块状难选铁矿石竖炉磁化焙烧不同粒度分级处理方法

摘要

本发明公开了一种块状难选铁矿石竖炉磁化焙烧不同粒度分级处理方法，以解决低品位块状铁矿石磁化焙烧过程中，由于粒度范围差别较大而出现的过还原和欠还原问题，本发明通过合理确定铁矿石粒度范围和竖炉焙烧的料层高度，将不同粒度的铁矿石按照以下分类，15～40mm粒级、40～60mm粒级、60～75mm粒级；然后分别进行磁化焙烧处理，使得各粒级铁矿石达到相同的焙烧效果，提高了铁矿石焙烧后的金属回收率，减少了竖炉的能耗，提高了焙烧质量，降低了生产成本。

说明书

技术领域

本发明属于选矿技术领域，涉及用竖炉磁化焙烧铁矿的方法，具体地说是块状难选铁矿石竖炉磁化焙烧不同粒度分级处理方法。

背景技术

不同类型铁矿石选矿特性差异较大，其中有相当多的一部分铁矿石由于加工特性较为复杂，采用常规的磁选、重力选、浮选或以上三种方法组合的联合分选，均得不到较好的选矿指标，而采用磁化焙烧-磁选法通常是处理低品位氧化铁矿石等难选矿的最有效方法。其工艺方法主要有竖炉气基磁化焙烧、回转窑煤基磁化焙烧和沸腾炉气基磁化焙烧。

在磁化焙烧15~100mm块状铁矿石时存在的主要问题有：

（1）磁化焙烧的铁矿石粒度范围15~100mm过大，造成在磁化焙烧过程中存在着小粒级块矿过还原，而大粒级块矿欠还原的现象。

（2）在铁矿石磁化焙烧中，大粒度的铁矿石由于单位比表面积较小，因而铁矿石和还原剂（CO和H₂等）的接触机会少，其还原过程进行较为缓慢，造成坚炉焙烧的产量较低；

（3）块状铁矿石磁化焙烧时，由于表层的还原度高于心部，存在表层和内部还原质量不均匀的现象，且块矿粒度愈大，还原不均的现象愈严重；

以上问题都会造成竖炉焙烧的能耗增大、金属回收率低，磁选后的铁精矿品位不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种块状难选铁矿石竖炉磁化焙烧不同粒度分级处理方法，以解决铁矿石磁化焙烧过程中还原不均匀、提高金属回收率及磁选后的铁精矿品位的问题。

本发明处理粒度15mm以上矿石采用竖炉块矿磁化焙烧技术。块状难选铁矿石的粒度范围为15～75mm。铁矿石竖炉磁化焙烧中，为使上述每一粒级范围的铁矿石在同一竖炉中磁化焙烧时有相同的焙烧效果，随着每一粒级范围的铁矿石粒度增大，相应地增加焙烧时间、提高焙烧温度和增大加热段料层厚度的措施，使不同粒度的铁矿石心表还原程度均匀化。采取的技术方案如下：块状难选铁矿石竖炉磁化焙烧不同粒度分级处理方法，将不同粒度的铁矿石按照以下分类并进行磁化焙烧处理：

① 15～40mm粒级范围：焙烧时间4～5h，焙烧温度为650～680℃，加热段料层厚度为1.2～1.4m；

② 40～60mm粒级范围：焙烧时间6～7h，焙烧温度为680～720℃，加热段料层厚度为1.4～1.5m；

③ 60～75mm粒级范围：焙烧时间8～9h，焙烧温度为720～750℃，加热段料层厚度为1.5～1.7m。

作为本发明的进一步改进：竖炉内的料层高度如下，磁化层高度为3.0～3.3m，冷却层高度为3.0～3.2m。铁矿石在磁化焙烧中还原气氛是CO₂+ H₂的体积百分比浓度为2～4%。

