一种含有铬铁矿和钛铁矿矿石的分选装置及分选方法与流程

本发明涉及矿石分选技术领域，具体涉及一种含有铬铁矿和钛铁矿矿石的分选装置及分选方法。

背景技术：

目前，全球有三十多个国家拥有钛资源，主要分布在澳大利亚、南非、加拿大、中国和印度，加拿大、中国和印度大多是岩矿，澳大利亚、美国则基本是砂矿。在全球钛资源储量中，钛铁矿约占94％，其余是金红石矿。中国的钛铁矿储量约占全球钛铁矿储量的27.80％，澳大利亚金红石储量约占全球总量的50％。钛由于其优异的性能已成为工程技术及高科技领域中的关键及支撑性材料，有望成为继铁、铝之后崛起的“第三金属”，有人甚至将21世纪称为是“钛的世纪”。

我国钛铁矿主要以原生钛铁矿为主，占资源总量的94.5％，钛砂矿资源约占3.6％；脉石矿物主要为高岭石、石英、辉石、绿泥石等。钛产业链由钛矿开采、海绵钛生产、熔铸钛锭、钛材成型、钛材应用和废钛回收等环节构成一个循环体系。钛工业的大体流程是以钛铁矿或金红石为原料经过多道工序生产出高纯四氯化钛，再用镁作还原剂将四氯化钛中的钛还原出来，最后以海绵钛为原料生产钛材和钛粉。据TMZI统计，全球90％的钛精矿被用来生产钛白粉、4％用在生产海绵钛、6％用在钛焊条等其他方面。

铬是重要的战略物资之一，是冶炼不锈钢的重要原料，在冶金、化工和耐火材料等领域具有广泛的应用。铬铁矿矿床一类主要产于以斜辉辉橄岩为主的纯橄岩-斜辉辉橄岩型镁质岩体中，该部分矿床中Cr₂O₃含量较高(>20％)；另一类主要产于以纯橄岩为主的纯橄岩-单辉辉石岩型岩体中，该部分矿床多为贫矿(Cr₂O₃含量约5％-20％)。

目前，对于含有铬铁矿的钛铁矿矿石类型资源，由于钛铁矿和铬铁矿的物理化学性质相近，采用常规的重选、磁选以及磁-重联合等选矿方法均不能获得理想的钛铬分离效果。当钛精矿中Cr₂O₃含量大于0.3％时将导致氯化钛白生产无法正常进行；如果铬铁矿精矿中钛铁矿含量过高，也将影响后续冶炼产品的质量。美国专利“从钛铁矿中排除铬铁矿杂质的方法”及中国专利“一种含有钛铁矿和铬铁矿矿石的分离方法”均提出了采用流态化技术进行钛铁矿的氧化焙烧工艺，但焙烧时间均在10分钟以上，“一种含有钛铁矿和铬铁矿矿石的分离方法”申请保护的氧化焙烧时间甚至高达1-1.5小时，焙烧时间较长，分选成本过高。

为此，研发一种焙烧时间短、生产成本低的铬铁矿和钛铁矿分离的装置及利用该装置进行钛铬分离的方法具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种焙烧时间短、生产成本低、生产效率高、能耗低、产品质量好的含有铬铁矿和钛铁矿矿石的分选装置及分选方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种含有铬铁矿和钛铁矿矿石的分选装置，包括焙烧单元、余热回收单元和除尘单元，所述焙烧单元包括旋风预热器、焙烧炉和集料器，所述旋风预热器的排气口与所述除尘单元的进气口连通，所述旋风预热器的出料口连通至所述焙烧炉的进料口，焙烧炉的出料口连通至所述集料器的进料口，所述集料器的出料口与所述余热回收单元的进料口连通。通过在焙烧炉的前段设置旋风预热器，通过旋风预热器将含有铬铁矿和钛铁矿矿石预先进行预热，充分预热后的矿石再进入焙烧炉中实现钛铁矿的氧化焙烧，直接在流化态下进行焙烧有效提高了物料的传热传质效果，提高了氧化反应的速度，在30s-180s内即可完成钛铁矿的磁性转化，大大缩短了焙烧时间，节省了生产成本。

作为对上述技术方案的进一步改进：

优选的，所述旋风预热器的级数为2-3级，上一级旋风预热器的进气口与下一级旋风预热器的排气口通过提升管道相连。采用多级旋风预热器，经多级旋风预热后的物料温度达到600℃-800℃。

优选的，所述余热回收单元包括旋风冷却器和流化床冷却器，所述旋风冷却器的进料口与所述集料器的出料口连通，集料器与旋风冷却器连接的管道上设有一密封阀，所述旋风冷却器的出料口连通至所述流化床冷却器的进料口。余热回收单元采用多级旋风冷却器和流化床冷却器，经焙烧后的物料先在旋风冷却器内采用空气进行冷却，后在流化床冷却器内采用空气+水再次进行冷却，换取的热量可进行回收利用，实现了焙烧矿余热的充分利用，有利于进一步降低工艺成本。

