CN112280974B - 一种利用低品位难选含铁矿物生产还原铁和硅酸盐水泥熟料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用低品位难选含铁矿物生产还原铁和硅酸盐水泥熟料的方法，在难选含铁矿物中配入褐煤粉、NHC、碳酸钙和粘合剂，制球，烘干脱水后，进行深度还原，熟球冷却后进行球磨，产生的矿浆送入磁选系统，经过磁选机选别，可以得到全铁含量大于92%、金属化率大于93%的还原铁粉，该铁粉压块成型用于电炉炼钢，有害物质经过高温化学反应形成硅酸盐进入尾渣，尾渣用于硅酸盐水泥辅料，还原尾气用于烘干系统的热能，最终尾气经过分段冷却、收尘、尾气净化、压缩分离处理后，还原性气体返回再利用，净化达标后的气体通入石灰水中形成碳酸钙，硫化钙等钙盐，捞出配入除铁尾渣中用做硅酸盐水泥熟料，该方法节能环保，易操作，成本低，处理效率高。

Description

一种利用低品位难选含铁矿物生产还原铁和硅酸盐水泥熟料 的方法

技术领域

本发明属于低品位含铁物矿的综合利用领域，具体涉及一种利用低品位难选含铁矿物生产还原铁和硅酸盐水泥熟料的方法。

背景技术

含铁矿物指冶炼过程中产出的含铁高于15%、含硫1.0~3.0%，含重金属（如砷锑）小于0.1%的物料。铁渣广泛来源于有色金属冶炼过程。例如，黄金的湿法冶金过程，铜的火法冶金过程，硫酸厂火法制取硫酸的过程，火法提取硫磺的过程，都大量产出含铁渣。硫磺渣全铁含量占矿渣含量的18%--27%，硫酸渣全铁含量最高，全铁含量可以占到矿渣含量的50%-62%，这是因为制取硫酸的原料都是经过浮选后所得的纯度较高的硫铁矿物，硫元素经过火法提取后，铁得到富集留在尾渣中。铜渣火法冶金过程产生的铁渣全铁含量一般占矿渣的40%左右，我国贫矿资源丰富，但大部分铁矿石无法得到富集，属于难选矿，如褐铁矿，赤铁矿，全铁含量一般不会超过50%，无法直接作为炼铁原料，普通选矿方法又难于富集，长期以来钢铁行业无法利用。

我国的黄金冶炼厂，硫酸厂，硫磺厂和炼铜厂等每年要生产出30亿，业内预测未来2到3年，工业固废尾渣或将超过40亿吨以上，以往产出堆积的含铁炼渣超过10亿吨，如果长期堆放室外，不加以回收利用，既造成资源浪费，也造成环境污染。因此，铁渣综合利用具有重要的经济效益和环境效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用低品位难选含铁矿物生产还原铁和硅酸盐水泥熟料的方法，该方法针对有色金属冶炼过程中产出含铁渣及我国铁矿山无法富集的难选矿（褐铁矿，赤铁矿），提出对含铁物进行处理，实现渣铁分离，有害物质进入尾渣，含铁矿物得到富集，成为优质钢原料——还原铁(海绵铁)，该铁全铁含量达到92%以上，其它有害物质，如锑、铋等也降低到0.0003%以下，完全符合优质钢生产原料要求。实现从有色金属冶炼渣和低品位矿石中生产优质钢原料，同时渣铁分离产生的尾渣直接用于硅酸盐水泥配料，实现了工业固废尾渣无害处理，并产生了较大的经济效益。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用低品位难选含铁矿物生产还原铁和硅酸盐水泥熟料的方法，包括以下步骤：

1）将难选含铁矿物磨碎，然后加入占其重量14-16%的褐煤，1.4-1.6%的铁离子聚集剂的（NHC）、1.4-1.6%的碳酸钙（脱硫）、1.4-1.6 %的粘合剂C6H1005(同时起还原作用)，然后物料通过混料机混匀，进入造球机，制成球径为2-3cm的混合球；

