专利名称：节能环保两磨一烧法铁矿无焦炼铁暨水泥熟料生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于冶金还原铁制备方法领域。具体地是用难选的弱磁性铁矿石，如褐铁矿、针铁矿等，以煤为还原剂生产海面铁、高纯铁粉、或将铁粉压制成铁块，尾渣用于生产水泥的方法。
背景技术：
目前我国铁矿的主要特点是“贫、细、杂”，平均铁品位32%，比世界平均品位低 11 %，已探明的铁矿资源储量380 410亿t，其中97%的铁矿石需要进行选矿处理。我国褐铁矿储量非常大，虽然含铁品位较高，但由于褐铁矿具有化学成分复杂、含铁量不稳定、 水分含量变化大、在碎磨过程中容易过粉碎等特殊性质，属于极难选铁矿石，很难被开发利用。因此，开展褐铁矿石的高效选矿技术的研究，已凸显其重要性和紧迫性。现有海绵铁生产工艺介绍目前我国最先进的海绵铁生产工艺，是将易选铁矿石粉碎、球磨、水选加磁选得到铁精矿粉，再将铁精矿粉加粘合剂压块成型，然后配煤装碳化硅罐中入炉高温还原，待矿块冷却后，出炉分离得到海绵铁，再将海绵铁破碎除杂后，二次配煤装碳化硅罐中，入炉高温还原，经粉碎处理后获得高纯铁粉。在此工艺中，将产生大量的废水和尾渣，因无法除理而造成环境污染。而现有水泥生产工艺只生产水泥，没有综合利用原料中的有价元素，因此能耗高、 效益低。发明目的与内容本发明的目的是用含有赤铁、褐铁、磁性铁的难选铁矿石，在无需浮法水选和烧结的情况下，通过两磨一烧工艺，直接将矿石中的全铁成分，还原为海绵铁或纯铁粉，尾渣作为水泥熟料。实现无焦、节能炼铁，减少废水、废渣排放和资源综合回收利用。本发明的内容具体工艺如下用弱磁性难选铁矿石(如褐铁矿等)直接加煤、脱硫剂、催化剂等原料，按工艺配比粉碎球磨后(省掉了现有工艺的选矿环节)，加入粘合剂压块成型(如标准砖形)，然后放入浆池中挂浆，挂浆的目的是防止高温加热时互相粘连和还原铁氧化。将挂浆后的矿块砖，码放到炉车上送入反应炉中干燥、升温还原，并将烟气中的锌、镉等有价金属从用布袋回收。由于铁矿石和煤及催化剂、脱硫剂等原料是同时在球磨机中球磨的， 它们粒度细、混料均匀，加之高压成型后，原料接触紧密，接触比表面积大，火焰直接燃烧矿块，所以还原所需温度低、还原速度快。还原后的矿块用氮气换热降温，换热后的热氮气，将返至烘干段用于烘干矿砖。冷却后的矿砖经初碎后，送入雷蒙磨或球磨机中、在氮气保护下(防止铁粉氧化) 细磨和风选，其中最轻的，尚未燃烧的碳粉被返回再次利用；次轻的物料作为水泥熟料；剩余物用三级磁选分离出高纯铁粉和海面铁。尾渣作为高档水泥熟料可直接生产水泥。上述提到的氮气，是由中小型分子筛制氮机生产的，它能耗低、效率高。另外制氮机所产生的富氧空气，将被送入还原炉助燃煤气，氮气则可以循环利用，因此补充量很少。
