法，属于矿物加工技术领域。基于所处理矿石性质及焙烧目的不同，通过控制反应器进料速度，搅拌速度，经焙烧尾气初步干燥的矿石在离心、破碎和悬浮过程中完成初选和再选；控制焙烧温度、焙烧气氛、焙烧段停留时间，完成对矿石的热解、还原或氧化焙烧；调节滤网孔径、引风机风量和风压，控制一级、二级、三级旋风分离器收集的尾矿及高、低两级产物目标金属的品位。矿石在同一装置中，完成干燥、初选、破碎、再选、热解或还原焙烧或氧化焙烧，焙烧产物分级分选流程。设备利用率高，加工效率高，对矿石及工艺参数适应性强，还原或氧化气体可循环利用，能耗较低，清洁环保，操作方便，产品质量稳定，经济性好。

Description

一种机械动态悬浮同步焙烧选矿方法及装置

技术领域

本发明属于矿物加工技术领域，涉及一种机械动态悬浮同步焙烧选矿方法及装置。

背景技术

焙烧技术具有反应周期短、技术路线灵活、产品多样性、耗资和运行费用少、转化率高以及易于实现工业化等显著优点。目前，焙烧己经成为多种矿物原料处理技术研发领域中聚焦所在，也是矿物加工及化工领域中必不可少的一个重要步骤。

目前竖炉、回转窑、闪速炉等常用的焙烧设备已在化工等领域取得了广泛的应用，但在应用过程中也存在许多问题。回转窑工作时存在结圈等问题，而闪速炉的配套设备投资较大，经济性不佳。

流化床焙烧炉是指以流态化状态进行焙烧的炉膛，是目前比较流行的一种焙烧设备，主要应用于煤炭的燃烧，具有结构简单，燃烧效率高的优点。但焙烧时，流化床中细颗粒物料容易被烟气带出，烟气中飞灰较多，焙烧物料受热不均匀、炉内焙烧气氛不易控制。且应用流化床进行选矿时矿石选别、热解或焙烧过程需分别进行，工艺流程长，能源利用率低。

发明专利CN103031433A公开了一种钛铁精矿流态化氧化焙烧-流态化还原焙烧***及焙烧工艺。采用流化床氧化反应器对钛铁精矿粉体进行氧化焙烧；氧化后的粉体进入流化床还原反应器进行还原焙烧；还原后的粉体经流化床冷却器冷却；流化床还原反应器排出尾气先在燃烧室中通过燃烧释放其中未反应还原气体的潜热，燃烧后气体与流化床氧化反应器排出尾气混合后进入多级旋风预热器与钛铁精矿粉体换热回收热量；该发明具有反应效率高，热量利用充分，焙烧过程经济性好等优点，但焙烧流程较为复杂，焙烧条件控制不易，矿石没有进一步选别。

发明专利CN104846189A公开了一种含菱铁矿的混合铁矿流态化焙烧分选方法。将粒度-0.5mm的含菱铁矿的混合铁矿于氧化气氛中进行多级流态化预热，预热到混合铁矿温度为600-800℃；在流化态条件下，将预热所得物料于还原气氛中焙烧，进一步置于空气中进行流态化冷却至室温，再磨矿磁选既得。该发明的方法适用于多种的含菱铁矿的混合矿的分选，反应较快，工艺过程中不利于选别的副产物少，分选效果好。但多级流态化装置占地面积较大，焙烧温度及气速控制等都较为不易，能源利用率低。

发明内容

本发明提供了一种机械动态悬浮同步焙烧选矿方法，利用机械动态悬浮同步焙烧装置，使矿粒与旋转热气流两相以较大的相对速度接触。在热气流强烈的剪切、吹浮及湍动作用下，矿粒在旋转、悬浮态被干燥和粉碎。干燥后的小颗粒矿石呈悬浮态进入焙烧室，在焙烧室中以悬浮态停留足够时间，基于不同气氛，完成热解、还原焙烧或氧化焙烧的转化过程。焙烧后，矿石经滤网和旋风分离器分级，得到不同级别产品。