2）所述混合球用条纹皮带送入烘干机，利用尾气余热烘干预热，得到热球；

3）所述热球通过篦链机送入改良还原竖炉中，设定温度为1000-1100℃，时间为1.5-2小时，还原产生金属化球团；

4）金属化球团通过振动出料设备进入冷水循环池急速冷却，得到冷球；

5）冷球用拉渣机从冷水循环池中拉出，通过给料机送入球磨机中，加水球磨，球磨后调整矿浆浓度为30-33%，浆浓度=物料质量/（物料质量+水)*100%.）；

6）矿浆经过第一次磁选，磁性物进入脱磁设备，消除磁团聚，含铁物再次经过第二次磁选，选出全铁含量大于92%、金属化率大于93%的还原铁粉；

7) 铁粉进入盘式过滤机进行脱水，脱水后利用给料机送入压块机，进行成型压块，成为还原铁块；

压块原因：由于铁粉含铁92%以上，金属化率高，如果不进行压块处理，极容易二次氧化，降低铁品位，影响产品质量，不易保存运输；

8)所有尾渣通过铁回收设备后进入浓密池，通过浓密设备然后进入真空皮带过滤机中，进行脱水，脱水后物料送往水泥厂作为水泥熟料；

9)铁粉脱水和尾渣脱水产生的废水，通过管道流入蓄水池中澄清循环利用，例如，可做为球磨机调浆用水，也叫介质水；

10）本发明过程中，产生还原尾气，具体如下：

还原尾气3CO（气）+ Fe₂O₃==2Fe + 3CO₂(气),

4 FeS₂+11O₂（气）==8SO₂（极微气体）+2Fe₂O₃

产生的还原尾气（二氧化碳，过剩一氧化碳，极微二氧化硫，粉尘）温度高达800℃，通过排气口送入保温管道，通往烘干机作为热源；

11）最终尾气温度约为300℃，经过三级除尘（布袋收尘，旋风收尘，喷雾除尘）设备进行除尘、净化；

12）除尘、净化后的尾气进行压缩分离，将有还原性的一氧化碳气体，返回还原设备中进行再次利用，二氧化碳及含硫气体（净化后的气体几乎为二氧化碳）通入石灰水池中，与石灰水反应（CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃+H₂O，SO₂+Ca(OH)₂=CaSO₃↓+H₂O）形成碳酸钙、亚硫酸钙等，捞出烘干配入尾渣中，作为水泥熟料；

13）冷水循环池产生的水蒸气通往冷水中，通过冷凝形成清水，然后作为精矿洗矿用水。

进一步的，步骤1）中，磨碎后的难选含铁矿物的粒度为0.07-0.08mm，并且磨碎后的难选含铁矿物中，该粒度的难选含铁矿物占60%以上。

步骤1）中，所述难选含铁矿物为含铁15%以上的褐铁矿、赤铁矿、火法冶铜渣、硫磺提炼渣、硫酸渣或黄金氰化渣中的一种或几种。

步骤6）中，第一次磁选的磁场强度为0.24-0.25T第二次磁选的磁场强度为0.13-0.14T。

本发明采用以上技术方案，为了实现产品效益最大化，本发明将含铁矿物细磨后配入褐煤、NHC（铁离子聚集剂）、碳酸钙（脱硫剂）、合剂C6H1005(同时起还原作用)，混匀利用圆盘造球机制球，通过烘干脱水预热后，送入改良还原竖炉中进行深度还原，熟球通过振动出料设备送入循环水池急速冷却，防止二次氧化，冷球利用拉渣机拉入球磨机进行细磨（水做介质），球磨后产生的矿浆通过螺旋分级机进行分级处理，不合格物料返回球磨机再次球磨，粒度合格物料送入磁选系统，进行选别，经过磁场强度0.24-0.25T和磁场强度0.13-0.14T的条件下可以得到全铁含量大于92%，金属化率大于93%的还原铁粉，该铁粉经过压块成型，用于电炉炼钢，该铁粉重金属含量微量，也可以用于炼钢稀释剂，有害物质经过高温化学反应形成硅酸盐进入尾渣，尾渣由于在高温条件下产生，活性和强度都符合硅酸盐水泥熟料要求，用于硅酸盐水泥熟料。深度还原尾气余热出炉温度大约800℃，将该尾气通过保温管道通入预热烘干炉中，作为热源，既充分利用了热能又减少了再次尾气处理流程，热能利用率增加15-20%，降低了成本。

