制备铁的方法和系统与流程

本发明涉及制备铁的方法和实施前述制备铁的方法的系统。

背景技术：

钒钛磁铁矿主要生成于基性或超基性岩体中，其中含有多种矿物，主要是铁、铁、铬的氧化物和各种硅酸盐矿物，还有少量的硫、砷化合物，磷酸盐矿物等。常见的有价矿石矿物主要为钛磁铁矿和铁铁矿，此外还有少量的磁铁矿、赤铁矿和硫化物等。铁磁铁矿是一种含有钛铁矿、铁晶石、镁晶石等固溶体分离物的磁铁矿，经区域变化可结晶为钛铁矿和磁铁矿。

钒钛磁铁精矿是钒钛磁铁矿选矿获得的主要产物之一，主要矿物是含钒的钛磁铁矿，其中的主要有价元素是铁、钒和钛，钒以类质同象形式赋存于钛磁铁矿中，置换高价铁离子。钛磁铁矿是由主晶矿物、客晶矿、钛铁矿、铝镁尖晶石等形成的复合体。

从目前的研究现状来看，对钒钛磁铁精矿的综合利用主要是从如何回收铁、钒和钛开展的，其中具有代表性的方法主要有高炉法，预还原-电炉法，还原-磨选法和钠化提还原电炉法等。但矿物球团易粉化，还原效果不佳，金属回收率低。

由此，利用钒钛磁铁精矿制备铁的方法有待改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备铁的方法，该方法针对钒钛磁铁矿球团还原过程中由于晶型转变而导致的体积膨胀问题，将钒钛磁铁矿粉末在成型处理前进行磁化焙烧处理，从而缓解球团的膨胀粉化，同时降低反应温度，减少含碳球团内还原剂用量，有助于球团进行还原焙烧处理。

因而，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备铁的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将钒钛磁铁矿粉末与碳粉混合，在氮气气氛下进行磁化焙烧处理，以便得到磁化后的矿粉；将所述磁化后的矿粉与煤粉和粘结剂进行混料处理，以便得到混合物；将所述混合物进行成型处理，以便得到球团；将所述球团进行还原焙烧处理，以便得到金属化球团；以及将所述金属化球团进行渣铁分离处理，以便得到铁和废渣。

根据本发明实施例的制备铁的方法，针对钒钛磁铁矿球团还原过程中由于晶型转变而导致的体积膨胀问题，将钒钛磁铁矿粉末在成型处理前进行磁化焙烧处理，由于钒钛磁铁矿的主要矿物组成为钛铁晶石、钛赤铁矿、钛磁铁矿和钙钛矿等，经过磁化焙烧后钒钛矿中的钛赤铁矿大部分转化为钛磁铁矿，通常铁矿石在还原过程中要发生晶型转变，尤其是Fe₂O₃向Fe₃O₄还原过程中，体积发生膨胀从而导致粉化现象的发生，而经过磁化焙烧后的钒钛矿可以有效抑制由于还原过程中因矿石内晶型的转变而产生的体积膨胀，此外磁化焙烧的钒钛矿在脱硫等方面也具有很好效果。由此，利用本发明的方法有效地解决了球团直接还原入炉易粉化的问题，钒钛磁铁矿的还原效率高，效果好，金属化率高。

另外，根据本发明上述实施例的制备铁的方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述钒钛磁铁矿粉末的粒度为100目～200目。

根据本发明的实施例，所述磁化焙烧处理中，所述钒钛磁铁矿粉末与所述碳粉的质量比为(0.9～1.2)：1。

根据本发明的实施例，所述磁化焙烧处理的温度为700～900℃，时间为30～60分钟。

根据本发明的实施例，所述煤粉的粒度不大于1毫米。

根据本发明的实施例，所述煤粉的质量为所述钒钛磁铁矿粉末质量的(25～30)％。

根据本发明的实施例，所述粘结剂的质量占所述混合物质量的(4～6)％。

根据本发明的实施例，所述还原焙烧处理的温度为1200～1350℃，时间为20～40分钟。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种实施前述制备铁的方法的系统。参考图2，根据本发明的实施例，该系统包括：磁化焙烧装置，磁化焙烧装置具有钒钛磁铁矿粉末入口、碳粉入口、氮气入口和磁化后的矿粉出口；混料装置，所述混料装置具有磁化后的矿粉入口、煤粉入口、粘结剂入口和混合物出口，所述磁化后的矿粉入口与所述磁化后的矿粉出口相连；成型装置，所述成型装置具有混合物入口和球团出口，所述混合物入口与所述混合物出口相连；还原焙烧装置，所述还原焙烧装置具有球团入口和金属化球团出口，所述球团入口与所述球团出口相连；以及渣铁分离装置，所述渣铁分离装置具有金属化球团入口、铁出口和排渣口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连。

