CN110172569A - 以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法 - Google Patents

以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法 Download PDF

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Abstract

本发明的以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，步骤为：以复杂难选铁矿石为原料，破碎磨矿后，过滤脱水至含水量≤12％，获得悬浮焙烧原矿；取农作物秸秆，粉碎后获得悬浮焙烧还原剂；向悬浮焙烧原矿中加入悬浮焙烧还原剂，按配比混匀，进行磁化焙烧，焙烧气氛为中性，并在焙烧过程中，持续通入中性气体，以使混合料达到悬浮状态，控制相应温度与时间，进行焙烧后，取出焙烧管，冷却至室温，获得焙烧物料；将焙烧物料取出磨矿后，磁选获得精矿与尾矿。该方法以农作物秸秆为还原剂，经过特有原料配比限定，节能环保同时，能够获得较高铁品位与铁回收率指标。

Description

以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法
技术领域：
本发明属于矿物加工技术领域，具体涉及一种以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法。
背景技术：
我国铁矿资源储量丰富，然而我国铁矿资源整体呈品位低、结晶粒度细、矿物组成复杂的特点，导致其开发利用难度大。为满足钢铁工业对铁矿石的重大需求，科技工作者围绕难选铁矿的高效利用开展了长期的研究。人们逐渐认识到，只有彻底改变矿石中铁矿物的赋存状态，提高铁矿物与脉石矿物的物理化学性质差异，才能实现其高效分选。基于上述认识，研发了闪速磁化焙烧、悬浮磁化焙烧等选冶联合新技术。
磁化焙烧技术是实现难选铁矿高效开发利用有效的典型手段之一。国内外科技工作者在焙烧工艺优化、焙烧装备研发及焙烧机理研究方面，均取得了显著的研究成果，促进了磁化焙烧技术的发展。难选铁矿磁化焙烧过程中需要添加还原剂。目前常用的还原剂主要来源于高炉煤气和天然气等不可再生化石能源，导致磁化焙烧排放大量温室气体CO2造成温室效应。难以满足钢铁行业清洁绿色发展的要求。
近年来，随着能源和环境问题日益突出，人们逐渐意识到清洁能源的重要性。农作物秸秆作为一种低污染、分布广泛、资源丰富的碳中性可再生清洁能源引起人们高度关注。农作物秸秆作为一种清洁可再生的农作物秸秆资源，其资源化利用得到了极大重视，但仍有超过50％的秸秆被直接焚烧处理，造成严重的环境污染和极大的资源浪费。开发农作物秸秆资源高效利用新技术，实现其资源化高效利用，已成为当前亟待解决的问题。
秸秆主要组成元素为C、H、O、N，由纤维素、木质素等有机物和少量灰分组成，具有挥发分含量高、碳活性高、灰分及硫含量低的特点，易热解气化为一氧化碳、氢气、甲烷等还原性气体。这些还原性气体正是难选铁矿磁化焙烧过程中需要的还原剂。如果将秸秆这一农作物秸秆资源用于铁矿石磁化焙烧，不仅能够有效减少磁化焙烧过程中的碳排放，而且可以解决秸秆直接焚烧造成的环境污染，实现难选铁矿资源和农作物秸秆资源的协同清洁高效利用。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，该方法对难选铁矿石与农作物秸秆***组分进行设计，控制难选铁矿石与农作物秸秆还原剂的比例，调控反应条件，使秸秆热解生成还原性气体，将赤铁矿等弱磁性矿物还原为强磁性的磁铁矿，实现铁矿石磁化焙烧和秸秆热解气化的高效协同转化，从而形成铁矿石清洁磁化焙烧生产铁精矿。
