一种矿石焙烧过程中防止结块的方法
【专利摘要】本发明涉及矿石冶炼【技术领域】，具体涉及一种在矿石（特别是混合稀土矿碳酸钠）焙烧过程中防止矿粉结块，易于工业放大的焙烧方法。所述方法是通过在焙烧系统中加入惰性添加剂（碳酸铵、碳酸氢铵或尿素中的1种或至少2种的组合）一同焙烧，添加剂分解反应产生的气体可以有效防止物料结块。本发明设计合理，易于操作，便于工业化放大。
【专利说明】一种矿石焙烧过程中防止结块的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿石冶炼【技术领域】，具体地，本发明涉及一种矿石焙烧过程中防止结块的方法。
【背景技术】
[0002]包头稀土精矿目前主要采用浓硫酸高温焙烧，该方法是包头稀土矿的主要冶炼生产工艺。但是也暴露出一些不足，如铁、磷、钍大部分被“烧死”在渣中；含钍放射性废渣及含氟、硫废气对环境污染严重；有价元素未得到综合利用，造成资源浪费。酸气腐蚀设备，环保困难，产生的“三废”污染问题随着稀土生产的加大，日益突出。发展基于碱法的集成新焙烧技术，仍是解决包头矿焙烧污染的最有效方法之一。其中，碳酸钠焙烧法被认为是较为清洁的冶炼流程，并且从经济利益角度考虑成本较低。包头矿的碳酸钠焙烧工艺早在上世纪就完成了半工业试验，但因当时尚无高品位稀土精矿(20-40%的混合矿)，焙烧设备落后，存在焙烧过程中回转窑内发生结块的问题，致使碳酸钠焙烧工艺未能在工业中得到生产应用。
[0003]包头混合稀土精矿的碳酸钠焙烧工艺中，用Na2CO3作为介质对混合稀土精矿进行氧化焙烧，进行了一系列实验室静态焙烧工作，在小型实验中有时结块，有时不结块。高品位包头稀土精矿除含有稀土元素外，还含有大量的非稀土杂质，例如铁、韩、氟、磷、娃及放射性元素钍，并含有一定量的萤石，在555°C时，萤石CaF2易与碳酸钠形成共熔混合物，这也是稀土精矿的碳酸钠焙烧过程中容易结块的主要原因。焙烧工序是整个流程中最为关键的部分，该步骤直接关系到稀土的浸出率，而稀土的浸出率是焙烧工艺的最主要的生产指标。焙烧温度和碳酸钠的加入量是焙烧工艺的重要参数。实验室的静态焙烷基础研究表明，针对当前实验中的稀土精矿，稀土精矿的量与碳酸钠的用量配比为1:0.3即可以满足浸出率的要求。当按照小型实验的条件，把按照一定比例混合好的稀土矿和碳酸钠放入回转窑中焙烧生产时，回转窑壁上发生了粘结，且粘结像滚雪球一样，导致窑壁上的粘结层越来越厚，致使窑膛越来越小，不仅发生`阻料，而且焙烧效率大大降低，甚至于使得焙烧无法顺利进行。
[0004]为了防止焙烧时结块与结疤，通常在焙烧过程中引入研磨体，即边焙烧边研磨的方式，把将要发生烧结成块的团块迅速打碎，在矿石颗粒表面进行介质更新，同时使已结块的颗粒在外力的作用下予以破碎。破碎的方法有很多，如用力机械搅拌，在桨叶不断的搅动下，已经结块的颗粒被搅碎，但此方法不易扩大，难以进行工业化应用。
[0005]例如，我们在先申请的专利提出一种防结圈焙烧回转窑的研制方法(CN102494535A)，具体就是在回转窑的内部放置研磨体，该研磨体为直径2(T35mm的瓷球或鹅卵石。回转窑的内部设置有螺旋式带形导轨，导轨内部中空，且外沿与回转窑内壁紧密贴合，该带形导轨贯穿于回转窑炉膛内，窑体与地面呈3°~5°倾斜角。当将物料送入回转窑时，物料与回转窑内部的研磨体形成边焙烧边研磨的焙烧方式，随着回转窑的旋转，研磨体与物料沿带形导轨向出料端移动，最终出料。出料后物料与研磨体冷却后分离，分离出的研磨体返回回转窑中重复使用。此外，在先申请的专利也提出在焙烧过程中加入研磨体的焙烧方式(CN102409164A)，即在焙烧过程中加入钢球等研磨体，在马达的转动作用下，研磨体由下向上移动，而后研磨体自上而下落下，落下过程中，研磨体对矿粉的冲击作用，加之研磨体的摩擦作用，使得较大颗粒的矿粉易于破碎，从而保持焙烧物的分散状。
[0006]因此，开发一种适于工业应用且成本较低，并且能有效防止焙烧时结块与结疤的方法是所属领域的技术难题。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种矿石焙烧过程中防止结块的方法。
[0008]在工业炼铁时也存在一系列问题，矿石品位越来越贫，冶炼铁矿石的生产率不高，更严重的是炼铁炉的炉壁上经常发生结块、结疤、结瘤的现象，使得炼铁炉内体积逐渐变小，生产受到影响。研究工作者针对炼铁的过程分析了炉内温度分布和相变情况，发现在冶炼各种生铁还原过程中，固相、塑料相及液化相区域有一个规律:在650°C以下为固相，65(T850°C区域内会产生熔结。650°C是一个分界线，方解石、石英石、磷石英、赤铁矿均由固态逐渐变为熔结态。在有Fe2O3存在的矿石中，200^300 0C时Fe2O3矿粒就粘结起来，在炼铁过程中发生的结块结疤情况基本上已研究清楚。