根据本发明实施例的制备铁的系统，针对钒钛磁铁矿球团还原过程中由于晶型转变而导致的体积膨胀问题，将混料装置前连接磁化焙烧装置，将钒钛磁铁矿粉末进行磁化焙烧处理，由于钒钛磁铁矿的主要矿物组成为钛铁晶石、钛赤铁矿、钛磁铁矿和钙钛矿等，经过磁化焙烧装置进行磁化焙烧后钒钛矿中的钛赤铁矿大部分转化为钛磁铁矿，通常铁矿石在还原过程中要发生晶型转变，尤其是Fe₂O₃向Fe₃O₄还原过程中，体积发生膨胀从而导致粉化现象的发生，而经过磁化焙烧后的钒钛矿可以有效抑制由于还原过程中因矿石内晶型的转变而产生的体积膨胀，此外磁化焙烧的钒钛矿在脱硫等方面也具有很好效果。由此，利用本发明的系统有效地解决了球团直接还原入炉易粉化的问题，钒钛磁铁矿的还原效率高，效果好，金属化率高。

根据本发明的实施例，磁化焙烧装置为马弗炉。

根据本发明的实施例，还原焙烧装置为转底炉。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本发明一个实施例的制备铁的方法的流程示意图；

图2显示了根据本发明一个实施例的制备铁的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

制备铁的方法

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备铁的方法。参考图1，根据本发明的实施例，对该制备铁的方法进行解释说明，该方法包括：

S100磁化焙烧处理

根据本发明的实施例，将钒钛磁铁矿粉末与碳粉混合，在氮气气氛下进行磁化焙烧处理，得到磁化后的矿粉。由于钒钛磁铁矿的主要矿物组成为钛铁晶石、钛赤铁矿、钛磁铁矿和钙钛矿等，经过磁化焙烧后钒钛矿中的钛赤铁矿大部分转化为钛磁铁矿，通常铁矿石在还原过程中要发生晶型转变，尤其是Fe₂O₃向Fe₃O₄还原过程中，体积发生膨胀从而导致粉化现象的发生，而经过磁化焙烧后的钒钛矿可以有效抑制由于还原过程中因矿石内晶型的转变而产生的体积膨胀，此外磁化焙烧的钒钛矿在脱硫等方面也具有很好效果。

根据本发明的实施例，钒钛磁铁矿粉末的粒度为100目～200目。由此，钒钛磁铁矿粉末的粒径小，比表面积大，与煤接触的表面积增加，有利于钒钛磁铁矿粉末磁化焙烧处理和还原焙烧处理。

在此，对本文中所用术语“煤粉”和“碳粉”进行说明，二者的主要成份相同，但与普通煤粉相比，碳粉固定碳含量高，因此热值较高，挥发分、硫含量较低，杂质较少，质量好。根据本发明的实施例，碳粉可以为兰炭、焦炭和活性炭。

根据本发明的实施例，磁化焙烧处理中，钒钛磁铁矿粉末与碳粉的质量比为(0.9～1.2)：1。由此，钒钛磁铁矿粉末中的Fe₂O₃还原为Fe₃O₄的还原率高，还原效果好。如果碳粉比例过低，Fe₂O₃无法充分还原为Fe₃O₄，而如果碳粉比例过高，则Fe₂O₃易被直接还原为单质铁，不利于后续的处理。

根据本发明的实施例，磁化焙烧处理的温度为700～900℃，时间为30～60分钟。由此，矿粉的磁化效果好。例如，当磁化焙烧温度为700℃，焙烧时间为30min时，80％左右的矿粉能够被磁化，当提高磁化焙烧温度到850℃，焙烧时间延长至45min时，有95％以上的矿粉能够被磁化。

S200混料处理

根据本发明的实施例，将磁化后的矿粉与煤粉和粘结剂进行混料处理，得到混合物。由此，以磁化后的矿粉为原料进行还原焙烧处理，缓解球团的膨胀粉化，同时降低反应温度，减少含碳球团内还原剂用量，有助于球团进行还原焙烧处理。

根据本发明的实施例，煤粉的粒度不大于1毫米。由此，煤粉的粒径小，比表面积大，与钒钛磁铁矿粉末接触的表面积增加，有利于钒钛磁铁矿粉末的还原焙烧处理。

根据本发明的实施例，煤粉为无烟煤。

根据本发明的实施例，煤粉的质量为钒钛磁铁矿粉末质量的(25～30)％。由此，钒钛磁铁矿粉末中金属还原的效率高，节省原材料的用量，避免原料剩余，降低生产成本，具有显著地经济效益。如果煤粉的比例过低则不足以实现渣中化合物的还原，难以维持球团周围的还原性气氛，金属还原的效率低，而煤的比例过高，则球团内硫含量高。