节能环保两磨一烧法铁矿无焦炼铁暨水泥熟料生产工艺，能耗低的原因有以下几点。I :难选铁矿石和还原剂、脱硫剂等是在球磨机中一起磨碎到200-300目的细料， 再经高压压制成型，成型后的矿块中，铁矿石和还原剂的接触面积大、密实、均匀，为低温快速还原铁创造了有利条件。2 :水泥厂烧制水泥熟料，因矿石粒度大、气孔率少，烧结时所需温度高、时间长，而本工艺生产的矿块，煤粉和氧化铁粉则接触面积大，加之在反应中水份蒸发，将产生大量气孔，增强了物料的透气性，所以反应速度快，烧结所需温度低，而且可以同时得到铁粉和高档水泥原料，比单纯生产水泥熟料节能。3 :现在最先进的海绵铁生产工艺，是把铁精矿粉加粘合剂压制成直径20公分，厚 15公分的圆柱，煤粉加在圆柱外面，然后装到碳化硅还原罐中，再由炉车送到窑炉中还原的。还原过程是，高温火焰先加热碳化硅罐再传导加热碳粉，碳粉再传导加热铁矿粉圆柱， 还原产出的一氧化碳气体，是由铁矿粉棒外面逐渐向铁矿粉圆柱内部还原，需加热28小时还原(其中高温还原时间11小时)。而本工艺是将铁矿石与煤等共同压制成厚6公分的矿块(标砖)，并将火焰直接烧矿块(弱还原气氛)，从入炉干燥到加热还原和冷却，所需时间仅为8小时，其中高温还原时间只需60分钟，所以能耗较低。节能环保两磨一烧法铁矿无焦炼铁暨水泥熟料生产工艺，与现有炼铁工艺比具有以下优点 I :该工艺直接采用难选铁矿石生产单质铁，而不是用铁精粉生产，省去了选矿和焙烧环节，因此比现有工艺节能、环保。2:该工艺为干法生产，除生活和部分设备用的及少量冷却水外，不产生废水排放。3 :该工艺生产后的尾渣是良好的水泥熟料，因此解决了目前炼铁工艺中大量尾矿和废渣无法处理，造成二次污染的问题。同时也减少了水泥生产中的能源消耗。技术要点I :需将原铁矿石和煤、脱硫剂、改良催化剂等配料经共同粉碎、球磨后压制成矿块。2 :为防止粘结和保护矿块表面铁氧化，矿块表面需做挂浆处理。3 :烧结还原后的矿块，应采用氮气冷却，粉碎时也要用氮气保护，防止铁粉被空气中氧气氧化，提高铁粉品质，同时氮气风选回收碳粉，可降低能耗。4:用投资少、能耗低的分子筛制氮机，分离出空气中的氮气并加以循环利用，制氮机所产生的尾气为富氧空气，将用于高温燃烧段助燃，不仅节能，而且氮化物生成少，更加环保。我国是世界上最大的产铁国，却也是铁资源匮乏国，大量已探明的褐铁矿和部分赤铁矿，因现在的选矿工艺不过关而无法开采，本工艺可以在不需要预先选矿的条件下，直接用煤把难选的铁矿石生产成海面铁、高级铁粉或铁块，不仅将缓解我国铁矿石进口压力。 而且生产成本低，能耗仅为现有海面铁生产工艺的1/5，无废水，废渣排放，特别是生产中产生的尾渣可作为高档水泥原料，减少了水泥生产所需的能源和资源消耗，利国利民。
具体实施例方式
方案I:用褐铁矿(含量TFe39%)直接加烟煤(固定碳含量大于57 %，挥发分含量29% )、脱硫剂碳酸钙I. 5%、催化剂白云石2%，按工艺配比(铁矿石与烟煤重量比 I 0.2)、粉碎球磨后(省掉了现有工艺的选矿环节)，再将上述原料加粘合剂皂土 2%压块成型(如标准砖)，然后放入浆池中挂浆(挂浆原料煤矸石磨成粉)，挂浆的目的是防止高温加热时互相粘连和还原铁氧化。将挂浆后的矿块砖，码放到炉车上送入反应炉中干燥、 升温还原高温1150°C，20分钟，并将烟气中的锌、镉等有价金属从用布袋回收。由于铁矿石和煤及催化剂、脱硫剂等原料是同时在球磨机中球磨的，它们粒度细(0. 04_)，接触比表面积大、混料均匀，加之高压成型接触紧密，火焰直接烧矿块，所以还原所需温度低、还原速度快。还原后的矿块用氮气换热降温，换热后的热氮气将返至烘干段用于烘干矿砖。
