制备还原铁的系统的制作方法

本实用新型涉及制备还原铁的系统。

背景技术：

铜渣是火法炼铜过程中产生的固体废渣，属有色金属渣中的一种。据不完全估计，我国每年铜渣产量在1000～1500万吨，至今累计堆存已达数亿吨。这些废渣不仅占用大量土地，还造成粉尘扬尘、重金属渗出、地下水污染、土地贫化等环境问题，给人类生存和社会发展带来严重危害。至今由于对铜渣资源化重视程度不够以及相关工艺技术的制约，在我国，铜渣的高效综合利用还未实现大规模成熟推广，大量铜渣堆弃于渣场，造成渣中有价金属元素的流失，资源的浪费。

由于铜渣中全铁含量一般约为40％，远高于我国铁矿石的可采品位(TFe>27％)，因此目前铜渣的利用途径多以回收剩余铁素为主。然而由于在铜渣中，铁元素主要以铁橄榄石、Fe₃O₄等矿物相存在，加之这些矿物相同其他非磁性矿物相紧密嵌合在一起，以及具有弱磁性(如铁橄榄石)，致使直接利用传统磨选、磁选等工艺路线，很难将铜渣中全部铁素得以回收。为此，在现有相关研究和工程化应用中，铜渣多通过配加还原剂、添加剂和粘结剂，经造球或造块后再还原焙烧，得到金属化球团或团块。最后，再将这些金属化球团或团块经破碎、粉磨和磁选等工序后，得到铁精矿粉，再返用于钢铁冶炼之中。

此外，冶炼铜渣出炉温度在1150-1370℃，比热容约为1.1kJ/kg·K，吨渣总余热量相当于50kg标准煤(7000大卡/kg)，余热资源多。在《节能减排“十二五规划”》、《工业节能“十二五规划”》等相关政策文件中，均提到对工矿企业余热能源的回收利用，并在国家“十一五”期间，中央财政还对余能利用给予补贴。然而，受熔渣导热率低、黏度大、热转化效率低等因素影响，现有熔渣研究多是对熔渣进行干法粒化后再回收高温余热，工程化应用还存在很大难度。因此，对出炉铜渣中的这部分余热能源，在上述铜渣焙烧还原-粉磨磁选传统研究工艺中也未有体现，而且在铜渣还原焙烧过程中，还要二次加热，造成能源的巨大浪费。

由此，利用铜渣制备还原铁的装置有待改进。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种制备还原铁的系统，该系统以熔融铜渣为原料制备还原铁，热利用率高，生产和运行成本低。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种制备还原铁的系统。根据本实用新型的实施例，该系统包括：化渣装置，所述化渣装置具有熔融铜渣入口、添加剂入口、助熔剂入口、搅拌器和混合熔融铜渣出口；粒化器，所述粒化器具有粒化物料入口、流渣孔和渣粒出口，所述粒化物料入口与所述混合熔融铜渣出口相连；还原焙烧装置，所述还原焙烧装置具有渣粒入口、还原剂入口、烟尘出口和还原物料出口，所述渣粒入口与所述渣粒出口相连；干式磁选装置，所述干式磁选装置具有还原物料入口、金属化球团出口和含碳物质出口，所述还原物料入口与所述还原物料出口相连；渣铁分离装置，所述渣铁分离装置具有金属化球团入口、还原铁出口和排渣口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连。

根据本实用新型实施例的制备还原铁的系统，以熔融铜渣为原料，解决传统高温铜渣需水淬冷却或缓冷后才能继续进行处理的难题，制备得到高品位的铁产品和氧化锌粉尘，不仅实现铜渣中金属元素高效综合利用，而且实现了熔融铜渣的余热的有效利用，系统的热利用率高。并且，在化渣装置上设置添加剂入口和助熔剂入口，在加热处理前即向高温熔融铜渣中加入添加剂和助熔剂，通过搅拌器的搅拌可使熔渣均质化，直接调整铜渣的内部结构和化学成分，提高铜渣的冶金性能，再经高温粒化处理，即可为还原焙烧装置直接还原提供高热量粒化铜渣原料，省去了造球、烘干和球团预热等工艺，缩短了还原焙烧装置的还原时间、减少了还原焙烧装置的能耗，降低了生产和运行成本。

