一种铁矿及含铁物料氨基矿相转化利用的方法

本发明属于铁矿选矿，具体涉及一种铁矿及含铁物料在氨气气氛下还原为磁铁矿的矿相转化方法。

背景技术：

1、铁矿石是我国钢铁工业的保障性资源，属国家的重大战略需求。我国铁矿石储量丰富，但资源禀赋较差，且存在矿物嵌布粒度微细，矿石类型复杂，共(伴)生组分多，中、小型矿床多，大型、超大型矿床少等问题，导致国内铁矿开采难度较大，选矿成本较高。目前，我国是全球铁矿生产大国，也是最大的消费国。铁矿石对外依存度过高不仅对我国钢铁行业造成严重影响，对国民经济的健康持续发展也构成了巨大威胁。因此，通过技术创新实现我国低品位复杂难选铁矿石的开发利用具有重要战略意义。

2、随着“双碳”目标的提出，清洁型矿相转化新技术与理论为资源加工领域未来重要发展方向。矿相转化是复杂难选铁矿资源高效利用的有效方法之一。目前矿相转化常用气体还原剂为一氧化碳和氢气。但利用一氧化碳气体作还原气体会产生温室气体二氧化碳，不符合当今环保减碳的趋势。而氢气存在气体密度小、难储存运输、存在爆炸风险等的严重缺点。相比之下，氨气具有储存运输成本低、安全性好、产量大、易液化等优势，因此采用氨气作为铁矿及含铁物料矿相转化的还原剂具有极高的可行性。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明创新性地采用氨气作为铁矿及含铁物料流态化矿相转化还原剂，以实现弱磁性铁矿物转化为强磁性铁矿物，进而被磁选分离的目的。基于流态化矿相转化技术，该氨基矿相转化利用的方法具有铁矿及含铁物料还原效果好、气固反应效率高、还原气(氨气)易于储存和运输等特点。该方法能实现铁矿及含铁物料包括高铁赤泥、铁锰矿、含铁稀土、高铁铝土矿等相关资源的矿相转化利用。

2、本发明主要包括给矿粉碎作业、流态化氨基矿相转化作业和磨矿磁选浮选三段作业，以实现铁矿及含铁物料氨基矿相转化利用的方法。

3、本发明通过给矿粉碎作业将原矿粉碎至合适粒度，通过流态化氨基矿相转化作业将铁矿及含铁物料转化为磁铁矿；该作业包括预热氧化、氨基矿相转化、非氧冷却、空气冷却四个阶段。本发明工艺示意图如图1所示。其中预热氧化阶段将铁矿及含铁物料脱水、氧化成赤铁矿，从而提高物料的均一性；随后被预热氧化的赤铁矿进入氨基矿相转化阶段，物料在氨气气氛下进行矿相转化生成磁铁矿；然后在非氧环境下冷却至200℃以下得到焙烧产品，防止高温产物接触空气被氧化；然后在空气环境下冷却至80℃以下得到焙烧产品；最后通过磨矿、磁选、浮选获得合格铁精矿。

4、本发明提供了一种铁矿及含铁物料氨基矿相转化利用的方法，其具体是一种铁矿及含铁物料流态化氨基矿相转化—磁选提铁的方法，包括以下步骤：

5、步骤1、给矿粉碎作业：将原矿粉碎至-1mm以下；

6、步骤2、流态化氨基矿相转化作业：

7、(1)预热氧化阶段：将-1mm以下的铁矿及含铁物料在温度600℃～800℃下加热，原矿中的褐铁矿和菱铁矿脱水、氧化成赤铁矿，为矿相转化阶段提供性质均一的物料。

8、(2)氨基矿相转化阶段：将预热、氧化后的赤铁矿给入氨基矿相转化反应器中，采用的氨基矿相转化反应器装置结构如图2所示，向氨基矿相转化反应器内不断通入一定比例的氨气和氮气，氨气与氮气的体积比为1:5～1:9，稳定反应室内温度在450℃～650℃，含铁物料中的铁矿物发生反应生成磁铁矿，在氨基矿相转化过程中主要发生三个反应：一是氨气直接与赤铁矿发生反应，生成磁铁矿；二是氨气高温裂解成氮气和氢气，其中氢气与赤铁矿发生反应生成磁铁矿；三是在矿相转化过程中生成了部分金属铁，在铁的催化作用下，氨气加速裂解生成氮气和氢气，其中氢气与赤铁矿发生反应生成磁铁矿。发生的主要化学反应如下：