下面进一步论述本发明的方案：

（1）铁矿石磁化焙烧的基本原理

铁矿石磁化焙烧的主要目的是将弱磁性的赤铁矿（Fe₂O₃）还原成了强磁性的铁矿（Fe₃O₄），使它能在选别强磁性矿物的低磁场强度的磁选机上进行选别，以达到提高金属回收率的目的。磁分化焙烧的原理有三种：还原焙烧、中性焙烧和氧化焙烧。还原焙烧主要是用来处理赤铁矿（Fe₂O₃）和含水氧化矿石；中性焙烧用以增加菱铁矿的磁性；氧化焙烧用来增加硫化铁矿的磁性。

还原焙烧是用适量的还原剂进行焙烧的方法。常用的还原剂有CO₂、H₂、CO、CH₄等。这些还原剂主要存在于煤气中，其主要化学反应如下：

3Fe₂O₃+C=2Fe₃O₄+CO↑

3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂↑

3Fe₂O₃+H₂=2Fe₃O₄+H₂O

12Fe₂O₃+CH₄=8Fe₃O₄+CO₂↑+2H₂O

（2）铁矿石磁化焙烧竖炉的构造

磁化焙烧竖炉上部是预热带，中部为加热带，下部为还原带，炉膛中部有一狭窄的炉腰，炉腰下部有导火孔，与炉两侧燃烧室相连通，燃烧室设有煤气烧嘴与加热煤气相接。在还原带下部的炉底上有煤气喷出塔，每个塔有独立的管道与炉外还原煤气主管相接。炉子下部两侧设有排出矿渣用的排渣漏斗。炉底两侧各设有四台排出焙烧产品用的排矿辊式排矿机。

（3）铁矿石磁化焙烧的生产过程

铁矿石的还原焙烧过程大体可分为加热、还原、冷却三阶段。①矿石的加热：矿石由炉顶加入后，先被废气预热到一定的温度。当矿石下降到加热带时，依靠燃烧室内煤气燃烧所产生的高热气体，直接进行矿石的加热。②矿石还原：弱磁性赤铁矿Fe₂O₃在加热带加热到一定温度后，下降到还原带并与煤气中的CO和H₂接触而发生化学反应，生成强磁性铁矿物。③焙烧矿的冷却：经过还原后的铁矿石温度约为500℃左右，需在矿石与空气接触前进行冷却。

（4）影响铁矿石焙烧矿质量的主要因素：①焙烧温度的影响：在竖炉生产时，矿石焙烧温度高，所需的还原时间短，同时焙烧矿的质量和产量都较高，但矿石焙烧温度过高，容易产生过还原而降低焙烧矿磁性的现象，不但消耗大量的燃料，而且炉子使用寿命也缩短。矿石低温焙烧能够防止过还原现象，同时节约煤气和延长炉子寿命，但低温焙烧时间较长，炉子的产量较低。②还原煤气成分的影响：在块状难选铁矿石竖炉磁化焙烧中，对铁矿石起还原作用的主要成份是炉气中的氢气和一氧化碳。若炉气中还原的氢气和一氧化碳浓度大，虽然还原反应速度加快，容易获得较好的焙烧矿质量，但矿石容易产生过还原现象，同时易造成煤气在炉内的不完全燃烧，造成燃料单耗的升高。若煤气在炉内完全燃烧，炉气中就不含还原的氢气和一氧化碳，矿石也就不能起到还原的效果（含菱铁矿的铁矿石除外）。因此，本发明铁矿石在磁化焙烧中控制CO₂+ H₂的浓度范围为2～4%（体积百分比）。③矿石粒度的影响：矿石粒度对还原焙烧速度和质量影响较大。矿石粒度愈大，焙烧矿心表还原不均性愈严重，表层的还原度高于心部的还原度；矿石粒级范围愈窄，还原效果愈好，但铁矿石粒度过小时，炉料对气体阻力大，透气性明显恶化，使煤气很难与矿石接触进行还原。

