本发明属于矿物加工、冶金技术领域，涉及一种难选铁矿石低温氢还原磁化焙烧工艺。
背景技术
目前，从磁化焙烧工艺来看，铁粉矿的磁化焙烧一般只能采用回转窑焙烧，或流态化焙烧，铁块矿一般通过竖炉焙烧或破碎后采用回转窑焙烧。综合来看，流态化焙烧虽然试验结果表现出焙烧效率高，但现场规模化应用仍然有待进一步完善；竖炉焙烧关键在于对原料透气性要求极高，粉矿很难满足竖炉要求，焙烧块矿时，经常存在大粒级欠烧和小粒级过烧的问题；相对而言，粉矿通过回转窑磁化焙烧是目前最成熟最可靠的选择，块矿破碎后也可满足回转窑焙烧要求。但回转窑焙烧粉状铁矿石的生产实践表明，铁矿石磁化焙烧时间长、焙烧不均匀、焙烧成本高、焙烧高温段“结圈”等问题仍然存在，制约着回转窑磁化焙烧工艺的顺行和规模化推广应用。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种难选铁矿石低温氢还原磁化焙烧工艺，以解决现有回转窑磁化焙烧工艺焙烧时间长、焙烧不均匀、焙烧成本高和结圈的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种难选铁矿石低温氢还原磁化焙烧工艺，包括以下步骤：
步骤一、破碎分级：
将铁矿石破碎为0-15mm后分级为0-1mm、1-5mm和5-15mm三个级别；
步骤二、5-15mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将5-15mm粒级铁矿石由回转窑入料端加入进行磁化焙烧，5-15mm粒级铁矿石在回转窑内随着窑的转动向出料端移动，行进过程中进行预热和升温，进入焙烧前段时将料温控制在780-830℃；
步骤三、1-5mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将1-5mm粒级铁矿石和还原剂由回转窑出料端窑头罩喷枪抛入焙烧中段进行磁化焙烧，二者与步骤二得到的780-830℃的5-15mm粒级铁矿石在混合行进焙烧过程中料温逐步降至660-700℃，实现低温氢还原磁化焙烧；
步骤四、0-1mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将0-1mm粒级铁矿石由回转窑出料端窑头罩喷枪抛入焙烧后段进行磁化焙烧，与步骤三得到的660-700℃的5-15mm粒级铁矿石、1-5mm粒级铁矿石和还原剂在混合行进焙烧过程中料温逐步降至620-660℃，实现低温氢还原磁化焙烧；
步骤五、冷却物料：
将步骤四得到的物料进行冷却；
步骤六、物料干选：
将步骤五得到的物料进行干选；
步骤七、物料分离：
将步骤六得到物料中的磁性物料和非磁性物料进行分离，磁性物料进行磨矿和磁选，得到精铁矿和尾矿；从非磁性物料分选出废石和残炭。
步骤一中所述的铁矿石为褐铁矿（nfe2o3•mh2o）、赤铁矿/镜铁矿（fe2o3）、菱铁矿（feco3）及混合型弱磁性铁矿石。
步骤三中所述的还原剂为高挥发份煤种，挥发份不低于40%，粒度为5-15mm，还原剂和铁矿石的质量比为2.5-3：100。
步骤二中所述5-15mm粒级铁矿石磁化焙烧的时间为30-35min。
步骤三中所述1-5mm粒级铁矿石磁化焙烧的的时间为12-18min。
步骤四中所述0-1mm粒级铁矿石磁化焙烧的的时间为5-8min。
步骤五中所述冷却的方式采用空水间接冷却方式。
本发明铁矿石低温氢还原磁化焙烧机理：通过在焙烧段配入高挥发份粒煤充当还原剂，煤当中的挥发份在600℃左右时剧烈析出，挥发份当中含较高比例的h2，通过控制焙烧段料温在650-680℃左右，实现h2对铁矿石铁氧化物的快速低温还原；h2由于分子半径小，其扩散能力比co强，对铁氧化物的内外扩散速度较快，在低料温条件下即可实现快速还原，可大幅提高回转窑系统焙烧效率；由于采用低温焙烧，既能降低系统能耗，又能从根本上解决回转窑“结圈”的问题。本发明针对褐铁矿（nfe2o3•mh2o）、赤铁矿/镜铁矿（fe2o3）、菱铁矿（feco3）及混合型铁矿石磁化焙烧的主要化学反应式为：
mfe2o3•nh2o=mfe2o3+nh2o（1）
3feco3=fe3o4+co+2co2（2）
3fe2o3+h2=2fe3o4+h2o（3）
3fe2o3+co=2fe3o4+co2（4）
h2o+c=co+h2（5）
本发明的有益效果为：
（1）将铁矿石分级为大、中、小三种粒级后采用不同的入窑方式进行磁化焙烧，提高了回转窑传热效率，可以满足不同粒级铁矿石所需要的焙烧时间，防止大粒级铁矿石欠还原和小粒级铁矿石过还原，解决了回转窑磁化焙烧工艺焙烧不均匀的问题。
（2）采用低温氢还原磁化焙烧，可在低料温条件下实现铁氧化物的快速还原，降低回转窑磁化焙烧成本，解决回转窑“结圈”的问题。
（3）通过窑背风机合理控制回转窑焙烧段料温，结合铁矿石分级入窑和低温氢还原磁化焙烧技术，可均匀控制回转窑焙烧段料层还原气氛，将磁化焙烧总时间缩短至30-35min，大幅度提高回转窑磁化焙烧产能。