本发明的具体实施方案包括如下步骤：采用机械动态悬浮同步焙烧装置，矿石经焙烧排出的尾气的初步干燥和加热，由螺旋加料器送入反应器的动态悬浮段，在动态悬浮段被搅拌、干燥、离心、破碎；气体(惰性、氧化性或还原性)加热到所要求温度后送入热风分布器，经反应器底部狭缝以较大风速进入流化段与被搅拌的矿石充分接触，在搅拌器、切向热气流和矿石相互碰撞的作用下，较小粒径矿石经搅拌、离心完成初选，形成悬浮状态开始上升进入焙烧段，较大粒径矿石在悬浮段由搅拌器破碎，实现目的矿物单体解离，完成再选。焙烧后的产品在旋转热风作用下经滤网由排风管排出，再经三级旋风分离器分离得到不同粒级的产品。一级旋风分离器收集到的产品作为尾矿，二级和三级旋风分离器收集到高、低品位产品。排出的热气体经尾气风机引入加料器继续对矿石进行初步加热。未通过滤网的矿石落回焙烧段，再完成上述工作循环。

所述机械动态悬浮同步焙烧装置包括：

回收室、滤网、焙烧室、观察窗、悬浮室、冷风管、电机、减速装置、传动轴、锥形搅拌器、支撑装置、气体加热器、螺旋加料器及料仓、尾气输送管、旋风分离器、引风机。

所述同步焙烧装置中，悬浮室、焙烧室、回收室在竖直方向上自下而上依次布置。其中，悬浮室侧壁连接螺旋加料器及料仓，室中心安装锥形搅拌器。焙烧室侧壁安装观察窗，用以观察颗粒焙烧及悬浮状态；顶部安装滤网，对焙烧后的产物按粒径要求进行初步筛选。锥形搅拌器由电机驱动。气体加热器一端连接冷风管，另一端与螺旋加料器及料仓相连，用以对物料进行预热及干燥。尾气输送管一端连接回收室顶端，另一端依次串联连接旋风分离器、及引风机并最终连入螺旋加料器及料仓以构成回路。

所述选矿方法与重选、磁选及浮选等现有选矿方法中，单一选矿装置仅能实现特定选别步骤相比，本方法使干燥、离心、初选、破碎、再选、热解或还原焙烧或氧化焙烧，焙烧产物分级分选流程在同一装置中进行。不仅可应用于粘性矿物及高碳矿石的焙烧选矿富集，而且适用于氧化矿在还原气氛中的还原焙烧，或还原矿在氧化气氛下的氧化焙烧，对矿石中有用矿物嵌布粒度较细的物料的焙烧选矿效果较好。对矿石、温度及工艺条件适应范围广，根据处理对象的性质、目标矿物的粒度分布特性等因素，通过调整进料速度，搅拌速度、焙烧温度、焙烧气氛等装置运行参数，达到品位、回收率等指标。

所述同步焙烧装置的锥形搅拌器上由双层叶片构成，叶片顶部带有小刮板，主要起破碎和清除壁上结疤以及形成径向轴向流的作用；底部是带有一定倾斜度的框式叶片，主要起清除壁上结疤以及形成轴向流的作用。工作时搅拌速度可调。

所述装置中的旋风分离器可根据矿石中目标矿物粒度分布特性及焙烧目的，物料粒级，热解脱除、还原及氧化焙烧程度等因素进行调节，以分别从三级分离器中得到不同目标品位产品。

所述装置中的尾气输送管按下行流方式布置，可在较低气速下运行，以节省气流输送能耗。惰性、氧化或还原性气体通入气体加热器，以完成矿石的热解、还原焙烧或氧化焙烧。调节滤网孔径、引风机风量和风压，以控制物料在焙烧段的停留时间。冷风管可对悬浮段风量和气体加热器两方面进行调节。

本发明与现有技术相比具有以下优点：将初选、再选、焙烧、分级在同一装置中进行，对矿石和焙烧参数适应性强，热解、还原或氧化气体可循环利用，能耗较低，清洁环保，生产周期短，可控性强，易于实现规模化生产，且自动化程度高，产品质量稳定，经济性好，提取后剩余尾渣量少。可广泛应用于菱镁矿、菱铁矿、粘土钒矿、石煤和钒钛磁铁矿等矿物的热解、还原或氧化焙烧及其中有价金属的富集。

附图说明

图1为本发明所涉机械动态悬浮同步焙烧装置示意图。

1.回收室、2.滤网、3.焙烧室、4.观察窗、5.悬浮室、6.冷风管、7.电机、8.减速装置、9.传动轴、10.锥形搅拌器、11.支撑装置、12.气体加热器、13.螺旋加料器及料仓、14.尾气输送管、15.旋风分离器、16.引风机。

