本发明涉及铁矿石的焙烧磁化技术领域，具体为一种铁矿石焙烧磁化方法及设备。
背景技术：
焙烧磁化的原理都是使铁矿物中的fe2o3或feco3在高温环境条件下与h、o和co产生化学反应，生成有磁性的铁矿物fe3o4，使难选铁矿物转化成易选铁矿物，从而提高铁矿石资源的利用效率。焙烧还原化学反应式：
焙烧磁化一般选用煤和空气作反应原料，煤中的c先与空气中的o反应，生成co，为铁矿石的fe2o3还原反应提供还原剂：
c氧化反应化学式：
fe2o3还原反应化学式：
赤铁矿、褐铁矿：
菱铁矿：
现有技术中，选矿企业主要采用的是回转窑焙烧磁化技术和悬浮式闪速炉焙烧磁化技术。这两种设备和技术都存在不足。
回转窑由于铁矿石物料粒度粗(约75mm-20mm)，焙烧时间长(约1-3h)，反应时h、o和co不能完全渗透进矿粒内部，导致反应不完全；由于炉头温度不好控制，往往因高温(1100℃以上)使物料中非金属元素溶解重新与铁矿石粘结，形成结圈和矿粒无法解离再选；由于在高温环境条件下(570℃以上)铁矿石的还原反应与氧化反应是可逆的，而回转窑过了炉头后没有其他装置使已反应过的铁矿石物料与空气隔绝，使刚反应完成的铁矿粒暴露在空气中，又迅速与空气中的o结合生成fe2o3，导致回转窑焙烧的铁矿粒磁化率不高，回收率不高，而且能耗还高。
悬浮式闪速炉是通过预先将铁矿物磨成干粉，将煤先生成水煤气后吹到燃烧室燃烧，生成高温混合气体，在高压鼓风机的作用下形成高温、高压混合气体，带动铁矿物干粉在反应筒中悬浮上扬，在悬浮上扬过程中铁矿粉中的fe2o3或feco3与高温混合气体中的h、o和co产生化学反应，生成有磁性的铁矿物fe3o4。悬浮式闪速炉虽然很好地解决了回转窑反应不完全、逆反应等问题，但是构造复杂、一次性建设投资大(至少5000万元以上)、能耗高(燃烧反应与还原反应分段进行，热损失大；要克服重力将矿物料上扬10m以上)，所以其多年来一直推广不开。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种铁矿石焙烧磁化方法及设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种铁矿石焙烧磁化方法：预先将无磁性的铁矿石、煤分别干磨至160～200目，根据预先测定的铁矿石化学反应量和比热容，按参数配比控制煤粉和铁矿粉的进料量，经均匀拌混后形成混合矿物料粉；把混合矿物料粉投放到加热区的螺旋加热面板上加热，煤粉在被加热过程中释放出h2o、o2、h2等气体加入到混合气体中；当煤粉被加热到300℃以上时，煤粉被点燃，煤粉中的c与混合气体中的o产生氧化反应，生成co、co2气体，同时c燃烧释放出的热量被混合矿物料中的铁矿粉吸收，使铁矿粉的温度迅速升高到570℃以上；高温混合矿物料粉继续沿螺旋面板向下移动进入到反应区的螺旋错层面板上，经过几次瀑布式的自由坠落抖散，使铁矿粉中的fe2o3与混合气体中的h、o和co充分接触，发生还原反应，生成fe3o4和h2o；已完成还原反应的混合矿物料粉继续沿螺旋面板向下移动进入到冷却区的螺旋冷却面板上，使铁矿粉温度快速下降到570℃以下，铁矿粉中fe3o4受冷却后完全固定不发生逆反应；混合矿物料粉经矿物料粉收集器收集后输送到弱磁选机上进行磁选。同步进行的是通过调节废气进气阀和空气进气阀控制进气量，经混气鼓风机混合后加压进入到加热区，沿加热螺旋面板向下逆向流动，流动过程中被加热，混合气体中的o和混合矿物料中的c先发生氧化反应，生成含co和co2的混合气体，并继续沿螺旋面板向下流动到反应区，与混合矿物料粉中的fe2o3发生还原反应，生成fe3o4和h2o；混合气体完成反应后即成为废气，经过冷却区降温后进入废气引流管，回流到空气进入端被再次利用。