进一步的，所述反应条件包括反应时间、反应温度、气体流量。
进一步的，所述还原性气体包括氢气和一氧化碳。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种以农作物秸秆为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，包括以下步骤：
步骤1，铁矿石处理：
(1)以复杂难选铁矿石为原料，将难选铁矿石进行破碎，磨矿，使铁矿石中粒度小于0.074mm粒级的矿粉含量达到80％，获得磨矿产品；
(2)将磨矿产品进行过滤脱水至含水量≤12％。获得悬浮焙烧原矿；
步骤2，还原剂制备：
取农作物秸秆，粉碎至农作物秸秆中颗粒小于0.9mm粒级的农作物秸秆粉末含量达到95％-100％，获得粉碎产品，作为悬浮焙烧还原剂；
步骤3，悬浮焙烧：
(1)向悬浮焙烧原矿中加入悬浮焙烧还原剂，混合均匀，形成混合料，其中，所述的悬浮焙烧还原剂添加质量为悬浮焙烧原矿质量的15～30％；
(2)将混合料室温下加入焙烧炉，进行磁化焙烧，焙烧气氛为中性，并在焙烧过程中，持续通入中性气体，以使混合料达到悬浮状态，进行焙烧，焙烧温度为600-850℃，焙烧物料在焙烧炉内停留时间为5-10min，完成焙烧，取出焙烧管，冷却至室温，获得焙烧物料；
步骤4，磁选分离：
将焙烧物料取出磨矿，磨矿产品粒度为小于0.038mm颗粒占80％以上后，进行磁选，获得精矿与尾矿，其中，精矿铁品位达到66％以上，铁回收率达到90％以上。
所述的步骤1(1)中，复杂难选铁矿石包括组分及质量百分含量含：TFe28％～35％，SiO240％～50％，Al2O3＜1％，CaO＜5％，MgO＜5％等。
所述的步骤1(1)中，磨矿产品粒度整体小于0.1mm。
所述的步骤2中，粉碎产品粒径整体小于1mm。
所述的步骤2中，农作物秸秆包括组分及质量百分含量为纤维素40％～50％，半纤维素10％～15％，木质素27％～32％，粗蛋白8.8～9.8％，无机盐6％～10％。
所述的步骤2中，农作物秸秆主要包括C，H，O，S，N元素。
所述的步骤3(1)中，悬浮焙烧原与悬浮焙烧还原剂的混合方式为：密闭容器内，震荡3～5min，完成混合。
所述的步骤3(2)中，中性气体为惰性气体或氮气，所述的中性气体通入流速视混合料处理量而定，以使混合料达到悬浮状态进行焙烧为准。
所述的步骤3(2)中，焙烧管冷却过程为：持续向焙烧管内通入中性气体，以保持焙烧管内中性气氛，焙烧管水冷至100～200℃后，空冷至室温。
所述的步骤3(2)中，磁化焙烧在竖式悬浮焙烧炉中进行。
所述的步骤3(2)中，焙烧气氛为纯氮气气氛，或惰性气体气氛。
所述的步骤4中，磨矿产品粒度整体小于0.05mm。
所述的步骤4中，磁选方式为：采用磁选管对焙烧产品进行磁选，磁场强度为180～200A/m。
本发明的有益效果：
(1)本申请的铁精矿生产方法与传统的选矿工艺相比，采用磁化焙烧选冶联合技术，大大提高了铁的回收率，针对难选赤铁矿，获得焙烧产品强磁性矿物转化率＞95％、铁精矿品位＞65％、铁回收率＞90％的优异指标。
(2)本申请以秸秆这一碳中性可再生资源，替代铁矿石悬浮磁化焙烧过程中的化石型还原剂，即消除因化石型还原剂使用造成的碳排放，又同时解决秸秆直接焚烧造成的环境污染，实现难选铁矿资源和农作物秸秆资源的协同清洁高效利用。
附图说明：
图1为根据本发明示例性实施例的农作物秸秆为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿工艺流程示意图。
具体实施方式：
下面的文段将结合工艺流程图及实施例对本发明即以农作物秸秆为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法进行详细的描述。
