CN106702157A - 金属矿的还原处理方法及金属矿的还原处理炉 - Google Patents

金属矿的还原处理方法及金属矿的还原处理炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属矿的还原处理方法及金属矿的还原处理炉，涉及技术领域。该金属矿的还原处理方法是在一个上设金属矿进口、下设金属矿出口的金属矿的还原处理炉中进行；在所述金属矿的还原处理炉的所述金属矿进口和所述金属矿出口之间设有还原气出口，在所述金属矿的还原处理炉的所述金属矿进口和所述还原气体出口之间设有助燃气出口；还原气体通过所述还原气出口输出与处于还原区的金属矿发生反应；助燃气通过助燃气出口输入并参与助燃，对处于预热区的金属矿进行预热。本发明可以用于处理金属含量较低的铁矿、锰矿、铜矿等，它可以解决现有传统的金属还原方法存在设备复杂，投资大，还原反应温度高，能耗高的问题。

Description

金属矿的还原处理方法及金属矿的还原处理炉
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体来说涉及一种将金属矿中高价态的金属还原到低价态的方法。
背景技术
自然界里大多数金属都是以化合物态存在，而人们为了获得金属含量较大的化合物或金属单质时，往往需要进行还原富集的处理。不同的金属有不同的富集方法，但是其原理都是将高价态的金属还原成低价态，如由CuO还原得到Cu，MnO2还原得到Mn，由Fe2O3还原得到Fe等等。
现有的这种金属矿的还原处理方法，如将MnO2还原得到Mn2+的技术，它是将煤和MnO2的锰矿分别粉磨，再按比例混合后加到旋窑或立窑里经900℃±50℃的温度下焙烧而得。现有铁矿的还原方法，也大多是将煤与铁矿石按比例混合后进“焙烧”。而在现有技术中，有一种技术是 “多级循环预热流态化还原焙烧氧化铁矿石反应装置”(专利号为ZL200720064996.8)及“一种还原赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿的焙绕装置”（专利号为ZL200610032484.3)的发明，这两种装置对铁矿石的还原基本相同，都是将高温的一氧化碳从金属矿的还原处理炉底通入与金属矿在高温气流中闪速还原，使之还原后水淬成为Fe3O4。这种技术由于铁矿石的还原是在闪速反应器内快速完成，因此，这个反应温度应该很高；其次，在铁矿石还原反应前需要通过多级旋风筒的热气流预热，这种技术设备较复杂，多级旋风筒的预热，其保温较为困难，热量耗费大；再次，由于铁矿石在还原前需要在多级旋风筒之间流动预热，因此需要将铁矿石在预热前先粉碎到较小粒度。这几方面都会造成工艺能耗大，成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种金属矿的还原处理方法及金属矿的还原处理炉，采用这种方法和处理炉可以解决现有的金属还原方法存在设备复杂，投资大，还原反应温度高，能耗高的问题。
为了解决上述问题，本发明采用的金属矿的还原处理方法：金属矿的还原反应是在一个上设金属矿进口下设金属矿出口的金属矿的还原处理炉中进行，在所述金属矿进口和所述金属矿出口之间的所述金属矿的还原处理炉设有还原气出口，在所述金属矿进口和所述还原气体出口之间的所述金属矿的还原处理炉设有助燃气出口；还原气体通过所述还原气出口输出，与堆积在所述金属矿的还原处理炉位于所述还原气出口至所述助燃气出口之间的还原区的金属矿发生反应；助燃气通过助燃气出口输入，并在所述金属矿的还原处理炉助燃，通过燃烧对堆积在所述金属矿的还原处理炉所述助燃气出口以上的预热区的金属矿进行预热。