具体实施方式

实施例1

将含V为1.14％，V(III)占总V含量为66.02％的粘土钒矿进行筛分，各粒级V含量如下：+0.6mm，0.51％；-0.6mm～+0.3mm，0.57％；-0.3mm～+0.15mm，1.72％；-0.15mm，2.02％。将矿石破碎并磨矿至0.3mm以下，自螺旋加料器及料仓13加入装置，调节气流流速使其在悬浮室呈悬浮态，并在800℃下呈悬浮态停留于焙烧室进行焙烧。减重后的颗粒经过筛网，被气流带入尾气输送管中，由3级旋风分离器回收。经测定，三级旋风分离器回收的产品粒度及产品中V₂O₅含量分别为：-0.3mm～+0.15mm，0.47％；-0.15mm～+0.074mm，1.88％；-0.074mm，2.41％。其中，一级旋风分离器产品为尾矿，二级为低品位产品，三级为高品位产品。二三级产品中钒总回收率为75.26％。钒总氧化率达到96.18％。

实施例2

将含碳16.15％，含V为0.93％，V(III)占总V含量为83.89％的石煤进行筛分，各粒级V含量如下：+0.3mm，0.32％；-0.3mm～+0.15mm，0.69％；-0.15mm～+0.074mm，1.46％；-0.074mm，1.12％。将石煤破碎并磨矿至0.3mm以下，自螺旋加料器及料仓13加入装置，调节气流流速使其在悬浮室呈悬浮态，并在750℃下呈悬浮态停留于焙烧室进行焙烧。减重后的颗粒经过筛网，被气流带入尾气输送管中，由3级旋风分离器回收。经测定，三级旋风分离器回收的产品粒度及产品中V₂O₅含量分别为：-0.3mm～+0.15mm，0.41％；-0.15mm～+0.074mm，1.96％；-0.074mm，1.33％。其中，一级旋风分离器产品为尾矿，二级为高品位产品，三级为低品位产品。二三级产品中钒总回收率为80.16％。钒总氧化率达到82.75％。矿石中碳脱除率达到100％。

实施例3

将全铁品位为41.57％的菱铁矿原矿进行筛分，各粒级Fe含量如下：+0.3mm，9.84％；-0.3mm～+0.15mm，24.91％；-0.15mm～+0.074mm，13.22％；-0.074mm～+0.038mm，39.18％；-0.038mm，50.04％。将矿石破碎并磨矿至0.15mm以下，自螺旋加料器及料仓13加入装置，调节气流流速使其在悬浮室呈悬浮态，并在800℃下呈悬浮态停留于焙烧室进行焙烧。减重后的颗粒经过筛网，被气流带入尾气输送管中，由3级旋风分离器回收。经测定，三级旋风分离器回收的产品粒度及产品中Fe含量分别为：-0.15mm～+0.074mm，26.65％；-0.074mm～+0.038mm，59.19％；-0.038mm，64.27％。其中，一级旋风分离器产品为尾矿，二级为低品位产品，三级为高品位产品。二三级产品中全铁品位达到60.12％，总回收率为74.35％，总磁化率达到3.13。

实施例4

将含MgO为45.80％的菱镁矿干燥浮选精矿进行筛分，各粒级MgO含量如下：-0.15mm～+0.074mm，45.03％；-0.074mm～+0.038mm，46.49％；-0.038mm，46.53％。将矿石自螺旋加料器及料仓13加入装置，调节气流流速使其在悬浮室呈悬浮态，并在800℃下呈悬浮态停留于焙烧室进行焙烧。减重后的颗粒经过筛网，被气流带入尾气输送管中，由3级旋风分离器回收。经测定，三级旋风分离器回收的产品粒度分别为：-0.15mm～+0.074mm；-0.074mm～+0.038mm；-0.038mm。其中，一级旋风分离器产品为尾矿，二三级旋风分离器排出产品中MgO总含量达到98.6％，总回收率为90.70％。

实施例5

将全铁含量52.86％，FeO含量为29.28％的某钒钛磁铁矿进行筛分，各粒级Fe含量如下：+0.3mm，28.50％；-0.3mm～+0.15mm，44.91％；-0.15mm～+0.074mm，56.63％；-0.074mm～+0.038mm，38.27％；-0.038mm，30.04％。将矿石破碎并磨矿至0.3mm以下，自螺旋加料器及料仓13加入装置，在反应器中通入由50％的H₂、40％的CO和10％的N₂组成的混合气体构成还原气氛，调节气流流速使矿粒在悬浮室呈悬浮态，并在1000℃下呈悬浮态停留于焙烧室进行焙烧。减重后的颗粒经过筛网，被气流带入尾气输送管中，由3级旋风分离器回收。经测定，三级旋风分离器回收的产品粒度及产品中Fe含量分别为：-0.3mm～+0.15mm，45.44％；-0.15mm～+0.074mm，74.91％；-0.074mm，63.02％。其中，一级旋风分离器产品为尾矿，二级为高品位产品，三级为低品位产品。二三级旋风分离器排出产品中总回收率为84.48％，铁还原率达到90.72％，金属化率达到89.05％。