实施例中采用的悬浮焙烧炉型号为OTF-1200；
磁选管型号为XCSG-Φ50；
焙烧物料添加量为10g/次，流化气体氮气喷吹流量为100～300mL/min，以使焙烧物料达到悬浮状态；
采用的玉米秸秆来自市购，玉米秸秆包括组分及质量百分含量为纤维素40％～50％，半纤维素10％～15％，木质素27％～32％，粗蛋白8.8～9.8％，无机盐6％～10％。
以农作物秸秆为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，其工艺流程图如图1所示，包括以下步骤：
(1)原矿的制备：以典型难选铁矿石为原矿，复杂难选铁矿石包括组分及质量百分含量含：TFe28％～35％，SiO240％～50％，Al2O3＜1％，CaO＜5％，MgO＜5％等；进行破碎，磨矿，使破碎后的矿石中粒度小于0.074mm占80％以上，得到磨矿产品，将磨矿产品进行脱水，先静置沉淀，除去大部分自由水，再将其进行烘干，烘干温度＜100℃，脱水至含水量≤10％作为实验用矿样。
(2)农作物秸秆的制备：以秸秆作为实验用农作物秸秆，利用烘箱在60℃条件下对秸秆进行烘干，持续1小时，对于烘干后样品，利用粉碎机粉碎至0.9mm以下物料占95％以上，得到农作物秸秆样品，作为实验用还原剂。
(3)配料：对制备完毕后的矿样与还原剂进行配料，配料中农作物秸秆质量占焙烧用矿粉的20-30％，将配好的样品放入试样袋，进行混匀，是矿粉与农作物秸秆粉末充分接触。
(4)粉料悬浮磁化焙烧：本发明采用如实验室用OTF-1200悬浮焙烧炉进行磁化焙烧，焙烧气氛为中性，流化气体为氮气；氮气用量100-300mL/min；焙烧物料在室温下被加入到焙烧管中，静置通气5min排尽装置内空气，排出空气后将焙烧管安装进焙烧炉中；焙烧炉温度控制在600-850℃，焙烧物料在焙烧炉内停留时间为5-10min；焙烧物料经过焙烧炉加热反应后，连同焙烧管被取出，保持氮气氛围下，水冷至100℃后，空冷至室温。实验所产生气体随导气管排入大气。
在中性气氛下，温度在140℃以下时，秸秆中水分及可挥发性油开始以气化形式会发，焙烧温度达到140℃以上时，组成农作物秸秆细胞壁的大分子高聚物开始降解，随着温度的提高，一氧化碳和和二氧化碳的生成量越来越高；焙烧温度到达210-220℃时，纤维素发生降解反应，而当温度达到270℃时，纤维素分解成为主要反应，反应产生大量一氧化碳，由于无氧气氛，也会有部分氢气生成，上述气体具有还原性；随着温度进一步升高，体系中主要反应变为赤铁矿的还原反应；待反应结束后，焙烧产物主要为磁铁矿。上述反应分别按式(1)、(2)、(3)发生。
(C6H10O5)n(s)-→CO(g)+H2(g)+C 式(1)
3Fe2O3(s)+CO(g)＝2Fe3O4(s)+CO2(g) 式(2)
3Fe2O3(s)+H2(g)＝2Fe3O4(s)+H2O(g) 式(3)
(5)磁选分离：待反应后物料冷却至室温后，将焙烧物料取出磨矿，磨矿产品粒度为-0.038mm占80％以上，采用磁选管对焙烧产品进行磁选，磁场强度为196A/m。最终铁精矿品位为65％～67％，回收率为90％～96％。
下面将结合具体实施例对根据本发明的以农作物秸秆为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法进行详细描述。
实施例1
(1)物料准备：
本实施例为纯矿物试验，使用的矿样为鞍钢集团眼前山铁矿石，属复杂难选铁矿石，该铁矿石包括组分及质量百分含量为对矿石碎磨至-0.074mm含量占80％后，开展两段磁选、包括一段弱磁，磁选出大部分磁铁矿石，二段强磁，磁选出脉石矿物。经两段磁选后，获得磁选后铁矿石，其化学组成分析结果见表1。由分析结果可知，该磁选后铁矿石中TFe品位为67.51％，包括组分及质量占比含FeO含量为0.53％，主要杂质SiO2含量为1.16％，其余杂质含量均小于1％，该矿石主要含铁矿物为赤铁矿；