上述的金属矿的还原处理方法中，所述金属矿可以是用一氧化碳和氢气可还原的金属矿，特别是铁矿、锰矿或铜矿中的任一种。
上述金属矿的还原处理方法更好的方案是：所述金属矿的粒径在30毫米以下；所述还原气出口至所述助燃气出口之间的反应区温度为120℃-780℃；经过所述反应区的金属矿从所述金属矿的还原处理炉的金属矿出口排出，排出的金属矿可以直接进入冷却液中冷却，也可以在其它防止其再度氧化的环境下冷却；经过反应区的金属矿也可以通过设置在所述金属矿的还原处理炉的冷却区冷却后再从该金属矿出口排出，这个冷却区可设在所述还原气出口至所述金属矿的还原处理炉的金属矿出口之间，更好的方案是，在所述冷却区内设有气体冷却器和水冷却器，这样可以让所述助燃气先经过所述气体冷却器预热后再输送到所述助燃气出口助燃；当所述还原气选用水煤气的方案时，所述水冷却器是向所述水煤气发生器生产蒸汽用的换热器，而所述水煤气发生器的水煤气通过所述还原气出口输入所述金属矿的还原处理炉的炉内。
在上述的金属矿的还原处理方法中，所述还原气出口分布在所述金属矿的还原处理炉的所述还原区与所述冷却区的接合部；所述助燃气出口分布在所述金属矿的还原处理炉的所述预热区与所述还原区的接合部。
本发明所称金属矿的还原处理炉，是指正常工作后，待还原的金属矿可以连续输入炉内，经过还原反应的金属矿可以连续输出炉外的氧化-还原反应炉。
本金属矿的还原处理方法所采用的金属矿的还原处理炉可以是：上部设有金属矿进口、下部设有金属矿出口，在所述金属矿的还原处理炉的所述金属矿进口和所述金属矿出口之间设有还原气出口，在所述金属矿的还原处理炉的所述金属矿进口和所述还原气体出口之间设有助燃气出口；所述还原气出口至所述金属矿出口之间的冷却区内设有气体冷却器和水冷却器；所述气体冷却器的出口连通到所述助燃气出口；所述水冷却器的出口连通水煤气发生器的生产蒸汽的通道。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1. 由于还原气体是加入金属矿进口在上，金属矿出口在下的金属矿的还原处理炉中，在反应区内，还原气与金属矿的运动方向相反，因此，可以让金属矿的还原进程获得理想的效果；
2. 与将煤与矿石混合，在900℃的温度下进行还原反应的现有技术相比，本技术反应温度可以降低最低可达780℃以下，甚至可低达120℃，减少了对金属矿加热温度较高的因素带来的热量损失；还可以避免在高温焙烧产生的结焦，造成后续粉碎选矿的困难并影响选出率的问题；由于设置有助燃气的加入，使经过还原区的剩余还原气体完全燃烧用于预热参加还原反应前的金属矿，从而可以防止还原气体的排空、浪费，而且可以通入高浓度的还原气体，有利于加速金属还原的进程；
3. 与类似于“一种还原赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿的焙绕装置”（专利号为ZL200610032484.3)的已有技术相比，本技术不需要将金属矿在还原前的质硬状态粉碎，而且不必粉碎过于细小，可以节约工艺成本；其次，还原设备较为简单，设备数量少，设备投资小；此外，占用场地也较小，便于保温绝热，有利于减少能源消耗。据了解目前现有技术中还原处理铁矿石的能耗不低于100千克标准煤/吨，本发明处理同类铁矿石能耗可低达50千克标准煤/吨。
附图说明
图1是本发明方法实施例1至实施例9所采用的金属矿的还原处理炉的结构示意图。
图2是本发明中助燃气布气管和还原气布气管的主视图。
图3是本发明中助燃气布气管和还原气布气管的俯视图。
图4是图3中A处的局部放大视图。