Claims

1.一种机械动态悬浮同步焙烧选矿方法，其特征在于工艺流程如下：采用机械动态悬浮同步焙烧选矿装置；经焙烧尾气初步干燥的矿石，由螺旋加料器送入反应器的动态悬浮段；加热到特定温度的气体由分布器送入，经反应器底部狭缝，以较大速度进入悬浮段，与被搅拌的矿石充分接触。在搅拌器、切向热气体和矿石相互碰撞的作用下，较小粒径矿石经搅拌、离心完成初选，形成悬浮状态开始上升进入焙烧段，较大粒径矿石在悬浮段由搅拌器破碎，实现目的矿物单体解离，完成再选；焙烧产品经滤网由三级旋风分离器分离，得到高低品位产品及尾矿；热气体经尾气风机引入加料器对矿石进行初步加热；未通过滤网的矿石落回焙烧段，再完成上述工作循环。

2.根据权利要求1所述的机械动态悬浮同步焙烧选矿方法，其特征在于使干燥、离心、初选、破碎、再选、热解或还原焙烧或氧化焙烧，焙烧产物分级分选流程在同一装置中进行；不仅可应用于粘性矿物及高碳矿石的焙烧选矿富集，而且适用于氧化矿在还原气氛中的还原焙烧，或还原矿在氧化气氛下的氧化焙烧，对矿石中有用矿物嵌布粒度较细的物料的焙烧选矿效果较好；对矿石、温度及工艺条件适应适应范围广，根据处理对象的性质、目标矿物的粒度分布特性因素，通过调整进料速度，搅拌速度、焙烧温度、焙烧气氛运行参数，达到品位、回收率指标。

3.根据权利要求1或2所述的机械动态悬浮同步焙烧选矿方法所采用的装置，其特征在于所述机械动态悬浮同步焙烧选矿装置包括：回收室(1)、滤网(2)、焙烧室(3)、观察窗(4)、悬浮室(5)、冷风管(6)、电机(7)、减速装置(8)、传动轴(9)、锥形搅拌器(10)、支撑装置(11)、气体加热器(12)、螺旋加料器及料仓(13)尾气输送管(14)、旋风分离器(15)、引风机(16)。

4.根据权利要求3所述的机械动态悬浮同步焙烧选矿装置，其特征在于所述同步焙烧选矿装置中，悬浮室、焙烧室、回收室在竖直方向上自下而上依次布置；其中，悬浮室侧壁连接螺旋加料器及料仓，室中心安装锥形搅拌器；焙烧室侧壁安装观察窗，用以观察颗粒焙烧及悬浮状态；顶部安装滤网，对焙烧后的产物按粒径要求进行初步筛选；锥形搅拌器由电机驱动，气体加热器一端连接冷风管，另一端与螺旋加料器及料仓相连，用以对物料进行预热；尾气输送管一端连接回收室顶端，另一端依次串联连接旋风分离器及引风机并最终连入螺旋加料器及料仓，形成回路，将焙烧尾气用于对矿石进行初步干燥。

5.根据权利要求3所述的机械动态悬浮同步焙烧选矿装置，其特征在于所述同步焙烧装置的锥形搅拌器上由双层叶片构成，叶片顶部带有小刮板，主要起破碎和清除壁上结疤以及形成径向轴向流的作用；底部是带有一定倾斜度的框式叶片，主要起清除壁上结疤以及形成轴向流的作用，工作时搅拌速度可调。

6.根据权利要求3所述的机械动态悬浮同步焙烧选矿装置，其特征在于所述装置中的旋风分离器可根据矿石中目标矿物粒度分布特性及焙烧目的，物料粒级，热解脱除、还原及氧化焙烧程度因素进行调节，以分别从三级分离器中得到不同目标品位产品。

7.根据权利要求3所述的机械动态悬浮同步焙烧选矿装置，其特征在于所述装置中的尾气输送管按下行流方式布置，在较低气速下运行，以节省气流输送能耗；惰性、氧化或还原性气体通入气体加热器，完成矿石的热解、还原焙烧或氧化焙烧；调节滤网孔径、引风机风量和风压，以控制物料在焙烧段的停留时间；冷风管可对悬浮段风量和气体加热器两方面进行调节。