任选地，该系统进一步包括：贮存装置，所述贮存装置具有引入流渣糟、出渣孔和引出流渣糟，所述引入流渣糟与所述混合熔融铜渣出口相连，所述引出流渣糟与所述粒化物料入口相连。

任选地，所述渣铁分离装置为磨选分离装置或熔分分离装置。

任选地，所述粒化器为转杯粒化器。

任选地，所述粒化器进一步包括：流渣孔，所述流渣孔设置在所述粒化器圆周壁面上。

任选地，所述还原焙烧装置为转底炉。

任选地，所述还原焙烧装置具有中温焙烧区和高温焙烧区，且所述中温焙烧区具有烟道

任选地，该系统进一步包括：布袋除尘器，所述布袋除尘器设置在所述烟道内。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/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显示了根据本实用新型一个实施例的制备还原铁的系统的结构示意图；

图2显示了根据本实用新型又一个实施例的制备还原铁的系统的结构示意图；

图3显示了根据本实用新型又一个实施例的利用制备还原铁的系统制备还原铁的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

制备还原铁的系统

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种制备还原铁的系统。参考图1，根据本实用新型的实施例，对该系统进行解释说明，该系统包括：化渣装置100、粒化器200、还原焙烧装置300、干式磁选装置400和渣铁分离装置500。

根据本实用新型的实施例，化渣装置100具有熔融铜渣入口、添加剂入口、助熔剂入口、搅拌器和混合熔融铜渣出口，在化渣装置100中，熔融铜渣与添加剂和助熔剂利用搅拌器混合搅拌，并进行加热处理，得到混合熔融铜渣。由此，通过在化渣装置上设置添加剂入口和助熔剂入口，在加热处理前即向高温熔融铜渣中加入添加剂和助熔剂，通过搅拌器的搅拌可使熔渣均质化，直接调整铜渣的内部结构和化学成分，提高铜渣的冶金性能，再经高温粒化处理，即可为还原焙烧装置直接还原提供高热量粒化铜渣原料，省去了造球、烘干和球团预热等工艺，缩短了还原焙烧装置的还原时间、减少了还原焙烧装置的能耗，降低了生产和运行成本。

其中，需要说明的是，熔融铜渣可以是铜冶炼处理直接得到的，也可以是其它冶炼反应得到的含铜热态物质。

根据本实用新型的实施例，粒化器200具有粒化物料入口、流渣孔和渣粒出口，其中，粒化物料入口与混合熔融铜渣出口相连，将混合熔融铜渣进行粒化处理。由于原料的粒径小，有利于降低还原焙烧的温度，通过粒化器对混合熔融铜渣进行粒化处理，使混合熔融铜渣粒化为小粒径的渣粒，便于降低后续的还原焙烧的能耗。

根据本实用新型的具体实施例，该粒化器200可以为转杯粒化器，该转杯粒化器圆周壁面上设有流渣孔，可使高温熔渣在高速旋转过程中甩出，并经空冷固化后形成粒径为5～15mm的热态渣粒。由此，粒化效果好，效率高，得到的热态渣粒可以直接进行还原焙烧，促进传热和还原反应的进行，缩短还原反应的时间，进一步降低还原焙烧处理的能耗。渣粒的温度为800～1000℃，热态渣粒可以直接进行还原焙烧，促进传热和还原反应的进行，缩短还原反应的时间，进一步降低还原焙烧处理的能耗。

根据本实用新型的一些实施例，还原焙烧装置300具有渣粒入口、还原剂入口、烟尘出口和还原物料出口，其中，渣粒入口与渣粒出口相连，还原焙烧装置300用于对渣粒进行还原焙烧处理，使铁的氧化物还原为还原铁。

根据本实用新型的具体实施例，还原焙烧装置为转底炉，该还原焙烧装置具有中温焙烧区和高温焙烧区，其中，中温焙烧区具有烟道，根据本实用新型的实施例，烟道内设置有布袋除尘器。进而，渣粒经收集后可直接热布入底部铺有还原剂的转底炉料床上，布料厚度为10～40mm，热态渣粒在转底炉内经中温区、高温区加热至1150～1350℃后，保持20～40min，完成直接还原反应生成金属化球团，并通过设置在转底炉中温区烟道内的布袋除尘器回收得到高经济价值的氧化锌粉尘，该氧化锌粉尘的锌含量达52％以上，而金属化球团及剩余含碳物质则一并排出转底炉外。