图5是本发明实施例10所采用的金属矿的还原处理炉的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详述：
实施例1——赤铁矿的还原处理方法：
本实施例对金属矿的还原所采用的设备如图1所示，有一个金属矿的还原处理炉，该金属矿的还原处理炉上端有一个进料斗1，在进料斗1和金属矿的还原处理炉的炉壳2之间为烟气出口，进料斗1的上端进口为金属矿的还原处理炉的待还原金属矿的金属矿进口，金属矿的还原处理炉下端通过集料斗部8连接有一个螺旋输送机16，螺旋输送机16的金属矿出口为金属矿的还原处理炉的金属矿出口，经过还原反应后的金属矿从这里输出炉外。
金属矿的还原处理炉设有助燃气布气管5和还原气布气管7，还原气布气管7上的还原气出口设在金属矿的还原处理炉的金属矿进口和金属矿出口之间；助燃气布气管5上的助燃气出口设在金属矿的还原处理炉的金属矿进口和还原气体出口之间。助燃气布气管5和还原气布气管7将金属矿的还原处理炉的内部分成预热区T1、反应区T2和冷却区T3，预热区T1是从进料斗1的出口至助燃气布气管5之间的区域，反应区T2是从助燃气布气管5至还原气布气管7之间的区域，冷却区T3是从还原气布气管7至金属矿的还原处理炉的集料斗部的下端之间的区域，即助燃气布气管5装在预热区T1和反应区T2的接合部，还原气布气管7装在反应区T2和冷却区T3的接合部。
在炉壳2内，预热区T1的上部装有一个主要由高度位置可以调节的锥形筒体3构成的布料器；在炉壳2内，冷却区T3的上部装有气体冷却器8，气体冷却器8的进口通过管道9连接一个在进口设有调节风门的鼓风机10的出风口，气体冷却器8的出口通过管道6接助燃气布气管5的入口，即助燃气入口；在炉壳2内，冷却区T3的下部装有水冷却器13，水冷却器13的进口连接有带阀门的自来水管15，水冷却器13的出口通过管道12连接一个水煤气发生炉14的蒸汽入口；
水煤气发生炉14的水煤气出口通过管道11接金属矿的还原处理炉的还原气入口，即还原气布气管7的入口。
为本实施例中助燃气布气管5和还原气布气管7的结构相同，它们的结构如图2至图4所示，有一根主管21，在主管21两个相对侧面分别横向设置有十四根支管22，每根支管22的一侧，即在图1中朝向下方的一侧，分别设有多个出气管23。主管21的一端敞开作为助燃气入口，另一端封闭；每一根支管22的一端与主管连通，另一端封闭；每根出气管23的一端与其相连接的支管连通，另一端敞开作为助燃气出口。
本实施例的褐铁矿的还原处理方法是这样的：
褐铁矿在进入金属矿的还原处理炉的料斗1前，先将块状的褐铁矿粉碎过筛，得到粒径小于30毫米的待还原处理的金属矿4，然后再将待还原处理的金属矿4并通过提升机输送到图1中的料斗1中。
鼓风机10鼓出的空气作为本金属矿的还原处理方法中采用的助燃气，该助燃气通过管道9进入并通过金属矿的还原处理炉以螺旋管为主构成的气体冷却器8，使通过气体冷却器8内的助燃气获得加热，同时使气体冷却器8外部的金属矿4获得冷却。经过加热后的助燃气再通过管道6和助燃气布气管5，从助燃气布气管5的助燃气出口排出，排出的助燃气与来自反应区T2上端后未完成反应的还原气体混合进行燃烧，所产生的热量用于对预热区T1内的金属矿4预热。调节预热区T1内的锥形筒体3的高度，可以调节预热区T1内金属矿4的堆积高度，从而使金属矿4获得理想的预热效果而且可以防止热能的浪费。
水煤气发生炉14通过从控制输入煤的数量和通过控制输入蒸汽的数量来调节其获得水煤气中一氧化碳和氢的浓度和输出数量的大小。水煤气发生炉14产生的水煤气作为本金属矿的还原处理方法中采用的还原气，该还原气通过管道11和还原气布气管7输入金属矿的还原处理炉，并与金属矿的还原处理炉反应区T2中的金属矿4发生氧化-还原反应，使金属矿4获得还原。本实施例和包括下面介绍的本发明实施例在内，本发明人所进行过的许多、各次实践结果表明：还原气中的一氧化碳和氢气的浓度越高，金属矿4获得的还原效果越好。