根据本发明的实施例，粘结剂的质量占混合物质量的(4～6)％。由此，粘结效果好，后续得到的球团的硬度适宜。

S300成型处理

根据本发明的实施例，将混合物进行成型处理，得到球团。由此，将混合物形成粒径适宜的球团，便于后续的还原焙烧处理。

根据本发明的实施例，粘结剂选用淀粉或聚乙烯醇等有机粘结剂。由此，粘结效果好，球团的硬度适宜。

根据本发明的实施例，成型处理过程中，水分加入量控制在混合物质量的6～10％。由此，球团易于成型，且湿度适宜。

根据本发明的实施例，进一步包括：将球团进行烘干处理，该烘干处理的温度一般为105℃左右，干燥后入炉球团水分<2％。由此，烘干后的球团硬度适宜，0.5m高自由落到钢板上的落下强度达到5～8次，并且球团的含水量少，有利于后续的还原焙烧处理。

S400还原焙烧处理

根据本发明的实施例，将球团进行还原焙烧处理，得到金属化球团。由此，通过还原焙烧处理，球团中的铁的氧化物还原为单质铁。

根据本发明的实施例，还原焙烧处理的温度为1200～1350℃，时间为20～40分钟。由此，还原处理的效率高，效果好。根据本发明的优选实施例，当还原焙烧处理的温度升高至1350℃时，保持时间约20min，还原效果更好，金属化高。

S500渣铁分离处理

根据本发明的实施例，将金属化球团进行渣铁分离处理，得到铁和废渣。根据本发明的实施例，渣铁分离处理可以为磨矿磁选处理。

制备铁的系统

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种实施前述制备铁的方法的系统。参考图2，根据本发明的实施例，该系统包括：磁化焙烧装置100、混料装置200、成型装置300、还原焙烧装置400和渣铁分离装置500。下面对各装置进行具体解释：

磁化焙烧装置100：根据本发明的实施例，磁化焙烧装置100具有钒钛磁铁矿粉末入口101、碳粉入口102、氮气入口103和磁化后的矿粉出口104，磁化焙烧装置100将钒钛磁铁矿粉末与碳粉混合，在氮气气氛下进行磁化焙烧处理，得到磁化后的矿粉。由于钒钛磁铁矿的主要矿物组成为钛铁晶石、钛赤铁矿、钛磁铁矿和钙钛矿等，经过磁化焙烧后钒钛矿中的钛赤铁矿大部分转化为钛磁铁矿，通常铁矿石在还原过程中要发生晶型转变，尤其是Fe₂O₃向Fe₃O₄还原过程中，体积发生膨胀从而导致粉化现象的发生，而经过磁化焙烧后的钒钛矿可以有效抑制由于还原过程中因矿石内晶型的转变而产生的体积膨胀，此外磁化焙烧的钒钛矿在脱硫等方面也具有很好效果。

根据本发明的实施例，钒钛磁铁矿粉末的粒度为100目～200目。由此，钒钛磁铁矿粉末的粒径小，比表面积大，与煤接触的表面积增加，有利于钒钛磁铁矿粉末磁化焙烧处理和还原焙烧处理。

根据本发明的实施例，碳粉为兰炭、焦炭、活性炭。

根据本发明的实施例，磁化焙烧处理中，钒钛磁铁矿粉末与碳粉的质量比为(0.9～1.2)：1。由此，钒钛磁铁矿粉末中的Fe₂O₃还原为Fe₃O₄的还原率高，还原效果好。如果碳粉比例过低，Fe₂O₃无法充分还原为Fe₃O₄，而如果碳粉比例过高，则Fe₂O₃易被直接还原为单质铁，不利于后续的处理。

根据本发明的实施例，磁化焙烧处理的温度为700～900℃，时间为30～60分钟。由此，矿粉的磁化率高，磁化效果好。例如，当磁化焙烧温度为700℃，焙烧时间为30min时，80％左右的矿粉能够被磁化，当提高磁化焙烧温度到850℃，焙烧时间延长至45min时，有95％以上的矿粉能够被磁化。

混料装置200：根据本发明的实施例，该混料装置200具有磁化后的矿粉入口201、煤粉入口202、粘结剂入口203和混合物出口204，其中，磁化后的矿粉入口201与磁化后的矿粉出口104相连，该混料装置200将磁化后的矿粉与煤粉和粘结剂进行混料处理，得到混合物。由此，以磁化后的矿粉为原料进行还原焙烧处理，缓解球团的膨胀粉化，同时降低反应温度，减少含碳球团内还原剂用量，有助于球团进行还原焙烧处理。