一种铁矿石焙烧磁化设备，主要由进料系统、进气系统、外排系统以及保温外罩和循环冷却系统组成，其中，进料系统包括煤粉进料阀、铁矿粉进料阀、矿物料粉搅拌器，进气系统包括废气进气阀、空气进气阀、混气鼓风机，外排系统包括矿物料粉收集器、废气引流管，保温外罩内由上到下依次设有加热区、反应区、冷却区，煤粉进料阀、铁矿粉进料阀与矿物料粉搅拌器连通，矿物料粉搅拌器与加热区顶部进料口连通，废气进气阀、空气进气阀与混气鼓风机连通，混气鼓风机出风口与加热区顶部进气口连通，加热区内设有螺旋加热面板；反应区内设有螺旋错层面板；冷却区内设有螺旋冷却面板；所述螺旋错层面板分别与螺旋加热面板、螺旋冷却面板相连，位于保温外罩内底部安装有矿物料粉收集器，矿物料粉收集器外部连通到弱磁选机；保温外罩内底部废气引流管外部连通到废气进气阀。
优选的，加热区的螺旋加热面板包括螺旋面板，在该螺旋面板内镶嵌若干组呈m状分布的高温电阻丝，该温电阻丝外接电源和温度控制仪。
优选的，反应区的螺旋错层面板由螺旋面板按30°～90°错层拼装，形成有10～15cm落差的几个断层。
优选的，冷却区的螺旋冷却面板包括螺旋面板，在该螺旋面板内镶嵌若干组呈m状分布的散热水管，散热水管进水口通过冷却区进水管连接到高压水泵，高压水泵进水口连通散热器，散热器进水口通过冷却区出水管与散热水管连通，形成闭合循环冷却系统。
优选的，煤粉进料阀、铁矿粉进料阀通过电子传感器连接控制器。
优选的，废气进气阀、空气进气阀通过电子传感器连接控制器。
优选的，螺旋加热面板、螺旋错层面板、螺旋冷却面板背面安装若干个高频振动器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)用很少的投资和很小的场地即可以实现以前需要巨额投资和很宽场地才能解决的铁矿石焙烧磁化问题。
(2)由于集成了电子感应、控制器(系统)，使参与反应的气体、煤、铁矿石都得以精确投放，减少了污染物的排放。
(3)由于是利用矿物料的重力作用自然移动和混合矿物料自体生成热，大大地降低了能耗，比传统回转窑降低能耗60％以上，比悬浮式闪速炉降低能耗30％以上。
(4)用较少的投资和能耗就实现了无磁性铁矿石向有磁性铁矿石的转化，使我国大量的难选铁矿(如赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等)变得好选易选，可以大幅度的提高我国铁矿石资源的利用效率，具有战略性的经济价值意义。
附图说明
图1为本发明的铁矿石焙烧磁化设备示意图；
图2为本发明的加热区螺旋加热面板电阻丝布线示意图；
图3为本发明的冷却区螺旋降温面板散热水管布线示意图。
图中：1煤粉进料阀、2铁矿粉进料阀、3矿物料粉搅拌器、4废气进气阀、5空气进气阀、6混气鼓风机、7保温外罩、8加热区、9螺旋加热面板、10反应区、11螺旋错层面板、12冷却区、13螺旋冷却面板、14矿物料粉收集器、15废气引流管、16冷却区进水管、17冷却区出水管、18散热器、19高压水泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～3，本发明提供一种技术方案：