（4）采用在焙烧中段抛入粒状高挥发份还原剂的方式，可将传统回转窑磁化焙烧工艺还原剂配比降低至2.5-3%，有效利用了煤中挥发份，进一步降低了系统能耗。
（5）通过低料温实现磁化焙烧，提高了回转窑热能利用效率，低料温的焙烧矿可使冷却时间进一步缩短，为规模化生产低成本焙烧矿奠定基础。
本发明根据不同粒级铁矿石具有不同磁化焙烧特性的机理，将铁矿石分级为大、中、小三种粒级后采用不同的入窑方式进行磁化焙烧，并从回转窑窑头抛入粒状高挥份粒煤来实现低温氢还原快速磁化焙烧，得到优质铁精矿,有效缩短回转窑磁化焙烧时间、提高产能，并大幅降低系统能耗。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种难选铁矿石低温氢还原磁化焙烧工艺，包括以下步骤：
步骤一、破碎分级：
将铁矿石破碎为0-15mm后分级为0-1mm、1-5mm和5-15mm三个级别，铁矿石为褐铁矿（nfe2o3•mh2o）、赤铁矿/镜铁矿（fe2o3）、菱铁矿（feco3）及混合型弱磁性铁矿石；
步骤二、5-15mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将5-15mm粒级铁矿石由回转窑入料端加入进行磁化焙烧30-35min，5-15mm粒级铁矿石在回转窑内随着窑的转动向出料端移动，行进过程中进行预热和升温，进入焙烧前段时将料温控制在780-830℃；
步骤三、1-5mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将1-5mm粒级铁矿石和还原剂由回转窑出料端窑头罩喷枪抛入焙烧中段进行磁化焙烧12-18min，还原剂为高挥发份煤种，挥发份不低于40%，粒度为5-15mm，还原剂和铁矿石的质量比为2.5-3：100，二者与步骤二得到的780-830℃的5-15mm粒级铁矿石在混合行进焙烧过程中料温逐步降至660-700℃，实现低温氢还原磁化焙烧；
步骤四、0-1mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将0-1mm粒级铁矿石由回转窑出料端窑头罩喷枪抛入焙烧后段进行磁化焙烧5-8min，与步骤三得到的660-700℃的5-15mm粒级铁矿石、1-5mm粒级铁矿石和还原剂在混合行进焙烧过程中料温逐步降至620-660℃，实现低温氢还原磁化焙烧；
步骤五、冷却物料：
采用空水间接冷却方式将步骤四得到的物料冷却；
步骤六、物料干选：
将步骤五得到的物料进行干选；
步骤七、物料分离：
将步骤六得到物料中的磁性物料和非磁性物料进行分离，磁性物料进行磨矿和磁选，得到精铁矿和尾矿；从非磁性物料分选出废石和残炭。
实施例1：
原料难选铁矿石tfe含量36.45%，feo含量6.40%，铁矿物主要以镜铁矿、赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿的形式存在，粒度0-15mm；还原剂粒煤ad7.56%、vdaf48.54%、fcad45.28%、st.d0.39%mt10.7、qnet.var23060j/g,粒度5-15mm。
采用如下工艺步骤进行处理：
步骤一、破碎分级：
将铁矿石破碎为0-15mm后分级为0-1mm、1-5mm和5-15mm三个级别；
步骤二、5-15mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将5-15mm粒级铁矿石由回转窑入料端加入进行磁化焙烧，5-15mm粒级铁矿石在回转窑内随着窑的转动向出料端移动，行进过程中进行预热和升温，进入焙烧前段时将料温控制在780℃，磁化焙烧的时间为30min；
步骤三、1-5mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将1-5mm粒级铁矿石和还原剂由回转窑出料端窑头罩喷枪抛入焙烧中段进行磁化焙烧，还原剂和铁矿石的质量比为2.5：100，二者与步骤二得到的780℃的5-15mm粒级铁矿石在混合行进焙烧过程中料温逐步降至660℃，磁化焙烧的的时间为12min，实现低温氢还原磁化焙烧；
步骤四、0-1mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将0-1mm粒级铁矿石由回转窑出料端窑头罩喷枪抛入焙烧后段进行磁化焙烧，与步骤三得到的660℃的5-15mm粒级铁矿石、1-5mm粒级铁矿石和还原剂在混合行进焙烧过程中料温逐步降至620℃，磁化焙烧的的时间为5min，实现低温氢还原磁化焙烧。
步骤五、冷却物料：
采用空水间接冷却方式将步骤四得到的物料进行冷却；
步骤六、物料干选：
将步骤五得到的物料进行干选；
步骤七、物料分离：
将步骤六得到物料中的磁性物料和非磁性物料进行分离，磁性物料进行磨矿和磁选，得到精铁矿和尾矿；从非磁性物料分选出废石和残炭。