冷却后的矿块经初碎后，送入雷蒙磨或球磨机中、在氮气保护下(防止铁粉氧化) 细磨和风选，其中最轻的尚未燃烧的碳粉被返回再次利用，次轻的物料作为水泥熟料，剩余物用三级磁选分离出高纯铁粉和海面铁金属化率94%。尾渣是高档水泥熟料可直接生产水泥。原料含硫0. 2%加脱硫剂后脱硫率92%。方案2 :用难选赤铁与褐铁混合矿石(含量TFe41. 2% )直接加无烟煤(固定碳含量78%，挥发分含量16% )、脱硫剂碳酸钙1.5%、催化剂白云石2%等原料，按工艺配比 (铁矿石与烟煤重量比I : 0.15)、粉碎球磨后(省掉了现有工艺的选矿环节)，再将上述原料加粘合剂皂土 2%压块成型(如标准砖)，然后放入浆池中挂浆，挂浆的目的是防止高温加热时互相粘连和还原铁氧化。将挂浆后的矿块砖，码放到炉车上送入反应炉中干燥、升温还原高温1050°C，30分钟，冷却后的矿块经初碎后，送入雷蒙磨或球磨机中、在氮气保护下 (防止铁粉氧化)细磨和风选，其中最轻的尚未燃烧的碳粉被返回再次利用，次轻的物料作为水泥熟料，剩余物用三级磁选分离出高纯铁粉和海面铁金属化率96%。尾渣是高档水泥熟料可直接生产水泥。原料含硫0.18%加脱硫剂后脱硫率95 %。
附图是工艺流程图。
权利要求
1.节能环保铁矿两磨一烧法炼铁暨水泥熟料生产工艺的具体流程为将弱磁铁矿石，如褐铁矿等加煤、催化剂、脱硫剂等原料经球磨制粉，将矿粉混合料加粘合剂搅拌均匀后压制成标砖型，成型后的矿块经挂浆、烘干、烧结、还原、冷却，等工序即成为还原矿块，将还原好的矿块压碎后，送入球磨机在氮气保护下球磨、风选。风选出的轻物质碳粉返回原料煤仓循环利用，次轻物质作为水泥熟料，重物质送入磁选机经三级磁选后，得到不同等级的铁粉、海绵铁和水泥熟料。
2.根据权利要求I所述方法的节能是指由于铁矿石、煤及催化剂、脱硫剂等都是同时在球磨机中球磨的，它们粒度细，接触比表面积大，混料均匀，加之是高压成型接触紧密并且将火焰直接烧矿块(现有方法是火焰喷烧炭化硅还原罐，再由炭化硅罐壁把热量传导给碳粉，碳粉再把热量传导给矿块)所以还原所需温度低、速度快(还原速度是现有方法的1/6)，因此节能。
3.根据权利要求I所述方法的环保是指该工艺的原料是原矿石，省去了现有氧化铁粉生产中的选矿和焙烧环节，在生产中不产生废水，废渣。烟气中的布袋尘是有色金属锌、镉的生产原料。尾气为低硫、低氮气体，可完全达到国际排放标准。并且副产品为水泥熟料，减少了水泥生产的尾气排放，因而尾气排放量是现有生产工艺的1/4。
4.根据权利要求I所述方法，所用的原料是难选和无人问津的弱磁性铁矿石如褐铁矿，针铁矿，部分赤铁矿等，全铁含量大于30%较好。
5.根据权利要求I所述方法，所述的煤可以是无烟煤、也可以是烟煤、焦粉等，实现了无焦炼铁。
6.根据权利要求I所述方法，所述脱硫剂是石灰石或白云石。
7.根据权利要求I所述方法，所述的催化剂可以是钾、钙、镁、钡、钠、锂金属离子中的一种或多种，主要是按高档水泥熟料元素成份要求定。