更优选的，所述旋风冷却器的级数为2-3级，上一级旋风冷却器的进气口与下一级旋风冷却器的排气口通过提升管道相连，所述流化床冷却器内铺设有3-6层换热组件，多层所述换热组件错位安装。如此，换热效率更高，余热回收效果更好。

优选的，所述换热组件为换热板或换热管，换热组件中的换热介质为水，换热组件的一端与外部高位储水槽连通，另一端与外部的余热利用系统相连。

优选的，所述旋风冷却器的排气口连通至所述焙烧炉，所述除尘单元包括收尘器，所述收尘器的进气口与所述旋风预热器的排气口连通，收尘器的排气口与一引风机相连。

作为一个总的技术构思，本发明另一方面提供了一种采用上述分选装置分选含有铬铁矿和钛铁矿矿石的方法，包括以下步骤：

S1：将含有铬铁矿和钛铁矿的矿石采用重选或者分级-弱磁-强磁工艺进行选别，抛出大量的脉石矿物，对钛铁矿和铬铁矿进行富集，得到钛铁矿和铬铁矿的混合粗精矿；

S2：将步骤S1得到的混合粗精矿送入多级旋风预热器进行预热，经充分预热后的混合粗精矿再进入焙烧炉(2)进行焙烧，得到氧化焙烧产物；

S3：将步骤S2所得氧化焙烧产物输送至旋风冷却器内，使氧化焙烧产物与空气进行热交换，再进入流化床冷却器内与空气及换热组件进行热交换；

S4：将经流化床冷却器换热后的氧化焙烧产物用干式磁选机进行磁选，得到钛铁矿精矿；

S5：将经过干式磁选机磁选后得到的尾矿进行重选，得到铬铁矿精矿。

进一步的，步骤S3中，将所述旋风冷却器和所述流化床冷却器内经换热后被加热的空气通入焙烧炉内作为助燃气；将所述换热组件内经热交换后得到的热水用作选矿厂的日常用水或进行余热发电。

进一步的，步骤S1中，所述分级-弱磁-强磁工艺中弱磁选的磁场强度为79.58kA/m-238.73kA/m，强磁选的磁场强度为397.89kA/m-795.77kA/m；步骤S2中，经多级旋风预热器预热后物料的温度为600℃-800℃，所述焙烧炉的焙烧温度为600℃-1000℃，空气过剩系数为1.1-1.5，氧化焙烧时间为30s-180s。由于采用了旋风预热器预先将混合粗精矿加热，使其在流化态下进行焙烧，大大缩短了氧化焙烧时间，在30s-180s内即可完成矿石的磁性转化，而现有分选方法的焙烧时间一般在10分钟以上，有的甚至需要1小时以上。

进一步的，步骤S3中，经流化床冷却器进行换热后的氧化焙烧产物的温度为30℃-100℃；步骤S4中，所述干式磁选机的磁场强度为159.15kA/m-636.62kA/m，磁选次数为1-3次；步骤S5中，所述重选操作所用的设备为螺旋溜槽、离心机或摇床。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明通过在焙烧炉之前设置旋风预热器，先对矿石进行预热，然后进入焙烧炉，在流化态下实现钛铁矿的氧化焙烧，该设备传热传质效果好、氧化反应速度快，可在30s-180s内完成钛铁矿的磁性转化，大大缩短了焙烧时间，节省了生产成本。

(2)本发明的余热回收单元包括依次连接的多级旋风冷却器和流化床冷却器，经焙烧后的物料先在旋风冷却器内采用空气进行冷却，得到的预热空气用作焙烧炉的助燃气，后在流化床冷却器内采用空气+水的冷却方式再次将焙烧矿进行冷却，热水可用于选矿厂的日常用水或余热发电，实现了焙烧矿余热的充分利用，有利于进一步降低工艺成本。

(3)本发明的旋风预热器、焙烧炉、集料器、旋风冷却器、流化床冷却器及收尘器内均无运动部件，装备处理能力大，操作简单可靠、可控。

总体而言，本发明的分选装置及分选方法具有高效、高产能(单位容积产能大)、低能耗、低成本、产品质量好等优点，对于钛铁矿资源的合理有效利用具有重要意义。

附图说明

图1为本发明含有铬铁矿和钛铁矿矿石的分选装置的结构示意图。

图2为本发明分选方法的工艺原则流程图。

图例说明：

1、旋风预热器；2、焙烧炉；3、集料器；4、旋风冷却器；5、流化床冷却器；6、密封阀；7、收尘器；8、引风机。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1所示，本发明含有铬铁矿和钛铁矿矿石的分选装置的一种实施例，该分选装置包括焙烧单元、余热回收单元和除尘单元。其中焙烧单元包括旋风预热器1、焙烧炉2和集料器3，旋风预热器1的排气口与除尘单元的进气口连通，旋风预热器1的出料口连通至焙烧炉2的进料口，焙烧炉2的出料口连通至集料器3的进料口，集料器3的出料口与余热回收单元的进料口连通。其中旋风预热器1的级数优选为2-3级，上一级旋风预热器1的进气口与下一级旋风预热器1的排气口通过提升管道相连。