根据本发明的实施例，煤粉的粒度不大于1毫米。由此，煤粉的粒径小，比表面积大，与钒钛磁铁矿粉末接触的表面积增加，有利于钒钛磁铁矿粉末的还原焙烧处理。

根据本发明的实施例，煤粉为无烟煤。

根据本发明的实施例，煤粉的质量为钒钛磁铁矿粉末质量的(25～30)％。由此，钒钛磁铁矿粉末中金属还原的效率高，节省原材料的用量，避免原料剩余，降低生产成本，具有显著地经济效益。如果煤粉的比例过低则不足以实现渣中化合物的还原，难以维持球团周围的还原性气氛，金属还原的效率低，而煤的比例过高，则球团内硫含量高。

根据本发明的实施例，粘结剂的质量占混合物质量的(4～6)％。由此，粘结效果好，后续得到的球团的硬度适宜。

成型装置300：根据本发明的实施例，该成型装置300具有混合物入口301和球团出口302，其中，混合物入口301与混合物出口204相连，该成型装置300将混合物进行成型处理，得到球团。由此，将混合物形成粒径适宜的球团，便于后续的还原焙烧处理。

根据本发明的实施例，粘结剂选用淀粉或聚乙烯醇等有机粘结剂。由此，粘结效果好，球团的硬度适宜。

根据本发明的实施例，成型处理过程中，水分加入量控制在混合物质量的6～10％。由此，球团易于成型，且湿度适宜。

根据本发明的实施例，进一步包括：烘干装置，该烘干装置与成型装置相连，用于将球团进行烘干处理，该烘干处理的温度一般为105℃左右，干燥后入炉球团水分<2％。由此，烘干后的球团硬度适宜，0.5m高自由落到钢板上的落下强度达到5～8次，并且球团的含水量少，有利于后续的还原焙烧处理。

还原焙烧装置400：根据本发明的实施例，该还原焙烧装置400具有球团入口401和金属化球团出口402，其中，球团入口401与球团出口302相连，该还原焙烧装置400将球团进行还原焙烧处理，得到金属化球团。由此，通过还原焙烧处理，球团中的铁的氧化物还原为单质铁。

根据本发明的实施例，还原焙烧处理的温度为1200～1350℃，时间为20～40分钟。由此，还原处理的效率高，效果好。根据本发明的优选实施例，当还原焙烧处理的温度升高至1350℃时，保持时间约20min，还原效果更好，金属化高。

渣铁分离装置500：根据本发明的实施例，该渣铁分离装置500具有金属化球团入口501、铁出口502和排渣口503，其中，金属化球团入口501与金属化球团出口402相连，该渣铁分离装置500将金属化球团进行渣铁分离处理，得到铁和废渣。

根据本发明的一些实施例，渣铁分离装置500为磨矿机和磁选机。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

利用本发明实施例的方法，以钒钛磁铁矿为原料制备铁，其中，钒钛磁铁矿的成分：TFe59.49％，TiO₂16.32％，V₂O₅1.04％，具体方法如下：

(1)取钒钛磁铁矿矿粉100份，100目～200目的占90％，配碳系数为1.05进行磁化焙烧，磁化焙烧的温度为900℃，焙烧时间为1h，整个过程在通氮气保护气氛的条件下进行，得到磁化后钒钛矿精矿粉。

(2)采用1mm以下的宁夏煤为配料进行混料造球，其中宁夏煤的成份为：固定碳83.59％，灰分9.08％，挥发分6.05％，全硫0.51％。物料配比为：磁化后钒钛矿精矿粉：煤粉：粘结剂＝100：25：7，混匀后采用对辊压球机制成球团。

(3)球团烘干后通过布料机进入转底炉炉底，双层布料，炉内的还原温度在1250～1350℃，其中1350℃保持时间约20min，整个还原过程40min。转底炉还原后的金属化率达到90.4％，粉化率降到2％。

实施例2

利用本发明实施例的方法，以钒钛磁铁矿为原料制备铁，其中，钒钛磁铁矿成分：TFe59.49％，TiO₂16.32％，V₂O₅1.04％，具体方法如下：

(1)取钒钛磁铁矿矿粉100份，100目～200目的占90％，配碳系数为1.1进行磁化焙烧，磁化焙烧的温度为950℃，焙烧时间为1.5h，整个过程在通氮气保护气氛的条件下进行，得到磁化后钒钛矿精矿粉。

(2)采用1mm以下的宁夏煤为配料进行混料造球，其中宁夏煤的成份为：固定碳83.59％，灰分9.08％，挥发分6.05％，全硫0.51％，物料配比为：磁化后钒钛矿精矿粉：煤粉：粘结剂＝100：25：7，混匀后采用对辊压球机制成球团。

(3)球团经烘干后通过布料机进入转底炉炉底，双层布料。炉内的还原温度在1250～1350℃，其中1350℃保持时间约20min，整个还原过程40min。转底炉预还原后的金属化率达到91.1％，粉化率降到1.5％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。