9、9fe2o3+2nh3(g)＝6fe3o4+n2(g)+3h2o(g)    (1)

10、3fe3o4+8nh3(g)＝9fe+4n2(g)+12h2o(g)    (2)

11、3fe3o4+2nh3(g)＝9feo+n2(g)+3h2o(g)    (3)

12、3feo+2nh3(g)＝3fe+n2(g)+3h2o(g)    (4)

13、2nh3(g)＝n2(g)+3h2(g)    (5)

14、3fe2o3+h2(g)＝2fe3o4+h2o(g)    (6)

15、fe3o4+4h2(g)＝3fe+4h2o(g)    (7)

16、fe3o4+h2(g)＝3feo+h2o(g)    (8)

17、feo+h2(g)＝fe+h2o(g)    (9)

18、(3)非氧环境冷却阶段：将矿相转化后的产品在氮气气氛下冷却到200℃以下，防止高温产物接触空气被再次氧化为弱磁性的赤铁矿，恶化矿相转化产品的还原效果。

19、(4)空气冷却阶段：氮气冷却至200℃以下的产品经空气冷却流化床或旋风筒降温至80℃以下，成为合格的焙烧物料，进入后续分选。

20、进一步地，氨基矿相转化核心反应器系统结构示意图如图2所示，由氨基矿相转化反应器，旋风分离器，进料流动密封阀，出料流动密封阀组成。氨基矿相转化反应器呈“w”型多腔室结构，能够根据反应时间和实际需要设置为四腔室、六腔室或八腔室。其进料口和进料流动密封阀相连；出料口同时和出料流动密封阀、旋风分离器进风口相连；旋风分离器底部出料口和氨基矿相转化反应器中部相连。

21、进一步地，在焙烧过程中，物料通过进料流动密封阀进入氨基矿相转化反应器第一腔室。在底部氨气和氮气作用下呈现流化态逐步向最后腔室流动，流动过程中物料在氨气气氛下发生还原反应。经过焙烧的物料由出料口进入出料流动密封阀，而腔室内的气体和细粒物料由出料口进入旋风分离器。细粒物料由旋风分离器底部出料口排入焙烧炉反应腔中，气体由旋风分离器顶部排出。

22、步骤3、磨矿磁选浮选作业：将冷却后的产物给入磨机中，控制磨矿产品粒度-0.074mm占50％以上，目的是将被还原的磁铁矿和脉石矿物尽量分离，提高磁选效率；将磨矿后的产品给入磁选机进行磁选，获得磁选精矿，同时根据精矿品质需求可以加入浮选作业，进一步脱除杂质，提高铁精矿品质。

23、与现有的铁矿磁化焙烧技术相比，本发明的特点和优势为：

24、1.相比传统还原焙烧使用的氢气和一氧化碳，本发明使用氨气储存和运输成本更低、安全性大大提升且毒副作用小。

25、2.相比于传统磁化焙烧技术来说，创新性地将氨气作为矿相转化还原剂，最终产物为氮气和水蒸气，不产生二氧化碳等温室气体或有害气体，污染性低，更加环保。

26、3.本发明针对铁矿利用氨气作为还原剂，采用流态化氨基矿相转化方法，还原气体与物料接触充分，传质传热效率高，且生产连续性好，矿相转化效率高。

27、4.本发明适用性广，适用于赤铁矿、赤褐铁矿、菱铁矿和镜铁矿等多种难选铁矿以及高铁赤泥、铁锰矿、含铁稀土、高铁铝土矿等多种含铁物料或含铁固废等。

28、5.氨基矿相转化反应器采用多腔室的“w”型焙烧反应器，物料能在反应腔内停留足够长的时间。并且该反应器设有顶部旋风分离器，能实现烟气有效分离；进料口、出料口流动密封阀可起到气体密封作用，保证反应腔内的还原气氛。