8.根据权利要求I所述方法，粘合剂为石灰、废纸浆、膨润土、水玻璃、淀粉、糊精、腐植酸、甲基纤维素等中的一种或几种配合。
9.根据权利要求I所述方法，所述的挂浆是由耐火度大于1250°C的耐火粘土等原料，经磨细加水搅拌成泥浆，矿块从泥浆中沾过即为挂浆。挂浆原料最好选用水泥熟料中所需要的成份。挂浆厚度为l_3mm，挂浆的目的一是防止矿块高温还原时相互粘结，二是防止矿块氧化。耐火度大于1250°C的耐火粘土等原料有，煤矸石、膨润土、红粘土、铝土矿、耐火粘土、陶瓷粘土、闻岭土等，也可以用招央石、红粘土、招土矿、耐火粘土、陶瓷粘土、闻岭土等，也可以用铝英石、皂石、叶腊石、蒙脱石、伊利石、高岭石等粉碎使用。
10.根据权利要求I所述方法，氮气是由中小型分子筛制氮机生产的，它能耗低、效率高，制氮机排出的尾气含氧较高的富氧空气，它将被送到高温换热器中换热，换热后的高温富氧空气参与高温燃烧，氮气可循环利用，因此补充量很少。
11.根据权利要求I所述方法，原料的压制成型，可以是任意形状，如球形、棒形、矩形等等，还原炉可以选回转窑、竖炉、隧道窑等的一种。
12.根据权利要求I所述方法。在氮气烘干过程中所分离出的水，将被用于采暖，采暖后的水被送回挂浆池或稀释粘合剂，从而节约了用水，杜绝了无水排放。
13.根据权利要求I所述方法，冷却后的矿块在粉碎球磨时，以氮气保护风选。是指冷却后的矿块，经初碎后，送入雷蒙磨或球磨机中，在氮气保护下(防止铁粉在球磨中过热氧化)细磨和风选，矿块中未燃烧尽的质量最轻的碳粉，被选出送回碳原料仓再次利用；次轻的物料作为水泥熟料；重物料送入磁选机。氮气介入风选不仅降低了设备温度，而且有效保护了铁粉的氧化问题，从而为下一步产出高品质铁粉打下了良好基础。
14.根据权利要求I所述方法，磁选过程分三级，第一级磁选磁场强度为57KA/m，选出物被送到第二级磁选，剩余尾渣是高档水泥熟料。第二级磁选强度为44KA/m，选出的物料被送到第三级磁选，尾渣返回第10步球磨机中重新破碎风选，第三级磁选强度30KA/m选出物为高纯度铁粉，剩余物为海面铁。
15.根据权利要求I所述方法，产品是高纯度铁粉、海绵铁和水泥原料，也可以把铁粉压成铁块销售。
全文摘要
节能环保两磨一烧法铁矿无焦炼铁暨水泥熟料生产工艺是将较难选的弱磁铁矿石，如褐铁矿等加无烟煤或烟煤、脱硫剂、催化剂等配料球磨，球磨后的物料加粘合剂压制成砖或瓦，再把成型后的砖块挂浆，送入炉中烘干、烧结、还原、冷却。冷却后的矿块，在氮气保护下细碎和风选，风选出的轻物料碳粉返回再利用，次轻物料是水泥熟料，剩余物经三级磁选，得到高纯铁粉、海绵铁。该工艺无废水、废渣排放，冶炼能耗是现有海绵铁生产能耗的1/5，矿石中加入脱硫剂，使尾气排放达到国家排放标准。如果水泥厂采用该工艺，不仅可在同等能耗的情况下生产水泥熟料，而且可以生产出国家急需的海绵铁、高级铁粉或铁块，缓解我国铁矿石进口压力，效益极好。
文档编号C21B13/00GK102618685SQ20111002811
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者姜洪金, 安翠翠, 杨旭东, 王恩礼 申请人:姜洪金