高纯度磁铁矿形成方法和设备及其产品的制作方法

专利名称：：高纯度磁铁矿形成方法和设备及其产品的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种从赤铁矿(hematite)中生产高纯磁铁矿(magnetite)的方法及釆用该方法制成的高纯度磁铁矿产品。具体而言，本发明涉及一种通过甲烷或天然气还原粉末赤铁矿为磁铁矿的方法，其中赤铁矿在加热装置中通过曱烷或天然气的逆流或者顺流流动进行还原，同时在一温度下保持该固体特定时间从而达到将其还原成磁铁矿的目的。本发明进一步涉及一种完成本发明方法的加热装置。
背景技术：
：多年以来已经知道将赤铁矿，Fe203组合物，转化为磁铁矿，Fe304组合物。人造赤铁矿是一种基本红棕色铁矿物，其常常作为在以下操作中的盐酸再生过程的副产品获得，该操作为在下一过程之前使用所述酸进行清洗或酸洗钢材。人造磁铁矿由于其具有磁性和颜料淀积性能而被使用。赤铁矿向磁铁矿的转化是在氢气或一氧化碳气体或液体存在的情况下发生的，其中液体可以为石油。氢气或一氧化碳气体或液体产物作为还原剂起作用并还原赤铁矿，从而使得磁铁矿形成。众所周知，喷射焙烧氯化亚铁从而生产赤铁矿，粒化该赤铁矿，然后在加热装置中在大约900"C至iooot:的温度下还原该赤铁矿为磁铁矿。该还原用一氧化碳和氢气进行，该还原气流与赤铁矿粒的流向逆流，该赤铁矿粒在与燃烧器火焰相对的方向被送入反应器，在该赤铁矿粒通过反应器腔时，被加热到更高的温度，在产物出口附近获得最高温度。还原环境优选为贯穿整个反应器，如通过在产物出口附近喷射附加还原气体。举例如下，美国专利US5，348，160和US5，794，791。然而，对操作环境如气固比率、流速或纯净级别并没有指导。还众所周知的是，在温度为大约200至700X:下在非铁无机化合物粉末存在的情况下采用还原气体还原赤铁矿，在还原的约中段时停止粉末的还原从而产生部分还原粉末，然后通过含氧气体氧化部分还原粉末的表面，产生包括磁铁矿和铁的复合物粉末。该还原气体可以为氢气，一氧化碳，甲烷或乙烷。参见，例如，美国专利US6，827，757，上述方法的纯度大约为83%。还众所周知的是，釆用有机液体或低温含水泥浆还原赤铁矿，参见美国专利US6，302，952，US5，512，195，US4，376，714和US3，928，709。在相近领域还众所周知的是，采用其它物质还原赤铁矿，如石油残余物，醇类和蒸汽，典型地在低于700"的温度。参见例如，美国专利US4，311，684，US2，693，409和US672，192。在已知需要低温的现有技术系统的使用中，还原剂不是甲烷或天然气，同时其缺少对与赤铁矿数量相关的还原剂的使用数量的指导，通过赤铁矿的还原生产的磁铁矿的纯度典型地最多在80%范围内。另外，所述方法可能需要许多的附加步骤来合理的完成该还原过程，因而导致在工业规模上进行生产变得困难。因此，存在对一种改良方法的真实的和巨大的需要，该方法用于生产高纯磁铁矿，也提供了一种具有明确的指导方针的方法，该指导方针使用起来是简单、有效和高效率的，该方法进一步可以容易地扩大到工业规模。发明概述本发明已能够满足上文所述需要。在本发明的一个优选实施例中，公开了一种生产高纯度磁铁矿组合物的方法，该方法通过将赤铁矿，更优选的为赤铁矿粉，供给加热装置的第一端口以便移动通过，同时将甲烷供给加热装置的第二端口以便移动通过，使甲烷与赤铁矿逆流或顺流移动，优选将该加热装置加热至约700-1300t:的温度。