根据本实用新型的具体实施例，干式磁选装置400具有还原物料入口、金属化球团出口和含碳物质出口，其中，还原物料入口与还原物料出口相连，干式磁选装置400用于将还原物料中的金属化球团和含碳物质进行分离，得到金属化球团和含碳物质。由此，将金属化球团从还原物料中分离出来。

根据本实用新型的具体实施例，渣铁分离装置500具有金属化球团入口、还原铁出口和排渣口，其中，金属化球团入口与金属化球团出口相连，渣铁分离装置500用于将金属化球团进行渣铁分离，得到还原铁和渣。由此，将还原铁从金属化球团中分离出来。

根据本实用新型的实施例，渣铁分离装置500为磨选分离装置或熔分分离装置，其中，磨选分离装置具有磨选固体产物入口、细磨粉料出口、磁选物料入口和磁选产品出口，磨选固体产物入口与金属化球团出口相连，对金属化球团进行细磨处理，得到细磨物料，细磨物料出口与磁选物料入口相连，对细磨物料进行磁选处理，从而使得物料经细磨、磁选分离后得到还原铁产品；熔分分离装置具有金属化球团入口、熔分铁出口和熔分渣出口，其中，金属化球团入口与金属化球团出口相连，从而通过间歇出料方式实现熔分铁、熔分渣的分离，得到还原铁产品。

根据本实用新型实施例的制备还原铁的系统，以熔融铜渣为原料，解决传统高温铜渣需水淬冷却或缓冷后才能继续进行处理的难题，制备得到高品位的铁产品和氧化锌粉尘，实现铜渣的高效综合利用，实现了熔融铜渣的余热利用，系统的热利用率高。并且，在化渣装置上设置添加剂入口和助熔剂入口，在化渣处理过程中即加入添加剂和助熔剂，直接调整铜渣的内部结构和化学成分，提高铜渣的冶金性能，再经高温粒化处理，即可为还原焙烧装置直接还原提供高热量粒化铜渣原料，省去了造球、烘干和球团预热等工艺，缩短了还原焙烧装置的还原时间、减少了还原焙烧装置的能耗，降低了生产和运行成本。

参考图2，根据本实用新型的实施例，该系统进一步包括：贮存装置600，贮存装置600具有引入流渣糟、出渣孔和引出流渣糟，其中，引入流渣糟与混合熔融铜渣出口相连，引出流渣糟与粒化物料入口相连，引入流渣槽用于将化渣装置100中的高温熔融渣铜渣引入贮存装置200，引出流渣槽用于将贮存装置200中的高温熔渣引出至粒化装置200。由此，利用贮存装置对混合熔融铜渣进行中间存储，保证混合熔融铜渣以持续稳定的流速进入后续的粒化装置。

根据本实用新型的具体实施例，引入流渣糟和引出流渣槽具有保温功能。由此，避免铜渣的热量损失，热利用率高。

为了便于理解前述的制备还原铁的系统，在此提供了一种利用前述的制备还原铁的系统制备还原铁的方法。参考图3，根据本实用新型的实施例，对该制备还原铁的方法进行解释说明，该方法包括：

S100加热处理

根据本实用新型的实施例，将铜冶炼炉排出的熔融铜渣直接输送至化渣装置，与添加剂和助熔剂混合搅拌并进行加热处理，得到混合熔融铜渣。发明人通过向高温熔融铜渣中加入添加剂和助熔剂，直接调整铜渣的内部结构和化学成分，提高铜渣的冶金性能，再经高温粒化处理，即可为还原焙烧装置直接还原提供高热量粒化铜渣原料，省去了造球、烘干和球团预热等工艺，缩短了还原焙烧装置的还原时间、减少了还原焙烧装置的能耗，降低了生产和运行成本。

根据本实用新型的实施例，添加剂和所述助熔剂的总质量与所述熔融铜渣的质量比为(5～25)：100。由此，添加剂和助熔剂与熔融铜渣按该比例混合后，通过搅拌可使熔融铜渣的内部结构和化学成分发生变化，得到均质化的混合熔融铜渣，进一步提高铜渣的冶金性能，降低还原反应温度，有利于后续还原反应的进行。

根据本实用新型的实施例，添加剂与助熔剂的质量比为(5～20)：(0～5)。由此，添加剂与助熔剂按该比例混合后，通过搅拌可使熔融铜渣的内部结构和化学成分发生变化，得到均质化的混合熔融铜渣，进一步提高铜渣的冶金性能，降低还原反应温度，有利于后续还原反应的进行。

