一种还原-磨选法高效利用复杂含铁资源的工艺及装置

技术领域

本发明属于冶金与矿物加工技术领域，具体涉及一种还原-磨选法高效利用复杂含铁资源的工艺及装置。

背景技术

我国粗钢产量巨大，铁矿石进口量持续增长，从2016年开始突破10亿吨，2020年突破11亿吨，达到11.7亿吨的历史高点。我国铁矿石对外依存度超过75％。因此，如何高效利用国内低品位铁矿资源对保障我国资源安全和经济建设意义重大。

还原焙烧-磨矿磁选法是综合利用复杂铁矿、含铁炉渣及含铁二次资源的常用方法，其具有流程短、能耗低、成本低、污染小等优势。其原理是原料经过还原焙烧后铁氧化合物还原为金属铁晶粒，在经过磨矿磁选的方法将金属铁分离回收。其中磨矿及磁选工艺能否有效分离金属铁取决于金属铁晶粒的大小。该工艺中铁的分离效果取决于两方面关键因素：一是球团中铁的金属化率；二是球团中金属铁晶粒的尺寸。目前，提高球团铁元素的金属化率已经有许多研究和成熟的技术路线。但提高金属化球团中铁颗粒的尺寸，一直是还原-磨选工业应用的难点。若球团中的铁颗粒平均粒径小于20μm，则在后续磨矿磁选中难以单体解离，造成磁性精矿中铁品位和铁回收率低。随着优质铁矿资源的不断开采和消耗，高效利用低品位铁矿资源势在必行。对于采用还原磨选法利用低品位铁矿资源，现有专利CN101073790、CN101113488、CN101117660、CN102162018A等主要采用回转窑、隧道窑、转底炉进行还原处理，存在规模小、碳排放大、铁回收率低、污染严重等问题。

总的来说，现有针对改善还原磨选法分离效果的方法主要集中在两个方面：一是提高还原温度；二是在球团中加入添加剂。提高还原温度可导致还原膨胀、还原热结等指标恶化，因此提高温度并非提高金属铁颗粒粒度的理想手段。在球团中的添加剂以钠盐为主。在还原过程中，钠盐虽对提高金属铁颗粒粒度具有一定作用，但存在用量大、引入外来杂质、费用高、侵蚀炉衬以及破坏炉料强度等问题，工业应用前景不大。

因此，在不引入外来杂质的条件下，找到一条还原焙烧-磨矿磁选法清洁高效利用复杂含铁资源的途径势在必行。

发明内容

针对现有技术中处理复杂含铁资源中存在的规模小、碳排放大、铁回收率低、污染严重等问题，本发明的目的在于提供一种还原-磨选法高效利用复杂含铁资源的工艺及装置，具有不需要加入添加剂，产能大，铁回收率高，环境污染小的优点。

为了达到上述目的，本发明提供一种还原-磨选法高效利用复杂含铁资源的工艺，包括以下步骤：

S1.将复杂含铁资源球团加入竖炉炉体中，通入还原气体进行还原，得到复杂含铁金属化球团，利用电磁感应对复杂含铁金属化球团进行加热处理，得到处理后的金属化产品；

S2.步骤S1所得处理后的金属化产品冷却后从竖炉下方的链板输送机排出，经过破碎磨细处理后，经过磁选分离，得到磁性精矿和非磁性尾矿。

优选的，步骤S1中，所述复杂含铁资源球团的粒度范围为8～20mm；所述复杂含铁资源球团的原料为共生铁矿、含铁炉渣或者含铁二次资源中的一种或者多种组合。

优选的，步骤S1中，所述还原气体包括天然气、一氧化碳、氢气、高炉煤气、焦炉煤气等的一种或多种。

优选的，步骤S1中，还原温度为800～1050℃，还原时间为1～6h。

优选的，步骤S1中，所述复杂含铁金属化球团的金属化率大于90％。

优选的，步骤S2中，金属化产品经磁选分离后，铁回收率大于92％。

本发明还提供一种电磁感应处理竖炉装置，包括竖炉炉体、电磁感应线圈装置和链板输送机，所述竖炉炉体由炉衬、炉外壁构成；

所述电磁感应线圈装置由水冷式电缆、磁轭构成，所述水冷式电缆设置于所述竖炉炉体内，水冷式电缆设置于炉衬与炉外壁之间；所述磁轭设置于水冷式电缆与炉外壁之间；所述水冷式电缆与交流电源、冷却水系统连接；

所述链板输送机设置于竖炉炉体的下方，复杂含铁资源球团由竖炉的进料口加入，经过还原、电磁感应线圈装置处理后，从竖炉下方的链板输送机排出。

进一步，所述水冷式电缆螺旋式环绕在所述竖炉炉体内，固定在所述竖炉炉体的中部、中下部位置。

进一步，所述炉衬为粒状耐火材料或耐火砖制成的竖炉内壁；所述炉衬、炉外壁、电磁感应线圈装置的间隙填充耐火材料。

进一步，所述电磁感应线圈装置输入的电源频率为1000～5000赫兹，处理时间为10～120min。

本发明的原理如下：

气基竖炉工艺与回转窑、转底炉等相比，规模可达250万吨/年，生产规模大。利用电磁感应处理竖炉装置对复杂含铁资源球团依次进行还原、电磁感应处理，金属化球团采用电磁感应处理有利于后续铁的高效分选，其原理是利用金属铁颗粒与脉石颗粒导电性质的差异，电磁感应加热过程中金属铁颗粒发热温度升高体积膨胀，而脉石颗粒自身不会感应发热，由于两种物质温度差异引起结构变化，使复杂嵌布包裹的关系发生解离，从而实现后续磁选过程铁的高效分选。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提出一种还原-磨选法高效利用复杂含铁资源的工艺，不需要额外添加任何添加剂，环境污染小。气基竖炉工艺产能大、碳排放少，符合我国“双碳”战略，所得金属化产品易磨选分离，有助于提高还原磨选分离效率和金属回收率，与现有工艺相比具有很大的优越性。