还公开了一种通过上述方法生产的产品。同时提供了利用上述方法和生产上述产品的设备，该设备具有一加热装置，该加热装置具有第一端口和第二端口，第一端口略高于第二端口，一具有第一端口和第二端口的加热设备，第一端口与第二端口相比略高，一毗邻于加热装置第一端口的给料区用于将赤铁矿供给加热装置中，一毗邻于加热装置第二端口的排料区用于接收高纯度磁铁矿，在加热装置中至少存在两处温度区，在加热装置中存在多个加热元件，多个加热元件与加热装置一起运作用于加热具有第一温度的第一温度区和具有第二温度的第二温度区，其中第二温度区具有比第一温度区更高的温度，第二温度区开始和结束于从加热装置的第一端口至第二端口和加热装置的第二端口的距离的约15%之间，同时具有用于将气体传输进入加热装置中的气体通道。该设备在第一和第二端口具有气闸，从而能有效的提供直到约5英寸水柱的气密性。本发明的一个目的为提供一种生产高纯度磁铁矿的方法，该方法通过曱烷或天然气的逆流或顺流流动还原赤《失矿，以及通过该方法生产的产品。本发明的一个目的为提供一种方法及其产品，其包括特定的气固比率范围，从而允许决定赤铁矿和/或甲烷进入加热装置的流速，从而提供简单的获得高纯磁铁矿的指导方法。本发明的另为一个目的为提供一种方法及其产品，其包括一更优选的约750-1200n的最大温度范围，和一最优选的约800-900匸的温度范围，从而提供一最佳性能的水平。本发明的另外一个目的为提供一种方法及其产品，包括温度梯度，其中最高的温度保持在第二区中，同时在第一区中保持预加热温度，其中在第二区之后存在至少一个附加区，该附加区具有低于第二区的温度，从而保证产品不是在最高温度离开加热装置。本发明的另外一个目的为提供一种方法及其产品，包括两种温度梯度，其中最高的温度保持在第二区中，同时在第一区中保持预加热温度。本发明的另外一个目的为提供一种产品，其为至少97%的纯磁铁矿，进一步具有大于85.Oemu/g的磁饱和度。本发明进一步的一个目的为提供一种可升级的方法，其可以在大规模工业生产水平进行生产大量的高纯度磁铁矿，或者可以进一步降低规模进行更小规模生产。本发明的这些和另外的发明目的通过以下对本发明的说明将会被更好的充分理解，相关的附图作为参考。图U为本发明方法的示意图，图示了所用的加热设备和反应物，其中赤铁矿和气体相互逆流传输；图1B为本发明方法的示意图，图示了所用的加热设备和反应物，其中赤铁矿与气体相互顺流传输；图2为本发明可使用的设备的部分剥离形式的正视图3为图2的顶一见图4为图2的部分放大图，图示了给料区；图5为本发明可使用的内部管的部分剥离形式的透视图6为图示了在7001C进行的反应中的甲烷与赤铁矿的气固比率的曲线图7为图示了在750C进行的反应中的甲烷与赤铁矿的气固比率的曲线图8为图示了在800"C进行的反应中的甲烷与赤铁矿的气固比率的曲线图9为图示了在830"C进行的反应中的甲烷与赤铁矿的气固比率的曲线图IO为图示了在850C进行的反应中的甲烷与赤铁矿的气固比率的曲线图11为图示了在900t:进行的反应中的甲烷与赤铁矿的气固比率的曲线10图12为图示了在iooox:进行的反应中的甲烷与赤铁矿的气固比率的曲线图13为图示了在iioox:进行的反应中的甲烷与赤铁矿的气固比率的曲线图14为图示了在12001C进行的反应中的甲烷与赤铁矿的气固比率的曲线图15为图示了在1300X:进行的反应中的甲烷与赤铁矿的气固比率的曲线图16为图示了在8301C进行的反应中的甲烷与赤铁矿的气固比率的曲线图，其中甲垸由氮气稀释；图17为图示了在830匸进行的反应中的甲烷与赤铁矿的气固比率的曲线图，其中甲烷没有被氮气稀释；图18为图示了在830"C进行的反应中磁铁矿的纯度级别曲线图19为由本发明所述方法生产的高纯度磁铁矿的显微照片。