制备磁性铁粉产品的系统和方法与流程

本发明属于冶金领域，具体涉及制备磁性铁粉产品的系统和方法。

背景技术：

有色冶金渣是指火法提取有色金属如铜、镍等产生的渣，其中含有约40％的铁，其主要以铁橄榄石(2feo·sio2)形式存在，还有少量以磁铁矿(fe3o4)形式存在。由于铁橄榄石直接还原难度较大，且该类冶金渣中的硫含量一般较高，若直接进行还原提取铁，则硫元素会进入铁中，成为产品杂质。

赤泥是铝土矿提取氧化铝后所产生的最主要的固体残渣，因其中含有大量氧化铁而呈现红色，因此称之为赤泥。目前赤泥除了少部分应用于水泥生产、制砖等用途外，大多处于露天筑坝堆存状态。赤泥中含有fe2o3、cao、mgo等物质。

电石渣是在乙炔、聚氯乙烯、聚乙烯醇等工业产品生产过程中，电石水解后产生的沉淀物，主要成份是氢氧化钙。电石渣长期堆积不但占用大量土地，且对土地有严重的侵蚀作用。因此，国家环境保护部已将电石渣纳入第ⅱ类一般工业固体废物，要求进行管理。目前，生产过程中产生的电石渣均是作为废弃物处理，因此，处理这些电石渣废弃物不仅需要花费大量的人力物力，还造成了资源的浪费。

技术实现要素：

针对工业固废处理难度大的问题，本发明通过采用氧化铝生产过程中产生的废渣赤泥和生产电石过程中产生的废渣电石渣作为球团外壳、生产有色金属过程中产生的冶金渣作为球团内核，制备磁性铁产品。

本发明提供的制备磁性铁粉产品的系统，包括：

第一混合装置，设有有色冶金渣入口、粘结剂入口和第一混合料出口；

成型装置，设有第一混合料入口和第一球团出口，所述第一混合料入口与所述第一混合装置的第一混合料出口相连；

第二混合装置，设有赤泥入口、电石渣入口和第二混合料出口；

包裹装置，设有第一球团入口、第二混合料入口和包裹球团出口，所述第一球团入口与所述成型装置的第一球团出口相连，第二混合料入口与所述第二混合装置的第二混合料出口相连；

