贫铁矿含碳团块还原生产磁铁矿的选矿工艺

摘要

本发明提供了一种由贫赤、褐铁矿生产磁铁矿的还原选矿方法，首先将贫铁矿和含碳物质粉碎并混合后制成冷压团块，待团块干燥后，置入280－1200℃的炉内加热3－100分钟，利用碳的还原性能，将贫铁矿的Fe

说明书

技术领域

本发明涉及一种由贫赤、褐铁矿生产磁铁矿的还原选矿方法，属于钢铁冶炼技术领域。

背景技术

炼铁高炉所用的炼铁原料主要是铁矿。根据国家行业标准规定，铁矿的含铁量应当在60％以上才能用作高炉炼铁原料，这样就要求对进入高炉的铁矿进行选矿。随着我国经济的高速发展，对铁矿的需求越来越大，而铁矿的开采已满足不了炼铁企业的需求。贫铁矿主要为赤铁矿或褐铁矿，其主要成分均是Fe₂O₃，储量大，价格低，易于开采，但由于含铁量低，不易进行选矿而难以用于高炉炼铁。

目前贫铁矿的主要选矿方式是以重力分选为主，而贫铁矿与二氧化硅等其它杂质密度差别不大，难以实现选矿而提高品位的目的，要把品位在30-50％的原矿提高到60％以上的精矿几乎做不到。同时，传统的焙烧磁性选矿方法，其缺点是对原矿要求高(要求是块矿，且要求有害元素含量低)、能耗高、回收率低、成品亚铁含量高。中国专利ZL95102339.X公开了一种“贫铁矿粉富集后烧结矿石的方法”，其工艺是将三氧化二铁贫铁矿粉用水冲洗进行富集后的矿粉加煤粉和水，搅拌均匀后入炉烧结。烧结温度为1000-1200℃，时间为6-10小时即将低品位的矿粉烧结成高品位的矿石，矿石中含铁品位不低于52％，氧化亚铁不超过国家规定标准，吨铁成本下降，采用该专利方法烧结的矿石适用于小高炉炼铁。该专利方法存在以下不足：第一，“水冲洗进行富集”也就是通过重力分选，品位不会有太大的提高；第二，“温度为1000-1200℃，时间为6-10小时”，长时间的高温烧结能耗太高，增加了成本；第三，“矿石中含铁品位不低于52％”，仍然达不到优质矿石品位的标准；第四，“适用于小高炉炼铁”，现在国家已禁止使用小高炉。

怎样克服传统方法的缺点，有效利用贫赤、褐铁矿，通过科学的生产工艺将其改性为富集铁的精矿，如磁铁矿(其主要成分为Fe₃O₄)用作高炉炼铁原料，以降低炼铁成本、弥补铁矿资源的严重不足，是目前亟待解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由贫赤、褐铁矿生产磁铁矿的还原选矿方法，利用碳的还原性能，将贫铁矿的Fe₂O₃还原为Fe₃O₄，从而通过选矿而提高铁矿石的品位。

本发明的技术方案如下：

一种贫铁矿含碳团块还原生产磁铁矿的选矿方法，包括如下步骤：

1.将贫铁矿和含碳物质粉碎并混合，然后压制成具有一定几何形状的冷压团块；

2.待团块干燥后，置入280-1200℃的炉内加热3-100分钟，然后出炉淋水冷却；

3.细磨至80-400目的粉末，通过磁选机磁选，获得成品铁精粉。

其中，上述贫铁矿一般为赤铁矿或褐铁矿，所述含碳物质通常选用煤粉、焦粉等，这些含碳物质和其中具有挥发性的还原物质如CO、氢气等都可以作为贫铁矿的还原剂。贫铁矿与含碳物质的混合比例视含碳物料的具体情况而定，一般还原成分过量，防止铁矿的二次氧化，通常按重量比贫铁矿∶含碳物质＝20∶1～5∶2混合，如贫铁矿与煤按重量比5∶1混合。原料粉碎后粒度在20目以上为宜，粒度太大反应不透，含碳物质的粒度要求越细越好。

步骤1制成的冷压团块可以是球形的，也可以是砖形的，或是其它任何形状，如蜂窝煤状。砖形团块的厚度最好不大于4cm，以利于热量的传递。

本发明的原理如下：

本发明首先将贫铁矿与煤粉或焦粉等固体还原剂粉碎并充分混匀后，制造成贫铁矿含碳团块。所述贫铁矿含碳团块是经造球机或压力机压制而成的一种含碳含铁的具有一定几何形状的冷压块，其原理是使粉末物料按一定比例在模型中受压力成为具有一定形状、尺寸、密度和强度的团块状物料。经试验，物料粉粒度在20目以上为宜，粒度太大将导致后续反应不透，其中含碳物质的粒度要求越细越好。