一种铁矿石焙烧磁化方法：预先将无磁性的铁矿石、煤分别干磨至160～200目，根据预先测定的铁矿石化学反应量和比热容，按参数配比控制煤粉和铁矿粉的进料量，经均匀拌混后形成混合矿物料粉；把混合矿物料粉投放到加热区8的螺旋加热面板9上加热，煤粉在被加热过程中释放出h2o、o2、h2等气体加入到混合气体中；当煤粉被加热到300℃以上时，煤粉被点燃，煤粉中的c与混合气体中的o产生氧化反应，生成co、co2气体，同时c燃烧释放出的热量被混合矿物料中的铁矿粉吸收，使铁矿粉的温度迅速升高到570℃以上(铁矿粉中fe2o3发生还原反应所需的高温条件)；高温混合矿物料粉继续沿螺旋面板向下移动进入到反应区10的螺旋错层面板11上，经过几次瀑布式的自由坠落抖散，使铁矿粉中的fe2o3与混合气体中的h、o和co充分接触，发生还原反应，生成fe3o4和h2o；已完成还原反应的混合矿物料粉继续沿螺旋面板向下移动进入到冷却区12的螺旋冷却面板13上，使铁矿粉温度快速下降到570℃以下，铁矿粉中fe3o4受冷却后完全固定不发生逆反应；混合矿物料粉(主要是fe3o4)经矿物料粉收集器14收集后输送到弱磁选机上进行磁选。同步进行的是通过调节废气进气阀4和空气进气阀5控制进气量，经混气鼓风机6混合后加压进入到加热区8，沿加热螺旋面板向下逆向流动，流动过程中被加热，混合气体中的o和混合矿物料中的c先发生氧化反应，生成含co和co2的混合气体，并继续沿螺旋面板向下流动到反应区10，与混合矿物料粉中的fe2o3发生还原反应，生成fe3o4和h2o；混合气体完成反应后即成为废气，经过冷却区12降温后进入废气引流管15，回流到空气进入端被再次利用。
一种铁矿石焙烧磁化设备，主要由进料系统、进气系统、外排系统以及保温外罩7和循环冷却系统组成，其中，进料系统包括煤粉进料阀1、铁矿粉进料阀2、矿物料粉搅拌器3，进气系统包括废气进气阀4、空气进气阀5、混气鼓风机6，外排系统包括矿物料粉收集器14、废气引流管15，保温外罩7内由上到下依次设有加热区8、反应区10、冷却区12，煤粉进料阀1、铁矿粉进料阀2与矿物料粉搅拌器3连通，矿物料粉搅拌器3与加热区8顶部进料口连通，废气进气阀4、空气进气阀5与混气鼓风机6连通，混气鼓风机6出风口与加热区8顶部进气口连通，加热区8内设有螺旋加热面板9；反应区10内设有螺旋错层面板11；冷却区12内设有螺旋冷却面板13；所述螺旋错层面板11分别与螺旋加热面板9、螺旋冷却面板13相连，位于保温外罩7内底部安装有矿物料粉收集器14，矿物料粉收集器14外部连通到弱磁选机；保温外罩7内底部废气引流管15外部连通到废气进气阀4。
加热区8的螺旋加热面板9包括螺旋面板，在该螺旋面板内镶嵌若干组呈m状分布的高温电阻丝，该高温电阻丝外接电源和温度控制仪。
反应区10的螺旋错层面板11由螺旋面板按300～900错层拼装，形成有10～15cm落差的几个断层。
冷却区12的螺旋冷却面板13包括螺旋面板，在该螺旋面板内镶嵌若干组呈m状分布的散热水管，散热水管进水口通过冷却区进水管17连通到高压水泵19，高压水泵19进水口连通散热器18，散热器18进水口通过冷却区出水管16连接通散热水管出水口，形成闭合循环冷却系统。
煤粉进料阀1、铁矿粉进料阀2通过电子传感器连接控制器。
废气进气阀4、空气进气阀5通过电子传感器连接控制器。
螺旋加热面板9、螺旋错层面板11、螺旋冷却面板13背面安装若干个高频振动器，数量根据实际使用情况设定。
特点：
1、空气既是气相载体，空气中的o又是反应原料。空气和废气由混气鼓风机6混合后加压送入加热区8，实现混合气体的逆向螺旋形流动，使其与混合矿物料的运动方向一致。铁矿石(粉)在完成气相--固相反应后，因混合气体中o元素已经稀少或没有，使已经还原了的fe3o4铁矿石(粉)不致发生逆反应，即又氧化生成fe2o3。