具体实施例方式当在此使用时，"赤铁矿"含义为赤铁矿或者为在向磁铁矿转变过程中的赤铁矿，并且在此可能包括赤铁矿和磁铁矿的组合物。当在此使用时，"气体，，在其前面不前缀"天然"意味着甲烷气或者天然气或者其组合物，或者任何另外的气体，另外的气体其中一部分为甲烷，其中气体可能进一步被氮气或者其他的惰性气体稀释。当在此使用时，"加热装置"含义为一种设备，其适合于为本方法的温度获取所需要的热能，并且适合于传输和/或允许赤铁矿与气体相互逆流或者顺流移动，特别地包括但是并不局限于窑或者流化床反应器。当在此使用时，术语"给料区"和"排料区"涉及毗邻于加热装置的区域，在这两个区域分别进行赤铁矿进入加热装置和磁铁矿离开加热装置，如在附图中表示的那样。然而，应该理解的是本发明可以采取不同的可变的配置，除非有特别相反的限定.还应该理解的是附图中图示的和以下说明书中叙述的具体元件是本发明的示范性的实施方案。因而，这儿^^开的实施例涉及的具体的尺寸，方向和其他物理性能不应该认为是一种限制，除非进行了相反的说明。当在此使用时，以下表述，两个或更多部件"连接"到一起意味着部件直接或者通过一个或更多个中间部件结合到一起在本发明的方法下，赤铁矿，优选为赤铁矿粉，其中约90%的赤铁矿颗粒在0.15-25pm的范围内，进入加热装置，与甲烷或天然气逆流或顺流传输通过，其中甲烷或天然气可以任选地用氮气或者其它惰性气体稀释。加热装置优选为包括至少两个温度区，其中加热装置的构成为，最高温度区的温度范围为约700-1300匸，更优选的范围为约750-1200x:,最优选的范围为约80o-90or;。在这些情况下，赤铁矿，化学组成Fe203，由甲烷或者其他天然气还原成磁4^矿，化学组成Fe304，目前认为发生如下反应(1):(1)12Fe203+CH4C02+2H20+8Fe304赤铁矿通常可以由任何已知的赤铁矿源获得，在优选的实施方案中，赤铁矿由废盐酸酸洗溶液再生中获得，其中酸被蒸发然后被浓缩为纯的浓缩酸，将溶解的氧化铁产物从溶液中移出，即为细的赤铁矿沉淀物。用于从赤铁矿生产高纯度磁铁矿的方法和设备的一个实施方案如图1A所示，在这个实施方案中，赤铁矿源，如在方框U中所示，通过给料区16传输进入加热装置10内以4更移动通过，该赤铁矿通过依次移动穿过温度区C，温度区D，温度区E和温度区F通过加热装置，如由箭头A大体表示的。赤铁矿在加热装置10内被化学还原为磁铁矿，然后作为高纯度磁铁矿离开加热装置IO进入排料区18，然后可以从排料区18中作为高纯磁铁矿13收回。在图U中气体14与赤铁矿逆流行进，其可以为或包含天然气，其中天然气优选为大部分由甲烷组成.在可替换的实施方案中，甲烷可以代替或者添加至天然气中进行使用。该气体通过排料区18被传输进入加热装置10中。该气体在加热装置10中大体上沿箭头B所示路径移动，沿箭头A移动与赤铁矿逆流移动，使得该气体化学还原赤铁矿为磁铁矿，然后分解为废气15，该废气15通过给料区16排出。如果需要，在加热装置10中可以使用赤铁矿和气体均沿方向A顺流来化学还原赤铁矿为高纯度磁铁矿，如图1B所示。在这个实施方案中，赤铁矿12和气体14均通过给料区16送入加热装置10，使得气体化学还原赤铁矿为磁铁矿，然后分解为排气15。