一种低品位菱、褐铁尾悬浮磁化还原煅烧系统及工艺的制作方法

本发明属于铁矿选矿，具体是一种低品位菱、褐铁尾悬浮磁化还原煅烧系统及工艺。

背景技术：

1、目前，低品位铁矿和尾矿综合利用已成为我国冶金矿山行业的重要发展方向。中国铁矿资源丰富，查明资源储量800多亿吨。但中国铁矿石禀赋差，主要体现在矿物结晶粒度细、组成复杂，尤其是铁品位低。我国铁矿石是普遍品位差，含量低，具有铁矿物结晶粒度细、氧化程度深、矿物组成复杂等特点，褐铁矿与菱铁矿含量高，其可选性极差，资源利用效率较低。

2、随着矿山的开采和钢铁行业的不断发展，铁尾矿作为选矿后的废弃物，其储存量也在不断增加。据统计全球尾矿的年累计增加量可达50亿～70亿吨，铁尾矿约占到1/2。目前，仅中国和巴西的铁尾矿总堆存量已超过100亿t。我国尾矿年总产生量约为12.72亿吨，其中，铁尾矿产生量最大，约为5.2亿吨，占尾矿总产生量的39.9％。提高铁尾矿资源化利用率对降低现有矿产资源的使用压力、变废为宝、促进国民经济发展、保障铁资源供应和保护环境有重要的意义。

3、目前外对铁尾矿的处理方式主要有铁尾矿再选、尾矿库堆存、植被复垦和矿山填充等。传统对铁尾矿的处理方式存在如下问题：精矿品质较差，且回收率低，不能生产利用；原料加工成本较高，没有合理利用能源。

技术实现思路

1、为解决上述问题，将难选铁矿石选矿技术难题解决，本发明涉及一种低品位菱、褐铁尾悬浮磁化还原煅烧系统及工艺。菱、褐铁尾矿粉状从输送系统运输到余热系统后，进入到主煅烧炉内发生氧化反应，然后煅烧后的物料进入到还原器内发生还原反应，还原后的成品则进入到冷却系统，冷却后的成品物料进行储存。

2、一种低品位菱、褐铁尾悬浮磁化还原煅烧系统，包括原料输送系统、原料预热系统、原料氧化煅烧和还原系统、成品冷却系统和原料收尘返灰系统；

3、所述原料输送系统包括原料皮带机、原料料仓、原料定量给料机和原料斗式提升机，所述原料料仓底部设置有电动插板阀，通过电动插板阀连接所述原料定量给料机；

4、所述原料预热系统包括一级悬浮预热器、一级预热混合器、二级悬浮预热器、二级预热混合器；

5、所述原料氧化煅烧和还原系统包括主分离炉、主煅烧炉、一级塞流式流化床还原器和二级塞流式流化床还原器；

6、所述成品冷却系统包括一级悬浮冷却器、二级悬浮冷却器、一级冷却混合器、二级冷却混合器和双桨叶搅拌流化床冷却器；

7、所述原料收尘返灰系统包括一级扩散式旋风除尘器、烟气余热锅炉、二级布袋收尘器。

8、一种低品位菱、褐铁尾悬浮磁化还原煅烧工艺，包括以下流程：

9、(1)原料输送系统：原料通过原料皮带机进入到原料料仓，经由原料料仓的底部的电动插板阀出料进入到原料定量给料机，原料定量给料机可以控制原料每小时进料量；由原料定量给料机后进入到原料斗式提升机，经由原料斗式提升机落料到进入到一级悬浮预热器内；