本发明的优点在于：（1）解决了用含铁冶金尾渣及低品位难选矿无法进行高炉炼铁的难题，使以往无法再利用的废物得到完全利用，变废为宝；解决了优质特种钢原料资源短缺的窘境；解决了废物堆放产生环境污染的问题；解决了低品位矿山无法开发利用的难题；缓解了还原铁对进口的依赖。（2）相比用高品位铁矿进行直接还原，本发明的原料成本节约90%。比如，含铁67%以上的铁精粉，直接还原生产海绵铁，每吨海绵铁原料成本需要1200元/吨，如果用低品位含铁物生产海绵铁，原料成本仅需要100元/吨(褐铁矿，赤铁矿)，其它冶金废渣成本几乎忽略不计。耗能方面，由于铁精粉基本属于磁铁矿，而矿渣和褐铁矿赤铁矿大部分属于三氧化二铁范畴，磁铁矿还原难度远远大于三氧化二铁，另外比热容也小于磁铁矿，所以耗能较小。但由于含铁品位低，选比较低，综合计算和试验，二者耗能相差不大，但产品成本降低80%，利润远远大于高品位铁矿（粉）生产直接还原铁，并且原料来源非常广泛，不再受高品位铁矿生产直接还原铁对原料要求极高的束缚。该方法生产的还原铁无论全铁含量还是金属化率都远远超过进口海绵铁（伊拉进口的还原铁块全铁品位91.72%，金属化率80.3%）。（3）本发明生产的产品全铁大于92%，金属化率大于93%，硫 磷，砷，锑，铋等炼钢有害物小于0.0003%，二氧化硅小于2%。（4）本发明各工艺流程环环相扣，设计合理，系统严密，几乎没有废气排空，尾渣得到了有价利用。本发明将所有以往无法正常利用的、无法开采矿，如低品位褐铁，矿低品位赤铁矿（包括二次污染渣，如炼铜尾渣，硫磺渣，氰化渣，铝渣等），全部变废为宝，产生的效益非常可观，无污染，对环境友好，属于洁净利用。

具体实施方式

实施例1

一种利用低品位难选含铁矿物生产还原铁和硅酸盐水泥熟料的方法，包括以下步骤：

1）将难选含铁矿物（含铁15%以上的褐铁矿）磨碎至粒度为0.074mm左右，然后加入占其重量15%的褐煤，1.5%的铁离子聚集剂的（NHC）、1.5%的碳酸钙、1.5的%粘合剂C6H1005(同时起还原作用)，然后物料通过混料机混匀，进入造球机，制成球径2-3cm的混合球；

2)所述混合球用条纹皮带送入烘干机，利用尾气余热烘干预热，得到热球；

3）所述热球通过篦链机送入改良还原竖炉中，设定温度为1050℃，时间1.5小时，还原产生金属化球团；

4）金属化球团通过振动出料设备进入冷水循环池急速冷却，得到冷球；

5）冷球用拉渣机从冷水循环池中拉出，通过给料机送入球磨机中，加水球磨，球磨后调整矿浆浓度为31.53%；

6）矿浆经过第一次磁选（磁场强度0.24T），磁性物进入脱磁设备，消除磁团聚，含铁物再次经过第二次磁选（磁场强度0.13T），选出全铁含量大于92%，金属化率大于93%的还原铁粉；

7)铁粉进入盘式过滤机进行脱水，脱水后利用给料机送入压块机，进行成型压块（直径10厘米，高10厘米），成为还原铁块；

8)所有尾渣通过铁回收设备后进入浓密池，通过浓密设备然后进入真空皮带过滤机中，进行脱水，脱水后物料送往水泥厂作为水泥熟料；

9)铁粉脱水和尾渣脱水产生的废水，通过管道流入蓄水池中澄清循环利用；

10)在以上步骤中，产生了还原尾气，还原尾气（二氧化碳，过剩一氧化碳，极微二氧化硫，粉尘）温度高达800℃，通过排气口送入保温管道，通往烘干机作为热源；

11）最终尾气温度约为300℃，经过三级除尘（布袋收尘，旋风收尘，喷雾除尘）设备进行除尘、净化；

12）除尘、净化后的尾气进行压缩分离，将有还原性的一氧化碳气体，返回还原设备中进行再次利用，二氧化碳及含硫气体（净化后的气体几乎为二氧化碳）通入石灰水池中，与石灰水反应（CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃+H₂O，SO₂+Ca(OH)₂=CaSO₃↓+H₂O）形成碳酸钙、亚硫酸钙等，捞出烘干配入尾渣中，作为水泥熟料；