氧化焙烧装置，设有包裹球团入口、氧化性气体入口和氧化球团出口，所述包裹球团入口与所述包裹装置的包裹球团出口相连；

还原焙烧装置，设有氧化球团入口、还原气入口、还原球团出口和粉化外壳出口，所述氧化球团入口与所述氧化焙烧装置的氧化球团出口相连；

分离磁选装置，设有还原球团入口、磁性铁粉出口和非磁性物质出口，所述还原球团入口与所述还原焙烧装置的还原球团出口相连。

优选地，上述系统还包括：

第一破碎装置，设有原料入口和粉料出口，所述粉料出口与所述第一混合装置的有色冶金渣入口相连；

第二破碎装置，设有原料入口和粉料出口，所述粉料出口与所述第二混合装置的电石渣入口相连；

烘干装置，设有原料入口和烘干料出口，所述烘干料出口与所述第二混合装置的赤泥入口相连。

本发明还提供了一种利用上述系统制备磁性铁粉的方法，包括如下步骤：

准备有色冶金渣、赤泥和电石渣；

将所述有色冶金渣送入所述第一混合装置中与粘结剂混合均匀，获得第一混合料；

将所述第一混合料送入所述成型装置中成型，获得第一球团；

将赤泥和电石渣送入第二混合装置中混合均匀，获得第二混合料；

将所述第一球团和所述第二混合料送入所述包裹装置中，将所述第二混合料裹附在所述第一球团的表面，获得包裹球团；

将所述包裹球团送入所述氧化焙烧装置中，在氧化气氛中进行焙烧，获得氧化球团；

将所述氧化球团送入所述还原焙烧装置中，在弱还原气氛下进行焙烧，获得还原球团和粉化外壳；

将所述还原球团送入所述分离磁选装置中，破碎后进行磁选，获得磁性铁粉。

优选地，所述电石渣中的氧化钙(cao)与所述有色冶金渣中的硫的摩尔比为(2-5)：1。

优选地，所述赤泥与所述电石渣的质量比为(3-6)：10。

优选地，所述包裹球团在所述氧化焙烧装置中的焙烧温度为800℃-1200℃。

优选地，所述氧化气氛中氧气(o2)的体积百分含量≥20％。

优选地，所述氧化球团在所述还原焙烧装置中的焙烧温度为600℃-1000℃。

优选地，所述弱还原气氛中一氧化碳(co)的体积百分含量为2000ppm-5000ppm，氧气(o2)的体积百分含量为3％-7％。

优选地，所述有色冶金渣中铁的质量百分含量≥40％。

优选地，所述电石渣中cao的质量百分含量≥56％。

优选地，所述赤泥中三氧化二铁(fe2o3)的质量百分含量≥35％，氧化钠(na2o)和氧化钾(k2o)的质量百分含量之和≥3％，二氧化钛(tio2)的质量百分含量≥1.7％。

本发明产品磁选铁粉仅采用多种工业固废作为原料，添加少量常规粘结剂，产品铁品位高、硫含量低，是优质产品，可作为炼钢原料使用。

本发明中的原料均为多种行业的固废产物，通过综合利用可以解决堆存问题，有利于改善环境。

本发明中包裹球团的外壳不需要采用设备去除，即可获得内部还原的含铁球团。

附图说明

图1为本发明实施例中的制备磁性铁粉的系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的制备磁性铁粉的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明将有色冶金渣和一定的粘结剂混合均匀后制成球团，赤泥和电石渣按照一定比例混合均匀后作为外壳包裹在球团上，形成包裹球团。首先将包裹球团在氧化气氛下进行焙烧一段时间，再进入弱还原性气氛中进行焙烧，促使球团外壳在还原过程中发生膨胀破裂，即可得到还原后的球团。将还原球团进行破碎磁选，即可获得铁品位高、硫含量低的磁性铁粉

如图1所示，本发明提供的制备磁性铁粉的系统包括：第一破碎装置1、第一混合装置2、成型装置3、烘干装置4、第二破碎装置5、第二混合装置6、包裹装置7、氧化焙烧装置8、还原焙烧装置9和分离磁选装置10。

第一破碎装置1用于将有色冶金渣破碎至合适粒径，以便于后续成型。第一破碎装置1设有原料入口和粉料出口。上述系统也可以不包括第一破碎装置1，直接采用合适粒径的有色冶金渣即可。

第一混合装置2用于混合有色冶金渣和粘结剂。第一混合装置2设有有色冶金渣入口、粘结剂入口和第一混合料出口，有色冶金渣入口与第一破碎装置1的粉料出口相连。

成型装置3用于将有色冶金渣制备成球团。成型装置3设有第一混合料入口和第一球团出口，第一混合料入口与第一混合装置2的第一混合料出口相连。

烘干装置4用于干燥赤泥原料。烘干装置4设有原料入口和烘干料出口。若赤泥原料的水分含量不高，上述系统也可以不包括烘干装置4。

第二破碎装置5用于将电石渣破碎至合适粒径，以便于后续成型。第二破碎装置5设有原料入口和粉料出口。上述系统也可以不包括第二破碎装置5，直接采用合适粒径的电石渣即可。

第二混合装置6用于混合赤泥和电石渣。第二混合装置6设有赤泥入口、电石渣入口和第二混合料出口，赤泥入口与烘干装置4的烘干料出口相连，电石渣入口与第二破碎装置5的粉料出口相连。

包裹装置7用于将赤泥和电石渣的混合物(第二混合料)均匀包裹到有色冶金渣制得的球团(第一球团)的表面，获得包裹球团。包裹装置7设有第一球团入口、第二混合料入口和包裹球团出口，第一球团入口与成型装置3的第一球团出口相连，第二混合料入口与第二混合装置6的第二混合料出口相连。

氧化焙烧装置8用于在氧化性气氛中进行焙烧包裹球团。氧化焙烧装置8设有包裹球团入口、含氧气体入口和氧化球团出口，包裹球团入口与包裹装置7的包裹球团出口相连。

还原焙烧装置9用于在弱还原气氛下焙烧氧化球团。还原焙烧装置9设有氧化球团入口、还原性气体入口、还原球团出口和粉化外壳出口，氧化球团入口与氧化焙烧装置8的氧化球团出口相连。