本发明工艺采用的电磁感应处理竖炉装置，直接处理初始金属化产品，对窑体材料要求低，成本低廉，操作简单。本发明不需要额外添加任何添加剂，不会引入外来杂质，而且可以避免侵蚀炉衬。

本发明工艺采用的电磁感应处理竖炉装置，可以进行连续生产，具有生产效率高、生产成本低的优势。

附图说明

图1为本发明一种还原-磨选法高效利用复杂含铁资源的工艺流程图。

图2为电磁感应处理竖炉装置的结构示意图。

附图标记：1-竖炉炉体，101-炉衬，102-炉外壁，2-电磁感应线圈装置，201-水冷式电缆，202-磁轭，3-链板输送机，4-耐火材料。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于以下实施例。

在本发明实施例中，如无特别说明，采用的手段均为本领域常规的手段，采用的试剂均可通过常规的商业途径获取。

实施例1

以铁品位为50.72％的钒钛磁铁矿球团为原料，放入竖炉炉体1中，通入天然气还原，还原温度为1050℃，还原时间6小时，利用电磁感应线圈装置2进行电磁感应处理，处理时间120min，设置电磁感应电源频率1000Hz，产品冷却后经链板输送机3排出后，在保护性气氛中冷却，将得到的金属球团破碎至-1mm粒径颗粒占90％以上，在矿浆浓度50％的条件下磨矿30min，并在0.1T磁选强度下进行磁选分离。得到磁性精矿和非磁性尾矿。精矿铁品位达到91.23％，精矿中铁回收率达96.12％。

本实施例采用的电磁感应处理竖炉装置，包括竖炉炉体1、电磁感应线圈装置2和链板输送机3，竖炉炉体1由炉衬101、炉外壁102构成；

电磁感应线圈装置2由水冷式电缆201、磁轭202构成，水冷式电缆201螺旋式环绕在竖炉炉体1内，固定在竖炉炉体的中部、中下部位置；水冷式电缆201设置于炉衬101与炉外壁102之间；磁轭202设置于水冷式电缆201与炉外壁102之间；水冷式电缆201与交流电源、冷却水系统连接，炉衬101为耐火砖制成的竖炉内壁，在炉衬101、炉外壁102、电磁感应线圈装置2的间隙填充耐火材料4；

链板输送机3设置于竖炉炉体1的下方；低品位铁矿球团由竖炉的进料口加入，还原处理后得到低品位铁矿金属化球团，通过线圈装置进行电磁感应加热处理，处理后的金属化产品冷却后从竖炉下方的链板输送机排出，得到金属铁晶粒长大的球团产品，再依次进行破碎磨细、磁选分离，得到磁性精矿和非磁性尾矿。

实施例2

以铁品位为48.22％的铁矿球团为原料，放入竖炉炉体1中，通入高炉煤气和焦炉煤气混合气体还原。还原温度为950℃，还原时间2小时，利用线圈装置2进行电磁感应处理，处理时间30min，设置电磁感应电源频率2000Hz，产品冷却后经链板输送机3排出后，在保护性气氛中冷却，将得到的金属球团破碎至-1mm粒径颗粒占90％以上，在矿浆浓度50％的条件下磨矿30min，并在0.15T磁选强度下进行磁选分离。得到磁性精矿和非磁性尾矿。精矿铁品位达到88.62％，精矿中铁回收率达92.56％。

本实施例采用的电磁感应处理竖炉装置同实施例1。

实施例3

以铁品位为25.72％的红土镍矿球团为原料，放入竖炉炉体1中，通入天然气还原，还原温度为800℃，还原时间4小时，利用线圈装置2进行电磁感应处理，处理时间90min，设置电磁感应电源频率3000Hz，产品冷却后经链板输送机3排出后，在保护性气氛中冷却，将得到的金属球团破碎至-1mm粒径颗粒占90％以上，在矿浆浓度50％的条件下磨矿60min，并在0.3T磁选强度下进行磁选分离。得到磁性精矿和非磁性尾矿。精矿铁品位达到72.14％，精矿中铁回收率达93.45％。

本实施例采用的电磁感应处理竖炉装置同实施例1。

对比例

以铁品位为50.72％的钒钛磁铁矿球团为原料，在回转窑中加入煤粉还原。还原温度为1050℃，无感应处理，还原时间6小时，还原后得到金属化产品，将金属化产品破碎至-1mm粒径颗粒占90％以上，在矿浆浓度50％的条件下磨矿30min，并在0.1T磁选强度下进行磁选分离。得到磁性精矿和非磁性尾矿。精矿铁品位仅为79.46％，精矿中铁回收率仅为75.26％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。