2、煤既是加热材料，又是反应剂。将含煤粉、铁矿粉的混合矿物料投放进加热区8的螺旋面板9上加热。c被加热燃烧后释放出热量，热量被混合矿物料中的铁矿粉吸收，温度快速上升到570℃以上。同时c与混合气体中的o结合生成co气体，co气体又进一步与铁矿粉中的fe2o3反应，生成了fe3o4。
3、外加热(电物理加热)与自体受热(c化学反应释放热)相结合，充分利用能源。铁矿粉和煤粉混合后被投放到加热区8螺旋加热面板9上，在向下移动的过程中逐渐被加热，煤粉被加热到300℃以上时，煤粉中的c被点燃，c燃烧释放出的热量被混合矿物料中的铁矿粉吸收，使铁矿粉的温度快速上升到fe2o3还原反应所需的570℃以上。
4、螺旋加热面板9、螺旋错层面板11、螺旋冷却面板13把保温外罩内7内的螺旋面板分成三个区：
(1)加热区8：把高温电阻丝呈m状分若干组镶嵌在螺旋面板里面，外接电源和控温仪，使进到加热区的混合物料和气体在螺旋面板上向下移动过程中逐渐被加热，直至被点燃后自体生出热，为化学反应提供能量。
(2)反应区10：将螺旋面板按30°～90°错层拼装，形成有10～15cm落差的几个断层，使高温铁矿粉从上层螺旋面板上呈瀑布式的坠落到下一层螺旋面板上，在坠落过程中充分与混合气体中的o、h气和co气体接触，使高温铁矿粉的fe2o3或者feco3跟混合气体中的o、h和co产生化学反应，快速(10-20秒)生成fe3o4和h2o。
(3)冷却区12：在螺旋面板里呈m状镶嵌入若干组水管，外接高压水泵19和散热器18，使水流高速循环并与外界进行热交换，从而使螺旋面板上刚反应完成的高温物料迅速降温，使其低于反应温度后(570℃以下)就不会发生逆反应(氧化反应)，达到巩固焙烧磁化的效果。
5、气固体分离利用。在设备底部装上矿物料粉收集器14和废气引流管15，使已反应过的物料被输送到弱磁选机上进行磁选。反应过的废气经废气引流管15一部分回流到进气阀，以配制混合气体中c、h、o和co含量。大部份废气引流到矿粉烘干机，以充分利用其余热。
本发明用很少的投资(一套设备100万元以内)、很小的场地(150㎡左右)即可以实现以前需要巨额投资(回转窑一套300万元以上、悬浮式闪速炉一套5000万元以上)和很大的场地(回转窑占地1000㎡以上、悬浮式闪速炉占地600㎡以上)才能解决的铁矿石焙烧磁化问题。
由于集成了先进的电子感应、控制系统，使参与反应的气体、煤、铁矿石都得以精确投放，减少了污染物的排放。
由于是利用矿物料的重力作用自然移动和混合矿物料自体生成热，大大地降低了能耗：比传统回转窑降低能耗60％以上，比悬浮式闪速炉降低能耗30％以上。
用较少的投资和能耗就实现了无磁性铁矿石向有磁性铁矿石的转化，使我国大量的难选铁矿(如赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等)变得好选易选，可以大幅度的提高我国铁矿石资源的利用效率，具有战略性的经济价值意义。
本发明通过对将煤、铁矿石细磨物料、混气鼓风机6与废气进气阀4、空气进气阀5配合进行逆向进气、铁矿石(粉)螺旋式布料加热、瀑布式气固体反应、无氧快速冷却等一系列技术工艺，实现无磁性铁矿石(赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等)快速转化成有磁性铁矿石，从而大幅度提高铁矿石的精矿品位(65％以上)和回收率(90％以上)，大大提高了铁矿石资源的利用率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。