分离磁选装置10用于破碎还原球团进而磁选获得磁性铁粉。分离磁选装置10设有还原球团入口、磁性铁粉出口和非磁性物质出口，还原球团入口与还原焙烧装置9的还原球团出口相连。

如图2所示，本发明提供的利用上述系统制备磁性铁粉的方法，包括如下步骤：

分别将有色冶金渣和电石渣送入第一破碎装置1和第二破碎装置5中破碎成粉料，将赤泥送入烘干装置4中干燥；

将破碎后的有色冶金渣送入第一混合装置2中与粘结剂混合均匀，获得第一混合料；

将第一混合料送入成型装置3中成型，获得第一球团；

将烘干后的赤泥和破碎后的电石渣送入第二混合装置6中混合均匀，获得第二混合料；

将第一球团和第二混合料送入包裹装置7中，将第二混合料裹附在第一球团的表面，获得包裹球团；

将包裹球团送入氧化焙烧装置8中，在氧化气氛中进行焙烧，获得氧化球团；

将氧化球团送入还原焙烧装置9中，在弱还原气氛下进行焙烧，获得还原球团和粉化外壳；

将还原球团送入分离磁选装置10中，破碎后进行磁选，获得磁性铁粉。

上述有色冶金渣是指火法冶炼有色金属(如铜、镍)得到的产物，其中铁主要以铁橄榄石(2feo·sio2)形式存在，还有少量磁铁矿(fe3o4)。在本发明优选的实施例中，有色冶金渣中铁的质量百分含量≥40％。若有色冶金渣中的铁含量较低，则会降低最终产品磁性铁的产量，影响经济效益。

上述赤泥是铝土矿提取氧化铝后产生的固体残渣，赤泥中的铁主要以赤铁矿(fe2o3)形式存在。在本发明优选的实施例中，赤泥中fe2o3的质量百分含量≥35％，na2o和k2o的质量百分含量之和≥3％，tio2的质量百分含量≥1.7％。这是由于在后续弱还原性气体焙烧过程中，赤泥中赤铁矿在还原成磁铁矿(fe3o4)的过程中，会利用其晶胞体积异常膨胀的性质造成球团的破裂及粉化，若fe2o3含量较少，则无法达到该效果；而k和na等碱金属在还原焙烧过程中会嵌入赤铁矿中，增加赤铁矿的晶格缺陷数目，促使其在还原成磁铁矿时发生异常膨胀和破裂，若含量过低，无法达到该效果；tio2的存在也会促进粉化现象的发生，若含量过低，无法保证球团充分粉化，从而影响后续磁选效果。

上述电石渣是电石水解获取乙炔气体后的残渣，其主要成分是氢氧化钙(ca(oh)2)，同时含有一定量的碱金属(k、na等)和碱土金属(mg等)。在本发明优选的实施例中，电石渣中氧化钙(cao)的质量百分含量≥56％。若cao含量较少，则无法在氧化焙烧过程中与有色冶金渣中挥发的硫进行充分反应，从而会影响固硫效率。

本发明所用的粘结剂为常规粘结剂种类，例如膨润土、糖蜜、淀粉等的一种或任意几种的混合物。在本发明优选的实施例中，粘结剂与有色冶金渣的质量比为(2-5):100。

电石渣的用量根据有色冶金渣中的硫含量确定。在本发明优选的实施例中，电石渣中的cao与有色冶金渣中的s的摩尔比为(2-5)：1。若电石渣用量过少，无法将有色冶金渣中挥发出的硫完全固定；若电石渣用量过多，不仅造成物料浪费，还会增加球团外壳厚度，从而影响热量向球团内核的传递，影响内部的还原反应。

赤泥的粘结性较强，因此会增加球团外壳的粘结性，有利于成球；同时由于赤泥中的赤铁矿在弱还原性气氛焙烧过程中转变为磁铁矿后会发生体积膨胀，从而造成球团外壳破裂粉化，使得外壳和球团内核分离，无需额外增加分离装置。在本发明优选的实施例中，赤泥与电石渣的质量比为(3-6)：10。