自来水通过带阀门的自来水管15输入金属矿的还原处理炉以螺旋管为主构成的水冷却器13内，流经水冷却器13的水受热转变成为蒸汽，并通过管道12输入水煤气发生炉14内用于生产水煤气，流经水冷却器13的水同时使水冷却器13外部的金属矿4获得进一步冷却，调节自来水阀门的大小，可以控制蒸汽的产量和金属矿4的冷却程度。这些经过再次冷却的金属矿4冷却到不至于与空气发生再氧化的程度后，便可以通过螺旋输送机16排出金属矿的还原处理炉外。通过控制螺旋输送机16排出金属矿4的速度可以调节反应区T1中的反应温度，水煤气发生炉14通过从控制输入煤的数量和通过控制输入蒸汽的数量来调节其获得水煤气中一氧化碳和氢气的浓度和输出数量的大小。水煤气发生炉14产生的水煤气作为本金属矿的还原处理方法中采用的还原气，该还原气通过管道11和还原气布气管7输入金属矿的还原处理炉，并与金属矿的还原处理炉反应区T2中的金属矿4发生氧化-还原反应，使金属矿4获得还原。本实施例和包括下面介绍的本发明实施例在内，本发明人所进行过的许多、各次实践结果表明：还原气中的一氧化碳和氢气的浓度越高，金属矿4获得的还原效果越好。
实施例2—实施例9是采用不同反应温度对不同金属矿的还原处理方法：
这些实施例中除金属矿的类型和反应温度与实施例1不同外，其它部分与实施例1相同。
各实施例的处理效果如下表：
实施例10——褐铁矿的还原处理方法：
本实施例对金属矿的还原所采用的设备如图5所示，有一个金属矿的还原处理炉，该金属矿的还原处理炉上端有一个进料斗1，在进料斗1和金属矿的还原处理炉的炉壳2之间为烟气出口，进料斗1的上端进口为金属矿的还原处理炉的待还原金属矿的金属矿进口，金属矿的还原处理炉下端通过集料斗部8连接有一个螺旋输送机16，螺旋输送机16的金属矿出口为金属矿的还原处理炉的金属矿出口，经过还原反应后的金属矿从这里输出炉外。
金属矿的还原处理炉设有助燃气布气管5和还原气布气管7，本实施例中助燃气布气管5和还原气布气管7的结构相同，它们的结构如图2至图4所示，有一根主管21，在主管21两个相对侧面分别横向设置有十四根支管22，每根支管22的一侧，即在图1中朝向下方的一侧，分别设有多个出气管23。主管21的一端敞开作为助燃气入口，另一端封闭；每一根支管22的一端与主管连通，另一端封闭；每根出气管23的一端与其相连接的支管连通，另一端敞开作为助燃气出口。还原气布气管7上的还原气出口设在金属矿的还原处理炉的金属矿进口和金属矿出口之间；助燃气布气管5上的助燃气出口设在金属矿的还原处理炉的金属矿进口和还原气体出口之间。助燃气布气管5和还原气布气管7将金属矿的还原处理炉的内部分成预热区T1和反应区T2两个部分，预热区T1是从进料斗1的出口至助燃气布气管5之间的区域，反应区T2是从助燃气布气管5至还原气布气管7之间的区域，助燃气布气管5装在预热区T1和反应区T2的接合部，还原气布气管7装在反应区T2的底部。在炉壳2内，预热区T1的上部装有一个主要由高度位置可以调节的锥形筒体3构成的布料器。
本实施例的褐铁矿的还原处理方法是这样的：
褐铁矿在进入金属矿的还原处理炉的料斗1前，先将块状的褐铁矿粉碎过筛，得到粒径小于30毫米的待还原处理的金属矿4，然后再将待还原处理的金属矿4并通过提升机输送到图1中的料斗1中。