13）冷水循环池产生的水蒸气通往冷水中，通过冷凝形成清水，然后作为精矿洗矿用水。

实施例2

一种利用低品位难选含铁矿物生产还原铁和硅酸盐水泥熟料的方法，包括以下步骤：

1）将难选含铁矿物（含铁15%以上的赤铁矿）磨碎至粒度为0.074mm左右，然后加入占其重量14%的褐煤，1.4%的铁离子聚集剂的（NHC）、1.6%的碳酸钙（脱硫）、1.6 %的粘合剂C6H1005(同时起还原作用)，然后物料通过混料机混匀，进入造球机，制成球径2-3cm的混合球；

2)所述混合球用条纹皮带送入烘干机，利用尾气余热烘干预热，得到热球；

3）所述热球通过篦链机送入改良还原竖炉中，设定温度为1000℃，时间2小时，还原产生金属化球团；

4）金属化球团通过振动出料设备进入冷水循环池急速冷却，得到冷球；

5）冷球用拉渣机从冷水循环池中拉出，通过给料机送入球磨机中，加水球磨，球磨后调整矿浆浓度为30%；

6）矿浆经过第一次磁选（磁场强度0.25T），磁性物进入脱磁设备，消除磁团聚，含铁物再次经过第二次磁选（磁场强度0.14T），选出全铁含量大于92%，金属化率大于93%的还原铁粉；

7)铁粉进入盘式过滤机进行脱水，脱水后利用给料机送入压块机，进行成型压块（直径10厘米，高10厘米），成为还原铁块；

压块原因：由于铁粉含铁92%以上，金属化率高，如果不进行压块处理，极容易二次氧化，降低铁品位，影响产品质量，不易保存运输；

8)所有尾渣通过铁回收设备后进入浓密池，通过浓密设备然后进入真空皮带过滤机中，进行脱水，脱水后物料送往水泥厂作为水泥熟料；

9)铁粉脱水和尾渣脱水产生的废水，通过管道流入蓄水池中澄清循环利用；

10)在以上步骤中，产生了还原尾气3CO（气）+ Fe₂O₃==2Fe + 3CO₂(气),

4 FeS₂+11O₂（气）==8SO₂（极微气体）+2Fe₂O₃

还原尾气（二氧化碳，过剩一氧化碳，极微二氧化硫，粉尘）温度高达800℃，通过排气口送入保温管道，通往烘干机作为热源；

11）最终尾气温度约为300℃，经过三级除尘（布袋收尘，旋风收尘，喷雾除尘）设备进行除尘、净化；

12）除尘、净化后的尾气进行压缩分离，将有还原性的一氧化碳气体，返回还原设备中进行再次利用，二氧化碳及含硫气体（净化后的气体几乎为二氧化碳）通入石灰水池中，与石灰水反应（CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃+H₂O，SO₂+Ca(OH)₂=CaSO₃↓+H₂O）形成碳酸钙、亚硫酸钙等，捞出烘干配入尾渣中，作为水泥熟料；

13）冷水循环池产生的水蒸气通往冷水中，通过冷凝形成清水，然后作为精矿洗矿用水。

实施例3

一种利用低品位难选含铁矿物生产还原铁和硅酸盐水泥熟料的方法，包括以下步骤：

1）将难选含铁矿物磨碎，然后加入占其重量16%的褐煤，1.6%的铁离子聚集剂的（NHC）、1.6%的碳酸钙（脱硫）、11.6的%粘合剂C6H1005(同时起还原作用)，然后物料通过混料机混匀，进入造球机，制成球径3cm的混合球；

所述难选含铁矿物为火法冶铜渣、硫磺提炼渣、硫酸渣的混合物；

2)所述混合球用条纹皮带送入烘干机，利用尾气余热烘干预热，得到热球；

3）所述热球通过篦链机送入改良还原竖炉中，设定温度为1100℃，时间1.5小时，还原产生金属化球团；

4）金属化球团通过振动出料设备进入冷水循环池急速冷却，得到冷球；

5）冷球用拉渣机从冷水循环池中拉出，通过给料机送入球磨机中，加水球磨，球磨后调整矿浆浓度为33%；

6）矿浆经过第一次磁选（磁场强度0.24T），磁性物进入脱磁设备，消除磁团聚，含铁物再次经过第二次磁选（磁场强度0.14T），选出全铁含量大于92%，金属化率大于93%的还原铁粉；