本发明中，氧化焙烧的焙烧气氛中o2的体积百分含量≥20％，有色冶金渣中的硫与氧气生成so2，并扩散至球团外壳与电石渣中的含钙物质发生反应生成固态物质，达到固硫的目的。外层赤泥中的fe2o3可以催化so2转变为so3，同时还会降低脱硫产物的团聚性。

在本发明优选的实施例中，包裹球团在氧化焙烧装置8中的焙烧温度为800℃-1200℃。氧化焙烧的温度在800℃以上，有色冶金渣中的铁橄榄石才会和氧气发生反应生成磁性铁；若温度高于1200℃，有色冶金渣中的低熔点物质会发生熔化粘结，不仅影响球团强度，还会影响so2气体向外层扩散的效率，降低脱硫效果。在此温度下，优选的焙烧时间为15min-30min，如果焙烧时间过短，有色冶金渣中的铁橄榄石没有充分反应生成磁性铁，影响后续分离提取效果；如果焙烧时间过长，则是对能源的浪费。

球团外壳中含有赤泥及电石渣中的多种物质，在还原焙烧过程中，会增大赤铁矿的晶胞，并且促使赤铁矿发生晶格畸变。电石渣及赤泥中的碱金属(na、k等)以及碱土金属(ca、mg等)嵌入赤铁矿中，增加了晶格缺陷数目。晶格缺陷和各种组分的分布是不规则的，这种不规则决定了赤铁矿晶体中各组分在还原时的扩散系数不同。晶胞增大发生畸变的赤铁矿还原成磁铁矿时，体积增大的多，产生的应力也大，故造成球团外壳的异常膨胀及粉化。此外，由于赤泥中含有一定量的tio2，会降低赤铁矿向磁铁矿转化的相变温度，同时生成的玻璃相韧性值很低，是比较脆弱的矿相，当晶胞体积增大时，周围的应力增加，玻璃相容易发生断裂，因此促进粉化现象的进一步发生。

同时，球团内核中的fe2o3也会发生还原反应，通过控制焙烧气氛为弱还原性气氛，因此还原产物为fe3o4(强磁性)，在后续分离磁选过程中更容易被选别，提高了铁的回收效率。此外，由于球团内核中仅有少量碱金属或者碱土金属，在fe2o3还原生成fe3o4过程中不会引起晶胞体积异常增大，故不会发生球团内核破裂和粉化。

弱还原气氛是指含有还原性气体co而含氧量很低的气体氛围。在本发明优选的实施例中，弱还原气氛中co的体积百分含量为2000ppm-5000ppm，o2的体积百分含量为3％-7％。如果co含量过高，则气体的还原性过强，会将球团内核中的fe2o3还原至feo，feo为非磁性物质，无法在后续过程中与脉石物质分离；如果o2含量过高，无法促使赤铁矿发生还原反应生成磁铁矿，既不会造成球团外壳的膨胀破裂，也无法得到还原球团。

在本发明优选的实施例中，氧化球团在还原焙烧装置9中的焙烧温度为600℃-1000℃。如果焙烧温度过低，无法促使赤铁矿向磁铁矿发生转变，达不到球团外壳膨胀粉化的目的；如果焙烧温度过高，会引起球团内核的熔化，影响脱硫及还原效果。

本发明提供了磁性铁粉产品的制备方法及系统，综合利用了多种工业废渣，并且铁品位高、硫含量低，可以直接用于炼铁。

本发明中的原料均为多种行业的固废产物，仅需要添加少量粘结剂，即能达到提取铁脱硫的效果，通过综合利用可以解决堆存问题，有利于改善环境。

本发明中的包裹球团不需要额外增加设备去除外壳，外壳会发生自动粉化，获得内部还原球团。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。

实施例1

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺流程制备磁性铁粉，具体如下：

有色冶金渣采用闪速炉炼镍尾渣，其铁含量为40.22％，硫含量0.22％；赤泥的fe2o3含量36.56％，na2o含量3.21％，k2o含量0.77％，tio2含量1.73％；电石渣的cao含量为60.98％，k2o含量0.08％，na2o含量0.05％，tio2含量0.07％。