对得到的焙烧矿进行tfe、feo含量检测（其中tfe表示焙烧矿中铁的百分含量，feo表示焙烧矿中氧化亚铁的百分含量）；然后对磨选后的铁精矿进行tfe含量检测。检测结果见表一：
表一焙烧矿及铁精矿部分化学成分检测结果（%）
实施例2：
原料难选铁矿石tfe含量37.44%，feo含量10.22%，铁矿物主要以菱、褐铁矿的形式存在，粒度0-100mm；还原剂粒煤ad7.56%、vdaf48.54%、fcad45.28%、st.d0.39%mt10.7、qnet.var23060j/g,粒度5-15mm。
采用如下工艺步骤进行处理：
步骤一、破碎分级：
将铁矿石破碎为0-15mm后分级为0-1mm、1-5mm和5-15mm三个级别；
步骤二、5-15mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将5-15mm粒级铁矿石由回转窑入料端加入进行磁化焙烧，5-15mm粒级铁矿石在回转窑内随着窑的转动向出料端移动，行进过程中进行预热和升温，进入焙烧前段时将料温控制在830℃，磁化焙烧的时间为35min；
步骤三、1-5mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将1-5mm粒级铁矿石和还原剂由回转窑出料端窑头罩喷枪抛入焙烧中段进行磁化焙烧，还原剂和铁矿石的质量比为3：100，二者与步骤二得到的830℃的5-15mm粒级铁矿石在混合行进焙烧过程中料温逐步降至700℃，磁化焙烧的时间为18min，实现低温氢还原磁化焙烧；
步骤四、0-1mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将0-1mm粒级铁矿石由回转窑出料端窑头罩喷枪抛入焙烧后段进行磁化焙烧，与步骤三得到的700℃的5-15mm粒级铁矿石、1-5mm粒级铁矿石和还原剂在混合行进焙烧过程中料温逐步降至660℃，磁化焙烧的时间为8min，实现低温氢还原磁化焙烧。
步骤五、冷却物料：
采用空水间接冷却方式将步骤四得到的物料进行冷却；
步骤六、物料干选：
将步骤五得到的物料进行干选；
步骤七、物料分离：
将步骤六得到物料中的磁性物料和非磁性物料进行分离，磁性物料进行磨矿和磁选，得到精铁矿和尾矿；从非磁性物料分选出废石和残炭。
对得到的焙烧矿进行tfe、feo含量检测（其中tfe表示焙烧矿中铁的百分含量，feo表示焙烧矿中氧化亚铁的百分含量）；然后对磨选后的铁精矿进行tfe含量检测。检测结果见表二：
表二焙烧矿及铁精矿部分化学成分检测结果（%）
实施例3：
原料难选铁矿石tfe含量36.45%，feo含量6.40%，铁矿物主要以镜铁矿、赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿的形式存在，粒度0-15mm；还原剂粒煤ad7.56%、vdaf48.54%、fcad45.28%、st.d0.39%mt10.7、qnet.var23060j/g,粒度5-15mm。
采用如下工艺步骤进行处理：
步骤一、破碎分级：
将铁矿石破碎为0-15mm后分级为0-1mm、1-5mm和5-15mm三个级别；
步骤二、5-15mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将5-15mm粒级铁矿石由回转窑入料端加入进行磁化焙烧，5-15mm粒级铁矿石在回转窑内随着窑的转动向出料端移动，行进过程中进行预热和升温，进入焙烧前段时将料温控制在800℃，磁化焙烧的时间为33min；
步骤三、1-5mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将1-5mm粒级铁矿石和还原剂由回转窑出料端窑头罩喷枪抛入焙烧中段进行磁化焙烧，还原剂和铁矿石的质量比为2.8：100，二者与步骤二得到的800℃的5-15mm粒级铁矿石在混合行进焙烧过程中料温逐步降至680℃，磁化焙烧的的时间为15min，实现低温氢还原磁化焙烧；
步骤四、0-1mm粒级铁矿石磁化焙烧：
将0-1mm粒级铁矿石由回转窑出料端窑头罩喷枪抛入焙烧后段进行磁化焙烧，与步骤三得到的680℃的5-15mm粒级铁矿石、1-5mm粒级铁矿石和还原剂在混合行进焙烧过程中料温逐步降至630℃，磁化焙烧的时间为6min，实现低温氢还原磁化焙烧。
步骤五、冷却物料：
采用空水间接冷却方式将步骤四得到的物料进行冷却；
步骤六、物料干选：
将步骤五得到的物料进行干选；
步骤七、物料分离：
将步骤六得到物料中的磁性物料和非磁性物料进行分离，磁性物料进行磨矿和磁选，得到精铁矿和尾矿；从非磁性物料分选出废石和残炭。
对得到的焙烧矿进行tfe、feo含量检测（其中tfe表示焙烧矿中铁的百分含量，feo表示焙烧矿中氧化亚铁的百分含量）；然后对磨选后的铁精矿进行tfe含量检测。检测结果见表三：
表三焙烧矿及铁精矿部分化学成分检测结果（%）