根据本实用新型的一些实施例，添加剂为选自石灰石或生石灰中的至少一种，助熔剂为选自工业纯碱或萤石中的至少一种。由此，在铜渣直接还原过程中可不再加入，省去了造球、烘干和球团预热等工艺，缩短还原焙烧装置的还原时间、减少还原焙烧装置的能耗，降低生产和运行成本。

根据本实用新型的实施例，熔融铜渣的温度不受特别的限制，只要是冶炼处理等得到的高温熔融铜渣即可，从而，有效利用熔融铜渣的余热。根据本实用新型的一些实施例，熔融铜渣的温度为1150～1350℃。由此，余热利用率高，后续加热冶炼等处理的能耗低。

根据本实用新型的实施例，所述混合熔融铜渣的温度为1350～1450℃。由此，可确保混合熔融铜渣充分均质化，为后续直接还原提供良好的原料条件。

S200粒化处理

根据本实用新型的实施例，将混合熔融铜渣输送至粒化器进行粒化处理，得到渣粒。发明人发现合适的原料粒径，有利于降低还原焙烧的温度，同时还原反应的透气性也较好，因此通过粒化处理，可为直接还原提供粒径合适的渣粒，便于降低后续的还原焙烧的能耗、改善还原效果。

根据本实用新型的实施例，渣粒的平均粒径为5～20mm，温度为800～1000℃。原料的粒径越小，越有利于降低还原焙烧的温度和时间，通过粒化处理，使混合熔融铜渣粒化为小粒径的渣粒，便于降低后续的还原焙烧的能耗。但粒径过小，导致直接还原反应的透气性变差，从而直接影响还原效果，当渣粒的平均粒径为5～20mm时，还原焙烧的温度低，时间短。渣粒的温度为800～1000℃，热态渣粒可以直接进行还原焙烧，促进传热和还原反应的进行，缩短还原反应的时间，进一步降低还原焙烧处理的能耗。

S300还原焙烧处理

根据本实用新型的实施例，将渣粒输送至还原焙烧装置，与还原剂接触，进行还原焙烧处理，以便得到烟尘和还原物料，其中还原物料由金属化球团和含碳物质组成。由此，利用还原焙烧装置对渣粒进行还原焙烧处理，使铁的氧化物还原为还原铁。

根据本实用新型的一些实施例，还原焙烧装置为转底炉，该还原焙烧装置具有中温焙烧区和高温焙烧区，其中，中温焙烧区具有烟道，烟道内设置有布袋除尘器。进而，渣粒经收集后可直接热布入底部铺有还原剂的转底炉料床上，布料厚度为10～40mm，热态渣粒在转底炉内经中温区、高温区加热至1150～1350℃后，保持20～40min，完成直接还原反应生成金属化球团，并通过设置在转底炉中温区烟道内的布袋除尘器回收得到高经济价值的氧化锌粉尘，该氧化锌粉尘的锌含量达52％以上，而金属化球团及剩余含碳物质则一并排出转底炉外。

S400干式磁选分离

根据本实用新型的实施例，将所述还原物料进行干式磁选，得到金属化球团和含碳物质。由此，将金属化球团从还原物料中分离出来，以便金属化球团进行后续的渣铁分离。

S500渣铁分离

根据本实用新型的实施例，将所述金属化球团进行渣铁分离，得到还原铁和渣。由此，将还原铁从金属化球团中分离出来。

根据本实用新型的实施例，渣铁分离为磨矿磁选分离或熔分分离。其中，磨矿磁选分离将金属化球团进行细磨处理，得到细磨物料，对细磨物料进行磁选处理，从而使得物料经细磨、磁选分离后得到还原铁产品；熔分分离利用熔分分离装置，通过燃气熔分处理，利用间歇出料方式实现熔分铁、熔分渣的分离，得到还原铁产品。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

以铜冶炼炉内排出的高温熔融铜渣为原料制备还原铁，具体方法如下：

(1)将从铜冶炼炉内排出的温度为1150～1350℃的高温熔融铜渣，热态直接倒入化渣炉内；

(2)将化渣炉内的温度升温至1400～1450℃，通过化渣炉顶部加料口，向炉内加入铜渣重量的10％、粒度为5～10mm的颗粒状生石灰和萤石，其中，生石灰和萤石的质量比为5：5，同时，采用外敷耐火材料的机械搅拌桨插入熔渣中，对熔池内的混合物料搅拌10min后，再次向炉内补热，保温10min充分均化，得到均化后的混合熔融铜渣。