将磁选后铁矿石80℃下烘干脱水至含水量为9％，制得焙烧矿样。
表1
TFe FeO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO P S 烧失
67.51 0.53 1.16 0.47 ＜0.05 0.11 0.035 0.013 1.94
(2)取玉米农作物秸秆，在60℃下干燥后，粉碎机粉碎至小于0.9mm物料占100％，制得焙烧还原剂。
制得焙烧还原剂中主要为碳、氢、氧三种元素，分解易产生CO、氢气等还原性气体，用于赤铁矿的磁化焙烧过程。焙烧还原剂硫的含量为0.12％，含硫量很低，对环境污染很小。
(2)配料：
将制得焙烧矿样与焙烧还原剂以4∶1比例混合，装入袋中密封，充分混匀，矿粒与农作物秸秆充分接触，制得焙烧物料。
(3)粉料悬浮磁化焙烧：
采用悬浮焙烧炉进行磁化焙烧，焙烧气氛为中性，流化气体为氮气；焙烧物料在室温下被加入到焙烧管中，静置通气5min排尽装置内空气，排出空气后将焙烧管安装进焙烧炉中；并持续向焙烧管内通入氮气，使焙烧物料达到悬浮状态，焙烧炉温度控制在750℃，焙烧物料在焙烧炉内停留时间为7.5min；焙烧物料经过焙烧炉加热反应后，连同焙烧管被取出，在氮气氛围下迅速冷却至100℃以下，之后逐渐冷却至室温。实验所产生气体随导气管排入大气。
(4)磁选分离：
待反应后物料冷却至室温后，将焙烧物料取出磨矿，磨矿产品粒度为-0.038mm占80％以上，采用XCSG-Φ50型磁选管对焙烧产品进行磁选，磁场强度为196A/m。获得铁精矿品位69.43％，铁回收率95.82％。
本实施例中，采用玉米秸秆为还原剂对磁选后铁矿石纯矿物进行磁化焙烧，在原矿TFe品位为67.51％，玉米秸秆用量占纯矿物25％的条件下，采用适宜的悬浮磁化焙烧-磁选工艺，可以获得铁品位69.43％，及总回收率95.82％的优质铁精矿。
实施例2
本实施例为实际矿石试验，使用的矿样为鞍山钢铁集团齐大山铁矿石，该矿石包括组分及质量百分含量见表2。由分析结果可知，齐大山铁矿石TFe品位为31.01％，FeO含量为1.11％，该实际矿石主要脉石矿物SiO2，含量为49.43，其余脉石矿物有Al2O3、CaO、MgO，含量较少。
表2
TFe FeO SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO P S 烧失
30.61 1.11 49.43 0.37 1.59 3.05 0.025 0.042 1.64
(1)物料准备：
将齐大山铁矿石，碎磨至-0.074mm含量占80％，80℃下烘干脱水，使其含水量达到8％，制得焙烧矿样。
将玉米农作物秸秆在50℃下干燥，干燥后产品用粉碎机粉碎至小于0.9mm物料占100％，制得焙烧还原剂。
(2)配料：
将制得焙烧矿样与焙烧还原剂以5∶1比例混合，装入袋中密封，充分震荡混匀，矿粒与农作物秸秆充分接触，制得焙烧物料。
(3)粉料悬浮磁化焙烧：
采用实验室用OTF-1200悬浮焙烧炉进行磁化焙烧，焙烧气氛为氮气气氛，流化气体为氮气；氮气用量200mL/min；焙烧物料在室温下被加入到焙烧管中，静置通气5min排尽装置内空气，排出空气后将焙烧管安装进焙烧炉中；焙烧炉温度控制在800℃，焙烧物料在焙烧炉内停留时间为5min；焙烧物料经过焙烧炉加热反应后，连同焙烧管被取出，在氮气氛围下迅速冷却至100℃以下，之后空冷至室温，获得焙烧物料。
(4)磁选分离：
将焙烧物料取出磨矿，磨矿产品粒度为-0.038mm占80％以上，整体粒度小于0.05mm，采用XCSG-Φ50型磁选管对焙烧产品进行磁选，磁场强度为196A/m。最终获得铁精矿品位66.31％，铁回收率94.26％。