该排气15通过排料区18排出。气体可以采用供给系统通过给料区16(图1B)或排料区18(图1A)被传输进入加热装置10内，可以采用本领域已知的任何合适的传输设备。在小容量测试进行时，该供给系统最优选为装备了转子流量计控制的高压气缸，从而得到稳定的和可控的气流。这将导致能比其它类型的装置，如，湿式气体流量计，获得更好的低流速控制，例如低于每分钟一标准立方英尺。关于更大规模的生产，本领域内不同的气流控制装置并不需要高压气体供给。在优选的实施方案中，传输进入加热装置的甲烷的比例在每磅赤铁矿0.18-1.8标准立方英尺(scf)甲烷的范围内，该气体的流速和生产可以由此比例确定，为了使说明更清楚，提供下述实施例。待处理的赤铁矿的量为18000磅每小时(每分钟300)。为了确定优选的曱垸的流速，每分钟赤铁矿的磅数乘以该比例的上限和下限值。以上提供了使用的每分钟的标准立方英尺的上限和下限水平。在本发明优选的实施方案中甲烷的流速为约0.18*300和1.8*300标准立方英尺每分钟(scfm)，具体的约54和540scfm。该比例也适用于缩小规模的运行。在一个非工业生产中，其中约20磅每小时(0.33磅每分钟)的赤铁矿被还原成磁铁矿，甲烷的流速优选为约Q.6-6.0标准立方英尺每分钟，注意"每分钟"术语并非限制性的，该比例可以类似地用于确定每小时、每秒钟、或者任何其它需要的时间测量的流速。进入到加热装置的甲烷或者天然气可以用氮气进行稀释，例如，釆用50°/。氮气和5(Tyi曱烷和/或天然气。然而，如下所示，所包含的氮气的量对于使用的曱烷与产品的比例具有轻微的影响。氮气可以作为密封气体在排料区使用。传输进入加热装置的赤铁矿的量可以在本发明的精神内依据使用的加热装置的类型和期望的磁铁矿的量而广泛变化。在优选的工业使用量内，约14000至28000磅每小时的赤铁矿被传输进入工业加热装置。然而，使用的赤铁矿的量可以容易的根据需要进行规模扩大或缩小。加热装置10的内部具有多个温度区，其中每个温度区对应于一个不同的温度梯度，如图U和1B中所示，从给料区16的边缘至排料区18的边缘看去，该四个区分别标注为温度区C，D，E和F。在优选的实施方案中，如描述的那样，加热装置IO被分成4个相似尺寸的区。然而，在一个替换的实施方案中，温度区的数目和相对尺寸可以在本发明的精神内变化。例如，温度区D的位置和温度范围可以变化，但是优选为区D无论开始或者结束在何处均在加热装置之内，在一个区域内，该区域优选从毗邻于加热装置的给料区16的边缘起始在加热装置10长度的约15%处开始，到邻接加热装置的排料区18的边缘直至加热装置10的约100%处结束。如果温度区D在温度区C之后延伸至加热装置IO余下的长度(100%)，那么温度区E和F将会被取消。加热装置10的区加热赤铁矿将其转化为磁铁矿，本实施方案采用四个不同温度的区加热产品，其中，在温度区D中达到最高温度梯度，在温度区C中达到第二高梯度，在温度区E中达到第三高梯度，同时最低温度在温度区F中。在该实施方案中，赤铁矿向磁铁矿的还原的绝大部分发生在具有最该温度梯度的温度区D中，温度区C是一个重要的预加热步骤，其中赤铁矿粉被加热到接近还原反应发生的温度，典型地为低于750C。该预加热使得温度区D的还原以非常高的速度发生。温度区E和F，其在赤铁矿的路径上(方向A)的温度区D的下游，具有降低的温度从而冷却磁铁矿产品。在温度区E和F中保持还原性气体气氛，同时，冷却磁铁矿，目的是抑制磁铁矿向赤铁矿的反向反应，从而使纯磁铁矿进入排料区18。