首先，分别将闪速炉炼镍尾渣、电石渣原料磨细至200目以下占75％，将赤泥原料烘干水分至5％。闪速炉炼镍尾渣和糖蜜按重量比100:3的比例进行混合，混合均匀的物料制成粒径为8mm的第一球团。电石渣中的cao与闪速炉炼镍尾渣中的s的摩尔比为2：1，赤泥和电石渣按重量比30:100进行混合作为球团外壳原料，包裹在第一球团上，获得包裹球团。

其次，将包裹球团在氧气含量为23％的气氛下进行焙烧，焙烧温度为800℃，焙烧时间为30min，获得氧化球团。

然后，将氧化球团置于弱还原气氛下进行焙烧，其中，co含量为2000ppm，o2含量为7％，焙烧温度600℃，焙烧过程中球团外壳发生膨胀粉化，获得还原球团。

最后，将还原球团破碎磁选，最终产品为磁性铁粉。磁性铁粉的铁品位为70％，硫含量为0.023％。

实施例2

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺流程制备磁性铁粉，具体如下：

有色冶金渣采用火法炼铜渣浮选尾矿，其铁含量为41.33％，硫含量0.70％；赤泥的fe2o3含量37.81％，na2o含量4.02％，k2o含量0.27％，tio2含量1.98％；电石渣的cao含量为58.96％，mgo含量0.94％，k2o含量0.06％，na2o含量0.04％，tio2含量0.07％。

首先，分别将火法炼铜渣浮选尾矿、电石渣原料磨细至200目以下占75％，将赤泥原料烘干至水分含量6％。火法炼铜渣浮选尾矿和糖蜜按重量比100:5的比例进行混合，混合均匀的物料制成粒径为10mm的第一球团。电石渣中的cao与闪速炉炼镍尾渣中的s的摩尔比为3：1，赤泥和电石渣按重量比45:100进行混合作为球团外壳原料，包裹在第一球团上，获得包裹球团。

其次，将包裹球团在氧气含量为25％的气氛下进行焙烧，焙烧温度为1000℃，焙烧时间为20min，获得氧化球团。

然后，将氧化球团置于弱还原气氛下进行焙烧，其中，co含量为3500ppm，o2含量为5％，焙烧温度800℃，焙烧过程中球团外壳发生膨胀粉化，获得还原球团。

最后，将还原球团破碎磁选，最终产品为磁性铁粉。磁性铁粉的铁品位为72％，硫含量为0.008％。

实施例3

本实施例采用图1所示的系统及图2所示的工艺流程制备磁性铁粉，具体如下：

有色冶金渣采用火法炼铜渣尾渣，其铁含量为43.86％，硫含量1.03％；赤泥的fe2o3含量35.51％，na2o含量3.26％，k2o含量0.34％，tio2含量3.31％；电石渣的cao含量为65.09％，mgo含量1.02％，k2o含量0.09％，na2o含量0.05％，tio2含量0.09％。

首先，分别将火法炼铜渣浮选尾矿、电石渣原料磨细至200目以下占75％，将赤泥原料烘干至水分含量5％。火法炼铜渣浮选尾矿和糖蜜按重量比100:5的比例进行混合，混合均匀的物料制成粒径为12mm的第一球团。电石渣中的cao与闪速炉炼镍尾渣中的s的摩尔比为5：1，赤泥和电石渣按重量比60:100进行混合作为球团外壳原料，包裹在第一球团上，获得包裹球团。

其次，将包裹球团在氧气含量为22％的气氛下进行焙烧，焙烧温度为1200℃，焙烧时间为15min，获得氧化球团。

然后，将氧化球团置于弱还原气氛下进行焙烧，其中，co含量为5000ppm，o2含量为3％，焙烧温度1000℃，焙烧过程中球团外壳发生膨胀粉化，获得还原球团。

最后，将还原球团破碎磁选，最终产品为磁性铁粉。磁性铁粉的铁品位为71％，硫含量为0.015％。

从上述实施例可知，本发明制得的磁性铁粉的铁品位高。

综上，本发明综合利用了多种工业产生的废渣，解决了工业固废的堆存问题，具有良好的经济和环境效益。

本发明仅需要添加少量常规粘结剂，即能达到提取铁脱硫的效果，得到的磁性产物铁品位高，可直接作为炼钢原料，具有良好的经济效益。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。