10、(2)原料预热系统：所述原料进入到一级悬浮预热器内部后，与从一级预热混合器侧面出口的原料和烟气同时在一级悬浮预热器内进行气固两相换热和气固两相的分离，并除去菱、褐铁尾矿粉状原料的部分附着水；从一级悬浮预热器的顶部外排物料和烟气进入到两个并列的一级扩散式旋风除尘器内；从一级悬浮预热器底部的出料与主分离炉的顶部外排的煅烧物料和烟气同时进入到二级预热混合器底部侧面的进口进行直接换热，使原料和烟气在二级预热混合器内呈现高度湍流状态，气固两相接触面积增大，接触时间增加，换热得到加强，使气固两相的温度趋于一致；二级预热混合器顶部侧面外排的物料和烟气则进入到二级悬浮预热器，进行更加一步的气固两相换热和气固两相的分离；二级悬浮预热器顶部外排原料和烟气一部分与两个并列的一级扩散式旋风除尘器底部出料同时进入到一级预热混合器底部侧面进口进行混合直接换热；二级悬浮预热器顶部外排原料和烟气的另一部分进入到一级预热混合器底部侧面进口；二级悬浮预热器底部出料进入到主煅烧炉内，进行原料的氧化相变煅烧使原料中fe2o3(r)、fe3o4、fe2o3·h2o氧化相变成fe2o3(a)；

11、(3)原料氧化煅烧和还原系统：二级悬浮预热器底部出料和返灰系统的返灰进入到主煅烧炉内，主煅烧炉内燃气来自外网管道燃气并进行燃烧提供相变反应热，原料在主煅烧炉内经过高温相变反应后，进入到主分离炉；主分离炉的底部出料则进入到一级塞流式流化床还原器内，一级塞流式流化床还原器顶部进料，底部通入还原气体，通过控制还原气体的进料体积流量和进料气体压力，进而调整煅烧后物料在一级塞流式流化床还原器内物料的停留时间，使煅烧后物料得到充分的还原并物料降温，所述还原即fe2o3(a)还原成磁性的fe3o4，还原后废气则进入到一级悬浮冷却器的顶部外排管道，与一级悬浮冷却器顶部外排的成品和助燃空气则一起进入到主煅烧炉的底部；一级塞流式流化床还原器的底部出料则进入到二级塞流式流化床还原器内进行进一步的还原和换热降温；二级塞流式流化床还原器顶部进料，底部则通入还原气体，通过控制还原气体的进料体积流量和压力，进而调整煅烧后物料在二级塞流式流化床还原器内物料的停留时间，使煅烧后物料进一步得到充分还原和换热降温，还原后的废气则进入到一级悬浮冷却器的顶部外排管道，与一级悬浮冷却器顶部外排成品和助燃空气则一起进入到主煅烧炉的底部；二级塞流式流化床还原器底部出料则与二级悬浮冷却器的顶部外排成品和助燃空气一起进入到一级冷却混合器底部侧面进口内；主分离炉的底部出料经过两级塞流式流化床还原器内进行还原相变和换热降温，并在还原气体的保护下，进一步防止物料发生氧化相变反应，提高煅烧后物料成品率和物料成品质量；

12、(4)成品冷却系统：一级悬浮冷却器的顶部外排的成品和助燃空气与一级、二级塞流式流化床还原器的顶部的还原废气一起进入到主煅烧炉内；一级悬浮冷却器的底部出料则与助燃空气、双桨叶搅拌流化床冷却器的外排助燃空气一起进入到二级冷却混合器底部进口内；在二级冷却混合器内物料与助燃空气充分混合，一方面使物料进一步的降温，一方面使助燃空气温度进一步的提高；二级冷却混合器的顶部侧面出料的成品和助燃空气则进入到二级悬浮冷却器内进行物料和助燃空气的进一步的换热和气固两相分离；二级悬浮冷却器的顶部外排成品和助燃空气与二级塞流式流化床还原器的底部成品出料一起进入到一级冷却混合器底部侧面进口内进行换热冷却，然后一级冷却混合器顶部侧面出口的成品和助燃空气进入到一级悬浮冷却器；二级悬浮冷却器的底部出料成品则进入到双桨叶搅拌流化床冷却器内，双桨叶搅拌流化床冷却器的顶部进料来自二级悬浮冷却器，然后冷却空气从双桨叶搅拌流化床冷却器一侧进入，成品在桨叶的搅拌下与助燃冷却空气充分换热，换热后的成品物料则从双桨叶搅拌流化床冷却器底部出料后，通过成品皮带机进入到成品料仓进行储存；