在这个实施方案中，温度区D的长度可以变化，但是优选地温度区D开始和结束于在加热装置的区域内，其中该区域为从给料区向排料区测量的加热装置长度的约15%至60%。在图1A和图1B所示的特殊实施方案中，温度区D从自给料区的边缘向排料区的边缘测量的加热装置的长度的约25%延伸至约50°/。。在进一步的实施例方案，只有温度区E在温度区D之后，温度区F被除去了，其中温度区E的温度从温度区D开始降低。进一步，超过图1A或1B中描述的4个温度区的附加的加热区和温度梯度可加入加热装置。如此，如果该加热装置10包含三个温度区C、D和E，温度区E邻接温度区D，与温度区C相对，温度区E的温度比温度区D低，这样温度区D在两个具有较低温度的温度区C和E之间。当加热装置包含毗邻于温度区E，与温度区D相对的第四个温度区F时，上述相同的条件用于所述三个温度区以及第四个温度区F，温度区F具有比温度区E更低的温度从而在抑制反向反应的同时进一步冷却赤铁矿。在一个替代实施方案中，温度区D可以从温度区C的末端直到排料区延伸加热装置的长度。在整个延伸中，冷却温度区E和F均被除去。在本实施方案中，排料温度区包括基本不含氧的气氛，如，氮气气氛从而防止磁铁矿氧化回赤铁矿，冷却混合物(coolingcompound)如，水热交换器可以进一步包含在排料区中从而在磁铁矿离开加热装置时冷却它。在一个优选的实施方案中，加热装置10，如图2所示，为一种窑。优选的加热装置10包括内部管30，该内部管通常同轴向地放置于外部套管32内。内部管30沿它的纵向轴旋转，其中旋转是由电动机(未示出)或者其它相似动力源带动的。内部管30优选地具有倾角取向，其中内部管30具有进口端和排出端，进口端与排出端相比被抬高。该倾角可以为，例如从约0.25至5.00度。赤铁矿粉通过在给料区16的给料管22进入加热装置10的内部管30,内部管30的旋转、倾角和提升板(lifter)44(图5)引起赤铁矿通过加热装置10的大体向下的移动。在优选的实施方案中，内部管30具有狭窄的前沿部分29。加热元件48、50、52和54加热内部管30。加热元件48、50、52和54在套管32上、或在其中、或透过套管32而构成。加热元件48、50、52和54优选为天然气燃烧器，但是可以使用本领域已知的其它类型的加热元件。套管32优选地包括一个或多个烟道34、36和38。最优选地为具备三个至四个烟道用于排出加热元件48、50、52和54的燃烧产物。在本发明的优选实施方案中，加热装置10包括至少四个加热元件48、50、52和54,其能够在内部管30内产生至少四个温度区C、D、E和F。该四个温度区C、D、E和F的温度可以通过对加热元件48、50、52和54的调整进行控制。温度区C、D、E和F的温度优选分别由温度监视设备(未标出)监视，该温度监视设备可以为本领域任何监视设备，如热电偶。温度区C、D、E和F的温度可以根据由监视设备获得的信息进行调整。加热元件48、50、52和54可以直接调节，遥控调节，或用本领域已知的任何方法进行调节。在某些实施方案中，如果需要，温度是可控的，从遥控位置采用例如计算机的控制手段进行控制。例如，来自温度区C、D、E和/或F和/或监视设备的输出可以被传送至计算机，将其温度与已存储的期望温度进行对比然后给控制器发送信号操作加热元件48、50、52和54对温度区C、D、E和F的温度进行调节至所期望的温度。