一种基于含铁物料加热致裂强化还原焙烧的方法技术

一种基于含铁物料加热致裂强化还原焙烧的方法，按以下步骤进行：(1)将含铁物料破碎磨矿制成矿粉；(2)将矿粉输送到预氧化焙烧炉，在悬浮状态被加热进行预氧化焙烧，然后进入旋风分离器；(3)经旋风分离排放到蓄热还原焙烧炉，在悬浮状态与还原气进行还原焙烧；(4)还原物料输送至一级冷却旋风分离器，在氮气气氛条件下旋风分离并冷却至200～300℃；(5)冷却还原物料经流动密封阀进入二级冷却旋风分离器，在空气气氛下旋风分离并发生再氧化反应；(6)再氧化物料磨矿制成二次矿粉；进行弱磁选。本发明专利技术的方法增加了铁矿物的反应活性位点，提升反应速率，降低还原反应表观活化能，从而强化还原效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于含铁物料加热致裂强化还原焙烧的方法
本专利技术属于矿物加工
，具体涉及到一种基于含铁物料加热致裂强化还原焙烧的方法。
技术介绍
低品位复杂难选铁矿的资源利用率较低，因此，实现低品位复杂难选铁矿资源的大规模高效利用，将缓解铁矿资源供应不足的局面。专利CN104593588公开一种回转窑焙烧贫铁矿的方法，提出将含铁量为40％左右的铁矿作为原料，利用回转窑焙烧回收所含的铁；该方法在一定程度上，能够实现铁资源的利用，减少了煤的用量，但采用回转窑常规煅烧设备，系统内氧化气氛与还原气氛共存，加热和还原同时进行，工艺存在处理能力低，产品质量较差，且需装配喷煤装置，工艺流程复杂。专利CN107630139公开一种铁矿流态化悬浮预热预还原装置及方法，将回收了冶炼环节废气中的大量热量，节省了预热热量，降低能量损耗；该方法在一定程度上能降低能耗，但复杂铁矿石中铁物相复杂，铁矿物的还原速度不同，同时加热和还原物料，将影响焙烧产品的质量，降低生产效率；专利CN105316476也存在同样的问题。专利CN107930843公开一种难选铁矿悬浮焙烧干式预选尾矿返矿炉再焙烧方法；该方法能回收复杂矿石中的铁矿物，但产品需分两次焙烧，存在能耗高，工艺流程复杂，还原产品中铁矿物与脉石分离困难，精矿品位低等缺点。专利CN108396134A公开一种氧化预热、流态化还原的铁矿焙烧装置及方法，能够实现氧化预热物料，但预热温度低，难以高效实现铁矿石完全氧化及致裂；而后高温加热和还原物料，由于不同铁矿物的还原速度不同，同时加热和还原物料，将影响焙烧产品的质量和生产效率。
技术实现思路
针对现有复杂难选铁矿石处理技术存在的上述问题，本专利技术提供一种基于含铁物料加热致裂强化还原焙烧的方法。本专利技术的方法按以下步骤进行：1、将含铁物料破碎至粒径2～15mm，然后磨矿至粒径-0.074mm的部分占总质量的30～55％，制成矿粉；所述的含铁物料为复杂铁矿石矿，铁品位TFe25～40％，按质量百分比含SiO225～55％；2、采用底部设有燃烧器和空气入口的预氧化焙烧炉，预氧化焙烧炉下部设有进料口，上部通过物料通道与旋风分离器连通，旋风分离器的排气口通过管道与引风机连通；向燃烧器内通入天然气燃烧产生燃烧烟气通入预氧化焙烧炉中，同时在启动引风机的条件下，向预氧化焙烧炉内通入空气，并将矿粉从预氧化焙烧炉的下部输送到预氧化焙烧炉内；矿粉在负压和气流作用下，在预氧化悬浮焙烧炉内处于悬浮状态，并被加热至750～850℃进行预氧化焙烧，矿粉中的吸附水、结晶水以及其他挥发组分被脱除，不同铁矿的矿相转化为α-Fe2O3，并且由于脉石与铁矿热膨胀系数不同，在加热过程中矿粉颗粒产生微裂纹和孔洞