[0009]我国火法炼铜、炼铁上已有上千年的历史，现代的炼铁往往在配料时，除铁矿石外，要添加添加剂。如根据铁矿石的物料性质，加入石灰或硅石，主要目的是改变在熔融状态下铁矿在还原过程中的流动性质，防止结块、结瘤，并且有利于炉中渣和液相铁的分离。
[0010]受此启发，考虑在矿石焙烧过程中加入添加剂以防止结块。
[0011]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0012]所述矿石焙烧过程中防止结块的方法，包括:将矿石与添加剂混合后，进行焙烧；其中，所述添加剂为碳酸铵、碳酸氢铵或尿素中的I种或至少2种的组合。
[0013]作为添加剂，本身是有要求的。首先必须在焙烧过程中对结块有疏松作用，其次就是添加剂的加入不能引入其它杂质。另外，就是添加剂的用量不能大，且添加剂成本低廉。否则会造成处理工序的繁琐和成本的过度增加。碳酸铵、碳酸氢铵以及尿素作为广泛使用的农肥，其固体的分解温度在100°C左右，当把其中一种或几种的混合物与矿石混合后，在焙烧过程中，添加剂固体物分解产生的气体会对抱团的颗粒起爆破和疏松的作用。
[0014]优选地，所述添加剂与矿石的质量比为2:100以上，例如2.1:100,2.2:100、2.3:100、2.4:100、2.6:100、2.7:100、2.8:100、2.9:100、3.1:100,3.2:100、3.5:100、3.8:100,4:100,4.5:100,4.9:100,5.1:100、6:100、7:100、8:100、9:100、10:100、15:100、20:100等，进一步优选为2.5:100以上，更优选为3:100以上，特别优选为3:100~5:100。
[0015]特别优选，所述矿石焙烧过程中防止结块的方法，包括:将矿石与添加剂混合后，进行焙烧；其中，所述添加剂为碳酸铵、碳酸氢铵或尿素中的I种或至少2种的组合，所述添加剂与矿石的质量比为 3:100以上。
[0016]本发明的目的之一还在于提供一种混合稀土精矿碳酸钠焙烧过程中防止结块的方法。
[0017]所述方法包括:将稀土精矿、碳酸钠和添加剂混合后，进行焙烧；其中，所述添加剂为碳酸铵、碳酸氢铵或尿素中的I种或至少2种的组合。
[0018]优选地，所述添加剂与稀土精矿的质量比为2:100以上，例如2.1:100,2.2:100、2.3:100、2.4:100、2.6:100、2.7:100、2.8:100、2.9:100、3.1:100、3.2:100、3.5:100、3.8:100,4:100,4.5:100,4.9:100,5.1:100、6:100、7:100、8:100、9:100、10:100、15:100、20:100等，进一步优选为2.5:100以上，更优选为3:100以上，特别优选为3:100~5:100。
[0019]特别优选，所述混合稀土精矿碳酸钠焙烧过程中防止结块的方法，包括:将稀土精矿、碳酸钠和添加剂混合后，进行焙烧；其中，所述添加剂为碳酸铵、碳酸氢铵或尿素中的I种或至少2种的组合，所述添加剂与矿石的质量比为3:100以上。
[0020]碳酸铵、碳酸氢铵和尿素分解温度较低，且分解后不引入杂质，同时它们分解产生的气体会对抱团的颗粒起爆破和疏松的作用，能有效防止焙烧过程中的结块。
[0021]与现有技术相比，本发明的优势如下:
[0022]( I)添加剂分解产生的气体会对抱团的颗粒起爆破和疏松的作用，能有效防止焙烧过程中的结块；
[0023]( 2 )不对焙烧体系引入杂质；
[0024](3)添加剂价格低廉，且该方法易于实施，成本较低；
[0025](4)操作简单，易于工业化使用。 【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是对比例得到的结块的物状图。
[0027]图2是将对比例得到的结块手捏后的物状图。
[0028]图3是实施例1得到的结块的物状图。
[0029]图4是将实施例1得到的结块手捏后的物状图。
[0030]图5是实施例2得到的结块的物状图。
[0031]图6是将实施例2得到的结块手捏后的物状图。
[0032]图7是实施例3得到的结块的物状图。
[0033]图8是将实施例3得到的结块手捏后的物状图。
[0034]图9是实施例4得到的结块的物状图。
[0035]图10是将实施例4得到的结块手捏后的物状图。
【具体实施方式】
[0036]为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0037]对比例
[0038]稀土精矿、碳酸钠按照1:0.3的配比650°C焙烧3h，冷却，得到如图1所示的结块。
[0039]用手捏所得到的结块，结果如图2所示。