优选的加热装置10优选地为间接加热窑，其由加热元件48-52进行加热，其中化学还原赤铁矿的气体与在加热元件48、50、52和54中利用的任何气体通过内部管30进行隔离。这通常是通过在内部管30外面具有一个或多个加热元件48、50、52和54的同时，化学还原赤铁矿的气体在内部管30的内部实现的。然而，作为替代方案，该加热装置IO可以为直接加热窑，其中用于加热过程的气体与用于将赤铁矿还原为磁铁矿的气体为相同气体。加热元件48-52的类型、形状、长度和直径都可以根据期望的通过量和驻留时间进行变化。这些参数对于本领域技术人员是公知的。通过给料区16的供料管22，赤铁矿进入加热装置10，并在加热装置10内被化学还原，同时沿着箭头A的方向运行，然后作为高纯度磁铁矿离开进入排料区18。在排料区18，高纯度磁铁矿可以通过本领域的任何已知方法进行获取、储存和使用。在图2和3中所示的一个实施方案中，排料区包括漏斗40，该漏斗将高纯度磁铁矿提供给排出滑槽42。高纯度磁铁矿通过排出滑槽42排出，然后以任何期望的方式收集。最终高纯度磁铁矿产品具有期望的蓝/黑颜色。进一步，磁铁矿可以通过收集之后的磨碎工艺进行磨碎，从而建立期望的颗粒尺寸和/或满足颜料淀积的需求。在赤铁矿的处理过程中，气体可能通过气体通道44被传输进入排出滑槽42，通过漏斗40，进入内部管30，其中其与赤铁矿逆流移动。为了防止气体从排出滑槽42的底部向外大量流失同时为了允许气流进入内部管30，在希望排出磁铁矿时，优选地在排出滑槽42内提供一气闸(未示出)，其具有上部阀和下部阀，其中上部阀在关闭时，下部阀打开在重力的作用下排出磁铁矿。在排出之前及之后，下部阀关闭，上部阀打开。该气闸使得磁铁矿在离开排出滑槽42时具有最小的气体损失。另外，通过关闭气阀(未标出)停止气体供应，所述气阀不是气闸的一部分，同时磁铁矿在重力的作用下通过打开排出滑槽42的底部排出。气体在内部管30内相对于赤铁矿顺流或逆流流动，在图1A和2中的实施方案中，气体与赤铁矿逆流流动，其中气体通过气体通道44被传输进入排料区18。气体从排料区18进入加热装置10如箭头B所示与赤铁矿逆流移动通过。该气体离开给料区16，优选地通过烟道24,在通过内部管30后成为排气。在另外的实施方案中，其中气体沿箭头A的方向与赤铁矿顺流流动，气体优选地通过烟道24被传输进入给料区16内，然后向上通过气体通道44离开排料区16。在这里也可以使用如上所述的气闸，因此在典型的处理中，下部阀将会关闭同时上部阀打开，在磁铁矿排出过程中，下部阀打开同时上部阀关闭。图4示出给料区16的优选的实施方案，给料区16包括供料管22，烟道24,螺旋推运器管(augertube)20，机架螺旋推运器(housingauger)26，和密封件28。该密封件28与狭窄的伸出部分29或内部管30紧密接触，防止在其之间出现不期望看到的气体的泄漏，同时有利于赤铁矿从固定的螺旋推运器20至旋转内部管30的有效的传送。该密封件可以进一步包括波紋管(bellows)(未标出)从而在密封件28和烟道24之间过渡一空隙。为了将赤铁矿输送进入加热装置10内，赤铁矿被送入供料管22内，供料管将赤铁矿输送进入螺旋推运器管20，在螺旋推运器管中设置一螺旋推运器26。螺旋推运器26通过任何合适的电动机(未标出)或类似动力源带动以期望的速度旋转，从而使赤铁矿以与加工处理方法一致的速度前进。为了防止赤铁矿与自身，给料区16和/或加热装置IO粘结，给料区16的温度优选不超过700C。