本实施例中，采用农作物秸秆为还原剂对鞍钢齐大山铁矿磁化焙烧，在原矿品位为31.01％，秸秆型还原剂含量为20％的条件下，采用适宜的悬浮磁化焙烧-磁选工艺，可获得铁品位66.31％，及总回收率94.26％的铁精矿。

Claims (9)

1.一种以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，铁矿石处理：
(1)以复杂难选铁矿石为原料，将难选铁矿石进行破碎，磨矿，使铁矿石中粒度小于0.074mm粒级的矿粉含量达到80％，获得磨矿产品；
(2)将磨矿产品进行过滤脱水至含水量≤12％，获得悬浮焙烧原矿；
步骤2，还原剂制备：
取农作物秸秆，粉碎至农作物秸秆中颗粒小于0.9mm粒级的农作物秸秆粉末含量达到95％-100％，获得粉碎产品，作为悬浮焙烧还原剂；
步骤3，悬浮焙烧：
(1)向悬浮焙烧原矿中加入悬浮焙烧还原剂，混合均匀，形成混合料，其中，所述的悬浮焙烧还原剂添加质量为悬浮焙烧原矿质量的15～30％；
(2)将混合料室温下加入焙烧炉，进行磁化焙烧，焙烧气氛为中性，并在焙烧过程中，持续通入中性气体，以使混合料达到悬浮状态，进行焙烧，焙烧温度为600-850℃，焙烧物料在焙烧炉内停留时间为5-10min，完成焙烧，取出焙烧管，冷却至室温，获得焙烧物料；
步骤4，磁选分离：
将焙烧物料取出磨矿，磨矿产品粒度为小于0.038mm颗粒占80％以上后，进行磁选，获得精矿与尾矿。
2.根据权利要求1所述的以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，其特征在于，所述的步骤1(1)中，复杂难选铁矿石包括组分及质量百分含量含：TFe28％～35％，SiO240％～50％，Al2O3＜1％，CaO＜5％，MgO＜5％。
3.根据权利要求1所述的以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，其特征在于，所述的步骤1(1)中，磨矿产品粒度整体小于0.1mm。
4.根据权利要求1所述的以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，其特征在于，所述的步骤4中，所述的步骤2中，粉碎产品粒径整体小于1mm。
5.根据权利要求1所述的以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，其特征在于，所述的步骤2中，农作物秸秆包括组分及质量百分含量为纤维素40％～50％，半纤维素10％～15％，木质素27％～32％，粗蛋白8.8～9.8％，无机盐6％～10％。
6.根据权利要求1所述的以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，其特征在于，所述的步骤3(2)中，焙烧管冷却过程为：持续向焙烧管内通入中性气体，以保持焙烧管内中性气氛，焙烧管水冷至100～200℃后，空冷至室温。
7.根据权利要求1所述的以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，其特征在于，所述的步骤4中，磨矿产品粒度整体小于0.05mm。
8.根据权利要求1所述的以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，其特征在于，所述的步骤4中，磁选方式为：采用磁选管对焙烧产品进行磁选，磁场强度为180～200A/m。
9.根据权利要求1所述的以农作物秸秆作为还原剂悬浮磁化焙烧生产铁精矿的方法，其特征在于，所述的步骤4中，获得的精矿铁品位达到66％以上，铁回收率达到90％以上。
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