[0040]由图1和图2对比可知，未加入添加剂的结块致密结实，无法用手捏碎。
[0041]实施例1
[0042]稀土精矿、碳酸钠和碳酸铵按照1:0.3:0.01的配比650°C焙烧3h，冷却，得到如图3所示的结块。[0043]用手捏所得到的结块，结果如图4所示。
[0044]由图3和图4对比可知，采用与稀土精矿质量比为1:100的碳酸铵作为添加剂时，虽然碳酸铵分解产生的气体对结块起到一定的爆破和疏松的作用，但是结块的疏松程度仅比不加添加剂时略好，仍然比较结实，无法用手捏碎。
[0045]实施例2
[0046]稀土精矿、碳酸钠和尿素按照1:0.3:0.03的配比650°C焙烧3h，冷却，得到如图5
所示的结块。
[0047]用手捏所得到的结块，结果如图6所示。
[0048]由图5和图6对比可知，采用与稀土精矿质量比为3:100的尿素作为添加剂时，尿素分解产生的气体对结块起到爆破和疏松的作用，结块较为疏松，能用手捏碎。
[0049]实施例3
[0050]稀土精矿、碳酸钠和碳酸氢铵按照1:0.3:0.05的配比650°C焙烧3h，冷却，得到如图7所示的结块。
[0051]用手捏所得到的结块，结果如图8所示。
[0052]由图7和图8对比可知，采用与稀土精矿质量比为5:100的碳酸氢铵作为添加剂时，碳酸氢铵分解产生的气体对结块起到爆破和疏松的作用，结块较为疏松，能用手捏碎，且用手捏后，无较大块体。
`[0053]实施例4
[0054]稀土精矿、碳酸钠和碳酸铵按照1:0.3:0.1的配比650°C焙烧3h，冷却，得到如图9所示的结块。
[0055]用手捏所得到的结块，结果如图10所示。
[0056]由图9和图10对比可知，采用与稀土精矿质量比为10:100的碳酸铵作为添加剂时，碳酸铵分解产生的气体对结块起到爆破和疏松的作用，结块非常疏松，几乎不能成形，用手稍捏即破碎为细小颗粒。
[0057]实施例5
[0058]稀土精矿、碳酸钠、碳酸铵和尿素按照1:0.3:0.01:0.01的配比650°C焙烧3h，冷却，得到结块较疏松。用手捏结块，可轻易捏碎。
[0059]采用与稀土精矿质量比为1:1:100的碳酸铵和尿素作为添加剂时,碳酸铵和尿素分解产生的气体对结块起到爆破和疏松的作用，结块较结实，但能用手捏碎，因此可以较为容易地清除。
[0060]表1
[0061]
[0062]
【权利要求】
1.一种矿石焙烧过程中防止结块的方法，包括:将矿石与添加剂混合后，进行焙烧；其中，所述添加剂为碳酸铵、碳酸氢铵或尿素中的I种或至少2种的组合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂与矿石的质量比为2:100以上，进一步优选为2.5:100以上。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述添加剂与矿石的质量比为3:100以上。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述添加剂与矿石的质量比为3:100~5:100。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括:将矿石与添加剂混合后，进行焙烧；其中，所述添加剂为碳酸铵、碳酸氢铵或尿素中的I种或至少2种的组合，所述添加剂与矿石的质量比为3:100以上。
6.一种混合稀土精矿碳酸钠焙烧过程中防止结块的方法，包括:将稀土精矿、碳酸钠和添加剂混合后，进行焙烧；其中，所述添加剂为碳酸铵、碳酸氢铵或尿素中的I种或至少2种的组合。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述添加剂与稀土精矿的质量比为2:100以上，优选为2.5:100以上。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述添加剂与稀土精矿的质量比为3:100以上。
9.如权利要求6-8`任一项所述的方法，其特征在于，所述添加剂与稀土精矿的质量比为 3:100~5:100。
10.如权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括:将稀土精矿、碳酸钠和添加剂混合后，进行焙烧；其中，所述添加剂为碳酸铵、碳酸氢铵或尿素中的I种或至少2种的组合，所述添加剂与矿石的质量比为3:100以上。
【文档编号】C22B1/02GK103866117SQ201210535769
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2012年12月12日
【发明者】赵君梅, 潘峰, 刘会洲 申请人:中国科学院过程工程研究所