本发明方法中影响铁矿石焙烧矿质量的主要因素确定如下：

（1）铁矿石粒度范围的确定`

铁矿石粒度的大小是影响焙烧中传热和传质速率的重要因素。当铁矿石粒度越小时，颗粒比表面积越大，气固相之间的接触面积越大，其传热和传质效率较高，焙烧反应的转化速率也越快，同时也会出现料层阻力增大的现象；但当焙烧铁矿石粒度过大时，会产生矿石表层和内部焙烧不均的现象，即表层的焙烧程度高于内部，出现了“夹生”现象，且矿石粒度愈大其不均匀性愈严重。因此，综合各方面的因素，本发明中竖炉磁化焙烧的铁矿石粒度范围为15～75mm。

（2）竖炉内的料层高度的确定

竖炉内铁矿石料层高度是磁化工艺的一个重要参数，它对整个磁化过程都有重要的影响。竖炉料层高度主要由以下几个部分组成：①加热层；②磁化层；③冷却层。本发明中竖炉的加热层高度根据粒度分级不同而不同，磁化层高度为3.0～3.3m，冷却层高度为3.0～3.2m。

（3）铁矿石粒度分级

在层状布料的竖炉中，炉内的气流分布与铁矿石粒度组成有密切的关系。当竖炉使用15～75mm的铁矿石进行磁化焙烧时，由于物料的粒度差别较大，大块铁矿石容易流向炉壁附近，细粒铁矿石则集中在料层中心附近，这样沿料层截面上气体的流动阻力差别较大，造成料层的透气性分布极不均匀，焙烧时在炉壁附近就容易形成了边界气流，并在阻力较小的局部因温度过高而产生烧穿或结渣现象，影响铁矿石的还原质量，同时当矿石的粒度范围较宽时，也会出现小颗粒铁矿石“过烧”和大块铁矿石“欠烧”的现象。说明铁矿石粒度的组成对还原过程的影响比较显著。一般铁矿石粒度范围愈宽，不同粒度间的还原率差别也愈大，说明改善铁矿石还原率应降低粒度上限和提高粒度下限。为提高铁矿石的磁化质量，本发明对15～75mm的铁矿石采取了分级处理技术，其具体分级范围为：① 15～40mm；②40～60mm；③ 60～75mm。

在影响铁矿石磁化焙烧质量的因素中，物料粒度的影响最大，如用本申请单位酒钢的100m³鞍山式竖炉焙烧的15～100mm块矿，采用高焦混合煤气作为燃料和还原剂，焙烧时间为8～10h。目前，国内对品位为30～35%、粒度为15～100mm的低品位难选铁矿石采用竖炉进行磁化焙烧的技术，一般焙烧矿磁选后的金属回收率仅为80～81％，所得到的弱磁精矿品位为54～55％，说明铁矿石竖炉磁化焙烧的产品质量不高。

本发明的特点及有益效果：

通过合理确定铁矿石粒度范围、竖炉焙烧的料层高度及对粒度范围为15～75mm的铁矿石采取分级处理技术和对分级后的每一粒度范围铁矿石采取不同的焙烧制度，大大提高了竖炉铁矿石磁化焙烧的质量，降低了竖炉的能耗，提高了磁选后精铁矿的品位。

以下以具体实施例对本发明的技术方案及有益效果作进一步详细说明。

具体实施方式

实施例1

品位为30%的难选铁矿石，按照粒度范围不同，将铁矿石放置在不同的竖炉中进行磁化焙烧，经过加热、还原、冷却处理即可，铁矿石在磁化焙烧中还原气氛是CO₂+ H₂的体积百分比浓度为2%；

（1）将粒度范围为15～40mm的铁矿石放入竖炉1进行磁化焙烧，竖炉1内加热段料层厚度1.2m，焙烧时间4h，焙烧温度控制在650℃；磁化层高度为3.0m，冷却层高度为3.0m。