7)铁粉进入盘式过滤机进行脱水，脱水后利用给料机送入压块机，进行成型压块（直径10厘米，高10厘米），成为还原铁块；

8)所有尾渣通过铁回收设备后进入浓密池，通过浓密设备然后进入真空皮带过滤机中，进行脱水，脱水后物料送往水泥厂作为水泥熟料；

9)铁粉脱水和尾渣脱水产生的废水，通过管道流入蓄水池中澄清循环利用（做为球磨机调浆用水，也叫介质水）；

10)在以上步骤中，产生了还原尾气3CO（气）+ Fe₂O₃==2Fe + 3CO₂(气),

4 FeS₂+11O₂（气）==8SO₂（极微气体）+2Fe₂O₃

还原尾气（二氧化碳，过剩一氧化碳，极微二氧化硫，粉尘）温度高达800℃，通过排气口送入保温管道，通往烘干机作为热源；

11）最终尾气温度约为300℃，经过三级除尘（布袋收尘，旋风收尘，喷雾除尘）设备进行除尘、净化；

12）除尘、净化后的尾气进行压缩分离，将有还原性的一氧化碳气体，返回还原设备中进行再次利用，二氧化碳及含硫气体（净化后的气体几乎为二氧化碳）通入石灰水池中，与石灰水反应（CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃+H₂O，SO₂+Ca(OH)₂=CaSO₃↓+H₂O）形成碳酸钙、亚硫酸钙等，捞出烘干配入尾渣中，作为水泥熟料；

13）冷水循环池产生的水蒸气通往冷水中，通过冷凝形成清水，然后作为精矿洗矿用水。

Claims (1)

1.一种利用低品位难选含铁矿物生产还原铁和硅酸盐水泥熟料的方法，其特征在于：步骤为：

1）将难选含铁矿物磨碎至粒度为0.074mm，所述难选含铁矿物为含铁15%以上的褐铁矿，然后加入占其重量15%的褐煤，1.5%的铁离子聚集剂、1.5%的碳酸钙、1.5的%粘合剂，然后物料通过混料机混匀，进入造球机，制成球径2-3cm的混合球；所述铁离子聚集剂为NHC，所述粘合剂为C6H1005；

2)所述混合球用条纹皮带送入烘干机，利用尾气余热烘干预热，得到热球；

3）所述热球通过篦链机送入改良还原竖炉中，设定温度为1050℃，时间1.5小时，还原产生金属化球团；

4）金属化球团通过振动出料设备进入冷水循环池急速冷却，得到冷球；

5）冷球用拉渣机从冷水循环池中拉出，通过给料机送入球磨机中，加水球磨，球磨后调整矿浆浓度为31.53%；

6）矿浆经过第一次磁选，磁性物进入脱磁设备，消除磁团聚，含铁物再次经过第二次磁选，选出全铁含量大于92%，金属化率大于93%的还原铁粉，硫、磷、砷、锑、铋炼钢有害物质小于0.0003%，二氧化硅小于2%；所述第一次磁选的磁场强度为0.24T，所述第二次磁选的磁场强度为0.13T；

7)铁粉进入盘式过滤机进行脱水，脱水后利用给料机送入压块机，进行成型压块，成为还原铁块；所述压块的直径为10厘米，高为10厘米；

8)所有尾渣通过铁回收设备后进入浓密池，通过浓密设备然后进入真空皮带过滤机中，进行脱水，脱水后物料送往水泥厂作为水泥熟料；

9)铁粉脱水和尾渣脱水产生的废水，通过管道流入蓄水池中澄清循环利用；

10)在以上步骤中，产生了还原尾气，还原尾气温度高达800℃，通过排气口送入保温管道，通往烘干机作为热源；

11）最终尾气温度约为300℃，经过三级除尘设备进行除尘、净化；

12）除尘、净化后的尾气进行压缩分离，将有还原性的一氧化碳气体，返回还原设备中进行再次利用，二氧化碳及含硫气体通入石灰水池中，与石灰水反应形成碳酸钙、亚硫酸钙，捞出烘干配入尾渣中，作为水泥熟料；

13）冷水循环池产生的水蒸气通往冷水中，通过冷凝形成清水，然后作为精矿洗矿用水。