由于碳在整个含炭团块中均匀分布，当团块达到一定温度后，分布在团块内的无数碳粒与铁氧化物发生氧化还原反应，并且，煤被加热到足够高温度时，开始析出挥发性气体，挥发分中的可燃性气体除了一氧化碳和氢气外，主要是碳氢化合物，高温下碳氢化合物二次分解成碳和氢，分解物又和铁氧化物发生氧化还原反应。含碳团块中铁氧化物自还原的化学反应主要为：

        

        

        为实现上述自还原磁化，对工艺条件的要求如下：

1、控制反应时间和冷却速度：

矿石的磁化过程也就是高价氧化铁被还原的一个过程，许多试验研究表明，在传统焙烧磁化工艺当中氧化铁的还原是逐段呈带状发展的。所谓逐段是氧化铁与还原剂作用时，还原经过Fe₂O₃到Fe₃O₄到FeO到Fe或Fe₂O₃到Fe₃O₄到Fe诸阶段完成。所谓呈带状则是还原时，表面的先被还原中间的后被还原，在整个团块截面上由外向里由低价铁到高价铁呈带状分布构成。但当团块内配有固体还原剂时，还原仅具有逐段性，而没有明显的呈带性。所以只要控制反应时间和冷却速度就很容易控制氧化铁的还原，使其恰好到工艺要求的还原到四氧化三铁。

2、防止二次氧化

直接还原发生的条件是在一定温度下碳气化反应的气相CO平衡成分高于铁氧化物间还原气相CO平衡成分。标准状态下直接还原从280度左右开始，在温度280～1200度范围内加热3-100分钟就可将Fe₂O₃还原为Fe₃O₄。含碳球团还原过程是在含氧的气氛中进行的，还原得到的低价铁氧化物和团块中的碳将被再氧化，依据这样的结论，直接燃烧含碳团块还原排出可燃性气体，进行其自还原是不可能进行的，然而大量实验研究结果证明，含碳团块在氧气中还原时，团块内部反应产生并排出的可燃性气体在团块外表面的燃烧阻碍了氧气向团块内部的扩散，使还原过程得以顺利进行。因此，含碳团块能够实现自还原并不被二次氧化的条件是提高碳的实际比例，减少出炉后与氧的接触。减少与氧接触的机会可以通过冲水或覆盖含碳粉料来实现。

本发明的贫铁矿含碳团块自还原磁化工艺和现有的其他工艺相比，其优点有：

1、适应性广，可用于品位在30～50％之间的稳定或不稳定的矿原，且祛除有害杂质能力强；

2、品位提升能力强，一般能直接把30～50％的原矿提高到60～66％的精矿；

3、易实现工业化大规模生产，因为制作贫铁矿含碳团块容易，加热温度低，时间短，能耗少；

4、工艺简单成本低，可操作性强。

本发明充分利用了我国多贫铁矿多煤矿的有利条件，通过贫铁矿含碳团块还原生产磁铁矿的选矿方法能真正意义上解决我国富矿少，长期以来依靠进口优质铁矿石的局面。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，但不以任何形式限制本发明的范围。

实施例一：

将品位为45％的褐铁矿和煤(大卡为5000，挥发分为13)按20∶3的比例混合，然后在球磨机里湿磨到70目，经脱水机脱水后送入造球机造成直径为6cm，厚度为2.5cm的扁球。

待干燥后置入立窑中加热至950℃还原20分钟，出炉淋水冷却后细磨到100目，再通过磁选机磁选，选后的铁精粉送入沉淀池沉淀。

实施例二：

将品位为43％的赤铁矿和煤(大卡为5300，挥发分为17)按7∶1的比例混合，然后在球磨机里湿磨到70目，经脱水机脱水后送入制砖机制成24cm×12cm×4cm的砖块。待干燥后置入辊道窑中辅助加热至1000℃自还原15分钟，出炉淋水冷却后细磨到100目，再通过磁选机磁选，选后的铁精粉送入沉淀池沉淀。

实施例三：

将品位30-50％的贫赤铁矿和煤分别进行破碎，按贫赤铁矿与煤的重量比为5∶1置于混合机内通过搅拌混合，混合后的矿粉和煤粉送入蜂窝煤机制造蜂窝状矿煤球，待矿煤球自然干燥或烘干后，把干燥的矿煤球置于500～700℃的加热炉内加热3-5分钟，然后出炉淋水冷却后，在球磨机内细磨到100～200目，再通过磁选机磁选，获得成品铁精粉，品位高达60-66％。