13、(5)原料收尘返灰系统：一级悬浮预热器的顶部外排原料和烟气进入到两个并列的一级扩散式旋风除尘器内，通过两个并列的一级扩散式旋风除尘器对烟气和原料进行一次除尘，经过一次除尘后的烟气则进入到烟气余热锅炉内，进行烟气的余热回收利用，并降低烟气的温度和体积，并产生可利用饱和水蒸气，所述水蒸气的温度为100℃～110℃，可供工厂生产和生活使用；经过余热锅炉降温后的烟气则进入到二级布袋收尘器内进行二次除尘，然后通过烟气外排风机外排至烟囱；余热锅炉和二级布袋收尘器的返灰通过气力输送系统进入到主煅烧炉内进行煅烧反应；所述气力输送系统包括气力提升泵和罗茨鼓风机；烘干风机从烟囱进口烟气管道连接一根烟气出口管道，将部分外排烟气送到原料斗式提升机的底部，用高温烟气在原料斗式提升机内进行烘干原料的附着水，从而降低原料进入煅烧系统的附着水含量，降低煅烧系统的能耗；原料斗式提升机顶部出风管送至一级扩散式旋风除尘器。

14、进一步地，所述原料为粒度分布为100μm～1000μm，附着水含量12％～15％的粉状菱、褐铁尾矿。

15、进一步地，所述一级悬浮预热器中的温度为210℃～280℃，在所述一级悬浮预热器中可以降低原料中附着水的10％～20％；所述一级预热混合器中的温度为220℃～290℃，所述二级悬浮预热器中的温度为310℃～380℃；所述二级预热混合器中的温度为320℃～390℃，在所述二级预热混合器中将物料的附着水全部去除；所述主炉煅烧内的温度为645℃～755℃。

16、进一步地，所述还原气体包括h2、co、ch4；所述氧化相变反应为fe2o3(a)氧化成fe2o3(r)；

17、进一步地，一级塞流式流化床还原器出料温度为490℃～530℃，二级塞流式流化床还原器出料温度为260℃～300℃。

18、进一步地，所述双桨叶搅拌流化床冷却器中的成品在桨叶的搅拌下与助燃冷却空气充分换热后的空气则从双桨叶搅拌流化床冷却器另一侧外排，与助燃空气和一级悬浮冷却器的底部出料一起进入到二级冷却混合器底部侧面进口内。

19、进一步地，所述原料氧化煅烧和还原系统和成品冷却系统中的助燃空气的风速为14m/s～16m/s；所述烟气的风速均为风速14m/s～16m/s。

20、进一步地，所述成品冷却系统中所述一级悬浮冷却器的温度210℃～239℃，一级冷却混合器温度220℃～250℃，二级悬浮冷却器的温度180℃～210℃，二级冷却混合器温度190℃～220℃。

21、本发明的有益效果：

22、本发明解决了菱、褐铁尾矿粉状磁性铁氧化物含量低、品位低不能生产利用的问题。本发明将菱、褐铁尾矿粉原料的进行悬浮预热后，在煅烧炉内进行氧化煅烧，然后煅烧后物料进入到还原炉内，还原后的成品进行悬浮冷却。烟气与原料在预热混合器和预热悬浮器内进行充分的直接换热，换热后的烟气通过余热锅炉间接换热，生产出饱和水蒸气供生产和生活使用，并将外排部分的外排烟气送到原料斗式提升机内烘干原料辅助水，使烟气的显热得到了充分的利用。煅烧后的物料通过两级还原器，最大限度的提高成品的还原率，并降低成品温度，防止氧化反应发生，并通过成品与助燃空气在冷却混合器和冷却悬浮器内的直接换热，使成品的显热得到了充分的利用。最后成品物料在双桨叶搅拌流化床冷却器进一步的冷却，然后储存，冷却空气进过加热后则进入到煅烧系统。本发明通过多级换热系统和还原系统，进一步提高成品质量和磁性铁氧化物的含量，铁品位提高8％～12％，金属回收率提高10％～15％，并且通过利用烟气和物料的显热，最大限度的实现了能量的梯级利用，对于提高铁精矿质量及自产粉矿利用率、进一步降低生产成本、改善矿山资源流、提高资源利用率具有重要意义。