(3)将均化后的铜渣倒入中间包中，并经渣口流入粒化器中，控制粒化器转杯转速在3000～3100转/min，从粒化器中排出凝固的热态渣粒，粒度为5～10mm，温度为950～1000℃。

(4)将热态渣粒均匀装入底面铺有无烟煤的转底炉炉底上，热态渣粒层厚度10～20mm；热态渣粒在转底炉内经中温区、高温区加热至1150～1250℃后，保持20min，完成直接还原反应生成金属化球团，并通过设置在转底炉中温区烟道内的布袋除尘器回收得到氧化锌粉尘，其锌含量为52％，金属化球团及剩余含碳物质则一并排出转底炉外。

(5)转底炉排出的产物经余热回收后，再经干式磁选分离得到金属化球团和含碳物质，金属化球团直接进行磨矿磁选，可得到TFe 91％、铁回收率85％的还原铁产品。

实施例2

以铜冶炼炉内排出的高温熔融铜渣为原料制备还原铁，具体方法如下：

(1)将从铜冶炼炉内排出的温度为1150～1350℃的高温熔融铜渣，热态直接倒入化渣炉内。

(2)将化渣炉内的温度升温至1380～1430℃，通过化渣炉顶部加料口，向炉内加入铜渣重量的13％、粒度为10～15mm的石灰石和工业纯碱，其中，石灰石：工业纯碱的质量比为10：3，同时，采用外敷耐火材料的机械搅拌桨插入熔渣中，对熔池内的混合物料搅拌20min后，再次向炉内补热，保温10min充分均化，得到均化后的混合熔融铜渣。

(3)将均化后的铜渣倒入中间包中，并经渣口流入粒化器中，控制粒化器转杯转速在3000～3100转/min；从粒化器中排出凝固的热态渣粒，粒度为10～15mm，温度为900～950℃。

(4)将热态渣粒均匀装入底面铺有无烟煤的转底炉炉底上，热态渣粒层厚度20～30mm，热态渣粒在转底炉内经中温区、高温区加热至1200～1300℃后，保持30min，完成直接还原反应生成金属化球团，并通过设置在转底炉中温区烟道内的布袋除尘器回收得到氧化锌粉尘，其锌含量为54％，金属化球团及剩余含碳物质则一并排出转底炉外。

(5)转底炉排出的产物经余热回收后，再经干式磁选分离得到金属化球团和含碳物质，金属化球团直接进行磨矿磁选，可得到TFe 92％、铁回收率88％的还原铁产品。

实施例3

以铜冶炼炉内排出的高温熔融铜渣为原料制备还原铁，具体方法如下：

(1)将从铜冶炼炉内排出的温度为1150～1350℃的高温熔融铜渣，热态直接倒入化渣炉内。

(2)将化渣炉内的温度升温至1350～1400℃，通过化渣炉顶部加料口，向炉内加入铜渣重量的20％、粒度为15～20mm的生石灰块，采用外敷耐火材料的机械搅拌桨插入熔渣中，对熔池内的混合物料搅拌20min后，再次向炉内补热，保温10min充分均化，得到均化后的混合熔融铜渣。

(3)将均化后的铜渣倒入中间包中，并经渣口流入粒化器中，控制粒化器转杯转速在3000～3100转/min；从粒化器中排出凝固的热态渣粒，粒度为15～20mm，温度为950～1000℃。

(4)将热态渣粒均匀装入底面铺有无烟煤的转底炉炉底上，热态渣粒层厚度30～40mm；热态渣粒在转底炉内经中温区、高温区加热至1250～1350℃后，保持40min，完成直接还原反应生成金属化球团，并通过设置在转底炉中温区烟道内的布袋除尘器回收得到氧化锌粉尘，其锌含量为56％，金属化球团及剩余含碳物质则一并排出转底炉外。

(5)转底炉排出的产物经余热回收后，再经干式磁选分离得到金属化球团和含碳物质，金属化球团热态直接进行熔分，可得到TFe 94％、铁回收率96％的还原铁产品。

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实用新型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实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。