在原料进入加热装置10的时候过度加热会导致一部分赤铁矿分解为方铁矿(wuestite)，其是一种不合需要的粘性材料，会增加材料在加热装置IO和给料区16的累积。方铁矿典型的以非化学计量单位形式存在，如FeO。.947。在下文中，方铁矿将会被i^为是FeOn.w或者，为了简化，FeO。为了控制给料区16的温度，可以将空气作为冷却手段引入给料区16中，例如，抵消来自加热装置10的过度的热发散。如图5所示，提升板56、58、60、62和64轴向延伸并且通常为径向定位，其被固定到内部管30的内部表面上相互之间留出间隔。提升板56、58、60、62和64具有固定到内部管30的内部表面上的边缘，并在内部管30内总体向内延伸，以致当如此定位的内部管30顺时针方向旋转时，赤铁矿在提升板56、58、60、62和64中被抬高。当提升板56、58、60、62和64达到一个特别的高度时，提升板56、58、60、62和64将会落下至少一部分赤铁矿回到内部管30中。对提升板56、58、60、62和64进行如下设计和排列，在旋转过程中，管内至少一部分赤铁矿粉总是处于移动状态。提升板56、58、60、62和64通过在赤铁矿中产生搅动防止赤铁矿粘结到管上或者形成成块的赤铁矿。在内部管旋转，材料从提升板卸下时，提升板56、58、60、62和64还通过产生粉末幕提供气体与颗粒的高的接触。当图5描述提升板覆盖了内部管30的部分圆周时，应该理解，提升板的数量、具体形状、尺寸和位置在本发明的精神内可广泛变化，同时优选地间隔于内部管30的整个圆周。进一步，提升板56、58、60、62和64通常与管30的纵向长度共同延伸。如果需要，单独的提升板56、58、60、62和64可以沿管的纵向长度延伸或者多个提升板可以相互邻近地不同长度地纵向延伸。实施例1小规模试验运行结果如表1所示，赤铁矿以17磅每小时的速度被供给窑内，如表1所示在试验运行1-26中，气体在0.071至0.223scfm的范围内以与赤铁矿逆流的方式被供给窑内。窑的温度区D的温度在700-830iC变化。甲烷被稀释，使出口气体的14-50%体积比为曱烷。该表显示了在测试IO、22、24、25和26次后的过程的最终磁铁矿产品的纯度分析。"红色/棕色"标识表示最终产品的分析通过视觉特征进行，红色-赤铁矿，黑色-磁铁矿，红色/棕色-混合物。表l:工艺条件/变化/结果的归纳<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>如表1所示，纯度峰值在温度区D的温度到达约830t:时获得。同时其它区的温度可以获得高纯度率，该表描述了在本发明的指导下，可以获得超过98%的纯度率的磁铁矿。如图6所示，赤铁矿向磁铁矿的完全转变发生在使用约8kmo1曱烷并持续到直到使用约16kmo1甲烷，在16kmo1的点时，开始附加地形成一种污染物，方铁矿(FeO)。然而，已发现在此温度下还原反应动力很弱，使反应倾向緩慢发生。这就必须通过增加最大温度区的长度或者减少窑的流速来解决。实施例2加热窑并使窑的最大温度为750X:。将约100kmo1的赤铁矿(Fe203)，或者15969kg赤铁矿传输进入窑的进口处以便移动通过。将气体以与赤铁矿逆流的方式加入上述窑，从窑的出口处向进口处移动，其中气体为约50%甲烷和50%氮气。以从Okmol甲烷至约25kmo1甲烷的重量范围加入上述气体。在上述高的一端，25kmo1甲烷等同于560350标准升的曱烷，或者19789标准立方英尺，假设为理想气体。