本例以空气作为本金属矿的还原处理方法中采用的助燃气，该助燃气通过助燃气布气管5进入并通过金属矿的还原处理炉，从助燃气布气管5的助燃气出口排出，排出的助燃气与来自反应区T2上端后未完成反应的还原气体混合进行燃烧，所产生的热量用于对预热区T1内的金属矿4预热。调节预热区T1内的锥形筒体3的高度，可以调节预热区T1内金属矿4的堆积高度，从而使金属矿4获得理想的预热效果而且可以防止热能的浪费。
本例以水煤气作为本金属矿的还原处理方法中采用的还原气，从还原气布气管7输入金属矿的还原处理炉，并与金属矿的还原处理炉反应区T2中的金属矿4发生氧化-还原反应，使合金属矿4获得还原。
获得还原后的金属矿4通过螺旋输送机16排出金属矿的还原处理炉外。排出金属矿的还原处理炉外的热的金属矿4直接淬入水中冷却，经过本实施例还原处理后的褐铁矿不易再与空气中的氧再氧化，由原来比磁化系数很小的褐色固体变成比磁化系数极大的黑色疏松的固体，有利于后续的粉碎和磁选。
此外，作为本实施例的变种，获得还原的金属矿4也可以先淬入水中冷却再排出炉外，或是通过后续工序在隔离氧气的条件下经过换热冷却后再置于自然环境中。

Claims (7)

1.一种金属矿的还原处理方法，其特征在于：
金属矿的还原反应是在一个上设金属矿进口、下设金属矿出口的金属矿的还原处理炉中进行；在所述金属矿的还原处理炉的所述金属矿进口和所述金属矿出口之间设有还原气出口，在所述金属矿的还原处理炉的所述金属矿进口和所述还原气体出口之间设有助燃气出口；
还原气体通过所述还原气出口输出，与堆积在所述金属矿的还原处理炉位于所述还原气出口至所述助燃气出口之间的还原区的金属矿发生反应；助燃气通过助燃气出口输入，并在所述金属矿的还原处理炉助燃，通过燃烧对堆积在所述金属矿的还原处理炉所述助燃气出口以上的预热区的金属矿进行预热。
2.根据权利要求1所述的金属矿的还原处理方法，其特征在于：所述金属矿是指铁矿、锰矿或铜矿中的任一种。
3.根据权利要求1或2所述的金属矿的还原处理方法，其特征在于：所述金属矿的粒径在30毫米以下；所述还原气出口至所述助燃气出口之间的反应区温度为120℃-780℃；经过所述反应区的金属矿从所述金属矿的还原处理炉的金属矿出口排出。
4.根据权利要求1或2所述的金属矿的还原处理方法，其特征在于：所述金属矿的粒径在30毫米以下；所述还原气出口至所述助燃气出口之间的反应区温度为120℃-780℃；经过所述反应区的金属矿在所述还原气出口至所述金属矿的还原处理炉的金属矿出口之间的冷却区冷却后从该金属矿出口排出，所述冷却区内设有气体冷却器和水冷却器；所述助燃气经过所述气体冷却器预热后再输送到所述助燃气出口；所述还原气为水煤气，所述水煤气发生器的水煤气通过所述还原气出口输入所述金属矿的还原处理炉的炉内，所述水冷却器是向所述水煤气发生器生产蒸汽用的换热器。
5.根据权利要求3所述的金属矿的还原处理方法，其特征在于：所述还原气出口分布在所述金属矿的还原处理炉的所述还原区与所述冷却区的接合部；所述助燃气出口分布在所述金属矿的还原处理炉的所述预热区与所述还原区的接合部。
6.根据权利要求4所述的金属矿的还原处理方法，其特征在于：所述还原气出口分布在所述金属矿的还原处理炉的所述还原区与所述冷却区的接合部；所述助燃气出口分布在所述金属矿的还原处理炉的所述预热区与所述还原区的接合部。
7.一种金属矿的还原处理炉，上部设有金属矿进口、下部设有金属矿出口，其特征在于：在所述金属矿进口和所述金属矿出口之间设有还原气出口，在所述金属矿进口和所述还原气体出口之间设有助燃气出口；所述还原气出口至所述金属矿出口之间的冷却区内设有气体冷却器和水冷却器；所述气体冷却器的出口连通到所述助燃气出口；所述水冷却器的出口连通水煤气发生器的生产蒸汽的通道。
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