余热回收单元包括旋风冷却器4和流化床冷却器5，旋风冷却器4的进料口与集料器3的出料口连通。集料器3与旋风冷却器4连接的管道上设有密封阀6。旋风冷却器4的出料口连通至流化床冷却器5的进料口。旋风冷却器4的级数优选为2-3级，多级旋风冷却器4采用自上而下交错排列，上一级旋风冷却器4的进气口与下一级旋风冷却器4的排气口通过提升管道相连。流化床冷却器5内自上而下铺设有3-6层换热组件，多层换热组件错位安装。换热组件为换热板或换热管，换热组件中的换热介质为水，换热组件的一端与外部高位储水槽连通构成循环水系统，另一端与外部的余热利用系统相连。旋风冷却器4的排气口连通至焙烧炉2，旋风冷却器4和流化床冷却器5内经换热后被加热的空气通入焙烧炉2内作为助燃气与燃料混合后于焙烧炉2内完成燃烧，燃料的燃烧与矿石的磁化在同一焙烧炉2内完成。除尘单元包括收尘器7，收尘器7的进气口与旋风预热器1的排气口连通，收尘器7的排气口与一引风机8相连。旋风预热器1排出的烟气经收尘器7和引风机8除尘后高空排放，收尘器7底部收集的粉尘返回料仓。

实施例2：

本发明含有铬铁矿和钛铁矿矿石的分选方法的一种实施例。其工艺原则流程图如图2所示，主要包括以下步骤：

(1)原料预富集：取某海滨砂作为矿石样品，该样品中钛矿物主要是钛铁矿，其次为金红石；铁矿物包括钛磁铁矿、假象赤铁矿和赤铁矿；铬矿物一部分为铬铁矿，一部分为铬铁尖晶石；脉石矿物含量最高的是石英，其次为辉石、斜长石、蒙脱石、高岭石和滑石。对样品进行化学分析表明，钛铁矿含量为4.83％(均为质量百分比含量)、金红石含量为0.21％、铬矿物含量为0.83％。经分级-弱磁-强磁预处理后，获得TiO₂含量39.83％、Cr₂O₃含量4.15％的钛铬混合粗精矿；

(2)氧化焙烧：将步骤(1)得到的混合粗精矿经计量后给入焙烧单元中，控制焙烧单元条件为：一级旋风预热器1的出口温度150℃左右；焙烧给矿经1、2、3三级旋风预热器1预热至600℃左右后进入焙烧炉2内进行氧化焙烧，焙烧炉2的温度控制在630℃左右，其空气过剩系数设为1.2(即通入焙烧炉2内的空气量为混合粗精矿完全氧化所需的理论空气量的1.2倍)；

(3)余热回收：将步骤(2)获得的氧化焙烧产物通过密封阀6后进入余热回收单元，物料在氧化焙烧和余热回收过程总时间约为180s，使得焙烧矿经三级旋风冷却器4和流化床冷却器5冷却后温度降至70℃左右；

(4)选别：将经过余热回收后的产品采用磁场强度为318.31kA/m的干式中磁选机进行一次粗选、一次精选和一次扫选共3次选别，得到TiO₂含量为47.04％、Cr₂O₃含量为0.23％的钛铁矿精矿；干式中强磁选尾矿通过摇床重选得到Cr₂O₃含量为52.65％的铬铁矿精矿，实现钛铁矿与铬铁矿的分离。

实施例3：

本发明含有铬铁矿和钛铁矿矿石的分选方法的一种实施例。其工艺原则流程图如图2所示，主要包括以下步骤：

(1)原料预富集：取某海滨砂作为矿石样品，该样品中钛矿物主要是钛铁矿；脉石矿物主要为石英和铬铁矿，其次为长石、高岭石、绿泥石和云母等。对样品进行化学分析表明，钛铁矿含量为28.74％、铬矿物含量为2.43％。经分级-弱磁-强磁预处理后，获得TiO₂含量34.30％、Cr₂O₃含量3.54％的钛铬混合粗精矿；

(2)氧化焙烧：将步骤(1)得到的混合粗精矿经计量后给入焙烧单元中，控制焙烧单元条件为：一级旋风预热器1的出口温度170℃左右；焙烧给矿经1、2、3三级旋风预热器1预热至630℃左右后进入焙烧炉2内进行氧化焙烧，焙烧炉2的温度控制在650℃左右，其空气过剩系数设为1.2；

(3)余热回收：将步骤(2)获得的氧化焙烧产物通过密封阀6后进入余热回收单元，物料在氧化焙烧和余热回收过程总时间约为150s，使得焙烧矿经三级旋风冷却器4和流化床冷却器5冷却后温度降至70℃左右；

(4)选别：将经过余热回收后的产品采用磁场强度为318.31kA/m的干式中磁选机进行一次粗选、一次精选和一次扫选共3次选别，得到TiO₂含量为46.94％、Cr₂O₃含量为0.27％的钛铁矿精矿，实现了钛铁矿与铬铁矿的分离。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。