；预氧化焙烧完成后获得的预氧化产品为预氧化焙烧料，在气流作用下进入旋风分离器；3、旋风分离器的出料口与蓄热还原焙烧炉的进料口连通，蓄热还原焙烧炉的底部设有氮气入口和还原气入口，侧部设有出料口；在向蓄热还原焙烧炉通入氮气和还原气的条件下，预氧化焙烧料在旋风分离器内经过旋风分离后，排放到蓄热还原焙烧炉内，在负压和气流作用下处于悬浮状态，并在温度500～600℃与还原气进行还原焙烧，α-Fe2O3被还原生成Fe3O4；还原焙烧完成后获得的还原产品为还原物料，从蓄热还原焙烧炉的侧部出料口排出；4、将蓄热还原焙烧炉排出的还原物料输送至一级冷却旋风分离器；此时从一级冷却旋风分离器的进料口通入氮气，氮气从一级冷却旋风分离器的出气口排出；还原物料在氮气气氛条件下旋风分离，并被冷却至200～300℃，获得冷却还原物料，从一级冷却旋风分离器的出料口排出；5、从一级冷却旋风分离器排出的冷却还原物料进入流动密封阀，从流动密封阀排出后进入二级冷却旋风分离器；此时从二级冷却旋风分离器的进料口通入空气，空气从二级冷却旋风分离器的出气口排出；冷却还原物料在空气气氛下旋风分离，并与空气中的氧气发生再氧化反应，Fe3O4被氧化生成强磁性矿物γ-Fe2O3，获得的焙烧产品温度降至≤100℃，形成再氧化物料从二级冷却旋风分离器的出料口排出；6、将再氧化物料磨矿至粒径-0.074mm的部分占总质量的75～95％，制成二次矿粉；将二次矿粉进行弱磁选，磁场强度1000～2000Oe，获得的磁性产品为铁精矿。上述的复杂铁矿石的主要物相为针铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿或黄铁矿。上述的复杂铁矿石的粒径5～200mm。上述的步骤1中，破碎选用颚式破碎机或圆盘破碎机。上述的步骤1和6中，磨细选用高压辊磨机或磨矿机。上述的步骤2中，预氧化焙烧的主要反应式为：Fe2O3·nH2O→Fe2O3+H2O、FeCO3+O2→Fe2O3+CO2和Fe3O4+O2→Fe2O3+CO2。上述的步骤2中，预氧化焙烧炉内固体物料的停留时间为2～10min。上述的步骤3中，还原气为CO、H2或煤制气；还原气的用量按还原焙烧完全反应所需CO/H2理论量的1:1～1.3倍，完全反应所依据的反应式为：Fe2O3+H2/CO→Fe3O4+H2O/CO2。上述的步骤3中，蓄热还原焙烧炉内的氮气和还原气的体积流量比为(1～7):1。上述的步骤3中，蓄热还原焙烧炉内固体物料的停留时间为10～60min。上述的步骤5中，再氧化反应的主要反应式为：Fe3O4+O2→γ-Fe2O3。上述的铁精矿的铁品位TFe≥60％。上述方法中，Fe的回收率≥85％。上述的步骤6中，弱磁选采用湿式弱磁选机或干式磁选机。上述的步骤4中，还原物料在一级冷却旋风分离器内的停留时间为2～5min。上述的步骤5中，冷却还原物料在二级冷却旋风分离器内的停留时间为1～3min。上述的步骤4中，一级冷却旋风分离器内设有管式换热器，还原物料的显热被管式换热器回收。上述的步骤5中，二级冷却旋风分离器内设有管式换热器，冷却还原物料的显热以及再氧化反应放出的潜热被管式换热器回收。