（2）将粒度范围为40～60mm的铁矿石放入竖炉2进行磁化焙烧，竖炉2内加热段料层厚度1.4m，焙烧时间6h，焙烧温度控制在680℃；磁化层高度为3.0m，冷却层高度为3.0m。

（3）将粒度范围为60～75mm的铁矿石放入竖炉3进行磁化焙烧，竖炉3内加热段料层厚度1.5m，焙烧时间8h，焙烧温度控制在720℃。磁化层高度为3.0m，冷却层高度为3.0m。

在此工艺下得到的铁精矿品位为56.00%，与现有的磁化焙烧技术相比提高了1.5%，同时金属回收率可达到82%，与现有的磁化焙烧技术相比提高了2%。此外，采用这项技术可提高竖炉产量约15%，降低竖炉的煤气消耗约12%，降低铁矿石选矿后尾矿中的铁含量8%，减少了铁矿石尾矿的产生量，有效地改善了竖炉能耗量。

实施例2

品位为30%的难选铁矿石，按照粒度范围不同，将铁矿石放置在不同的竖炉中进行磁化焙烧，经过加热、还原、冷却处理即可，铁矿石在磁化焙烧中还原气氛是CO₂+ H₂的体积百分比浓度为3%；

（1）将粒度范围为15～40mm的铁矿石放入竖炉1进行磁化焙烧，竖炉1内加热段料层厚度1.3m，焙烧时间4.5h，焙烧温度控制在665℃；磁化层高度为3.2m，冷却层高度为3.1m。

（2）将粒度范围为40～60mm的铁矿石放入竖炉2进行磁化焙烧，竖炉2内加热段料层厚度1.45m，焙烧时间7h，焙烧温度控制在700℃；磁化层高度为3.2m，冷却层高度为3.1m。

（3）将粒度范围为60～75mm的铁矿石放入竖炉3进行磁化焙烧，竖炉3内加热段料层厚度1.6m，焙烧时间8.5h，焙烧温度控制在735℃。磁化层高度为3.2m，冷却层高度为3.1m。

在此工艺下得到的铁精矿品位为56.50%，与现有的磁化焙烧技术相比提高了1.75%，同时金属回收率可达到82.5%，与现有的磁化焙烧技术相比提高了2.5%。此外，采用这项技术可提高竖炉产量约15%，降低竖炉的煤气消耗约12%，降低铁矿石选矿后尾矿中的铁含量8%，减少了铁矿石尾矿的产生量，有效地改善了竖炉能耗量。

实施例3

品位为30%的难选铁矿石，按照粒度范围不同，将铁矿石放置在不同的竖炉中进行磁化焙烧，经过加热、还原、冷却处理即可，铁矿石在磁化焙烧中还原气氛是CO₂+ H₂的体积百分比浓度为2～4%；

（1）将粒度范围为15～40mm的铁矿石放入竖炉1进行磁化焙烧，竖炉1内加热段料层厚度1.4m，焙烧时间5h，焙烧温度控制在680℃；磁化层高度为3.3m，冷却层高度为3.2m。

（2）将粒度范围为40～60mm的铁矿石放入竖炉2进行磁化焙烧，竖炉2内加热段料层厚度1.5m，焙烧时间7h，焙烧温度控制在720℃；磁化层高度为3.3m，冷却层高度为3.2m。

（3）将粒度范围为60～75mm的铁矿石放入竖炉3进行磁化焙烧，竖炉3内加热段料层厚度1.7m，焙烧时间9h，焙烧温度控制在750℃。磁化层高度为3.3m，冷却层高度为3.2m。

在此工艺下得到的铁精矿品位为57.00%，与现有的磁化焙烧技术相比提高了2.00%，同时金属回收率可达到83%，与现有的磁化焙烧技术相比提高了3%。此外，采用这项技术可提高竖炉产量约15%，降低竖炉的煤气消耗约12%，降低铁矿石选矿后尾矿中的铁含量8%，减少了铁矿石尾矿的产生量，有效地改善了竖炉能耗量。