本专利技术的原理是：矿粉在预氧化焙烧炉内快速接触高温烟气，一方面脱出物料中的吸附水、结晶水及其他挥发份组成，另一方面，矿石中的针铁矿、褐铁矿、菱铁矿和磁铁矿等多类型铁矿物受热氧化，发生脱水、热解和氧化反应等，转变为成分均一的Fe2O3；同时，不同矿物的热膨胀系数也不同，物料在高温加热过程中，受氧化反应和热膨胀的影响，颗粒产生大量的微裂纹和孔洞孔隙率也极大地升高，破坏了晶体结构，使含铁物料形成结构酥松的结构，降低了颗粒强度；进入蓄热还原焙烧炉后，在还原过程中，孔隙率的升高将增加铁矿物的反应活性位点，降低还原反应的表观活化能，提升反应速率，从而强化还原效果；还原后的物料在氮气气氛降温，铁物相不发生变化；随后进入空气中冷却，接触空气使Fe3O4与氧气反应，生成矫顽力较低的强磁性矿物γ-Fe2O3，以降低磁团聚现象；在此阶段可以采用非接触换热器对显热和潜热进行回收，用于发电；预热后的气体可用于物料预热，降低系统加热的能耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于含铁物料加热致裂强化还原焙烧的方法，其特征在于按以下步骤进行：/n(1)将含铁物料破碎至粒径2～15mm，然后磨矿至粒径-0.074mm的部分占总质量的30～55％，制成矿粉；所述的含铁物料为复杂铁矿石矿，铁品位TFe 25～40％，按质量百分比含SiO

【技术特征摘要】
1.一种基于含铁物料加热致裂强化还原焙烧的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)将含铁物料破碎至粒径2～15mm，然后磨矿至粒径-0.074mm的部分占总质量的30～55％，制成矿粉；所述的含铁物料为复杂铁矿石矿，铁品位TFe25～40％，按质量百分比含SiO225～55％；
(2)采用底部设有燃烧器和空气入口的预氧化焙烧炉，预氧化焙烧炉下部设有进料口，上部通过物料通道与旋风分离器连通，旋风分离器的排气口通过管道与引风机连通；向燃烧器内通入天然气燃烧产生燃烧烟气通入预氧化焙烧炉中，同时在启动引风机的条件下，向预氧化焙烧炉内通入空气，并将矿粉从预氧化焙烧炉的下部输送到预氧化焙烧炉内；矿粉在负压和气流作用下，在预氧化悬浮焙烧炉内处于悬浮状态，并被加热至750～850℃进行预氧化焙烧，矿粉中的吸附水、结晶水以及其他挥发组分被脱除，不同铁矿的矿相转化为α-Fe2O3，并且由于脉石与铁矿热膨胀系数不同，在加热过程中矿粉颗粒产生微裂纹和孔洞；预氧化焙烧完成后获得的预氧化产品为预氧化焙烧料，在气流作用下进入旋风分离器；
(3)旋风分离器的出料口与蓄热还原焙烧炉的进料口连通，蓄热还原焙烧炉的底部设有氮气入口和还原气入口，侧部设有出料口；在向蓄热还原焙烧炉通入氮气和还原气的条件下，预氧化焙烧料在旋风分离器内经过旋风分离后，排放到蓄热还原焙烧炉内，在负压和气流作用下处于悬浮状态，并在温度500～600℃与还原气进行还原焙烧，α-Fe2O3被还原生成Fe3O4；还原焙烧完成后获得的还原产品为还原物料，从蓄热还原焙烧炉的侧部出料口排出；
(4)将蓄热还原焙烧炉排出的还原物料输送至一级冷却旋风分离器；此时从一级冷却旋风分离器的进料口通入氮气，氮气从一级冷却旋风分离器的出气口排出；还原物料在氮气气氛条件下旋风分离，并被冷却至200～300℃，获得冷却还原物料，从一级冷却旋风分离器的出料口排出；
(5)从一级冷却旋风分离器排出的冷却还原物料进入流动密封阀，从流动密封阀排出后进入二级冷却旋风分离器；此时从二级冷却旋风分离器的进料口通入空气，空气从二级冷却旋风分离器的出...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩跃新，高鹏，张琦，袁帅，李艳军，孙永升，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21