如图7所示，赤铁矿向磁铁矿的完全转化发生在使用约8kmo1甲烷并持续到直到使用约14kmo1甲烷，在14kmo1的点时，开始附加地形成一种污染物，方铁矿(FeO)。然而，已发现在此水平下还原反应动力很弱，此时，反应倾向于緩慢发生。这就必须通过增加最大温度区的长度或者减少窑的流速来解决。实施例3加热窑并使窑的最大温度为800r。将约lOOkmol的赤铁矿(Fe203)，或者15969kg赤铁矿传输进入窑的进口处以便移动通过。将气体以与赤铁矿逆流的方式加入上述窑，从窑的出口处向进口处移动，其中气体为约50%甲烷和50°/。氮气。以从Okmol甲烷至约25kmo1甲烷的重量范围加入上述气体。在上述高的一端，25kmo1甲烷等同于560350标准升的甲烷，或者19789标准立方英尺，假设为理想气体。如图8所示，赤铁矿向磁铁矿的完全转化发生在使用约8kmo1甲烷并持续到直到使用约14kmo1甲烷，在14kmo1的点时，开始附加地形成一种污染物，方铁矿(Fe0)。在这里和下面的实施例中反应动力是更有利的，而且还原以可接受的快速速率发生。实施例4加热窑并使窑的最大温度为830X:。将约lOOkmol的赤铁矿(Fe203)，或者15969kg赤铁矿传输进入窑的进口处以便移动通过。将气体以与赤铁矿逆流的方式加入上述窑，从窑的出口处向进口处移动，其中气体为约50%甲烷和50%氮气。以从Okmol甲烷至约25kmo1甲烷的重量范围加入上述气体。在上述高的一端，25kmo1曱烷等同于560350标准升的曱烷，或者19789标准立方英尺，假设为理想气体。如图9所示，赤铁矿向磁铁矿的完全转化发生在使用约8kmo1甲烷并持续到直到使用约12.5kmo1甲烷，在12.5k迈o1的点时，开始附加地形成一种污染物，方^t5户(Fe0)。实施例5加热窑并使窑的最大温度为850匸。将约lOOkmol的赤铁矿(Fe203)，或者15969kg赤铁矿传输进入窑的进口处以便移动通过。将气体以与赤铁矿逆流的方式加入上述窑，从窑的出口处向进口处移动，其中气体为约50%甲烷和50%氮气.以从Okmol甲烷至约25kmo1甲烷的重量范围加入上迷气体。在上述高的一端，25kmo1甲烷等同于560350标准升的甲烷，或者19789标准立方英尺，假设为理想气体。如图10所示，赤铁矿向磁铁矿的完全转化发生在使用约8kmo1甲烷并持续到直到^^用约12kmo1甲烷，在12kmo1的点时，开始附加地形成一种污染物，方铁矿(Fe0)。实施例6加热窑并使窑的最大温度为900匸，将约lOOkmol的赤铁矿(Fe203)，或者15969kg赤铁矿传输进入窑的进口处以便移动通过。将气体以与赤铁矿逆流的方式加入上述窑，从窑的出口处向进口处移动，其中气体为约50%甲烷和50°/。氮气。以从Okmol甲烷至约25kmo1甲烷的重量范围加入上述气体。在上述高的一端，25kmo1曱烷等同于560350标准升的甲烷，或者19789标准立方英尺，假设为理想气体。如图11所示，赤铁矿向磁铁矿的完全转化发生在使用约8kmo1甲烷并持续到直到使用约11.5kmo1甲烷，在11.5kmo1的点时，开始附加地形成一种污染物，方铁矿(Fe0)。实施例7加热窑并使窑的最大温度为1000t;。将约lOOkmol的赤铁矿(Fe203)，或者15969kg赤铁矿传输进入窑的进口处以便移动通过。将气体以与赤铁矿逆流的方式加入上述窑，从窑的出口处向进口处移动，其中气体为约50%甲烷和50%氮气。以从Okmol甲烷至约25kmo1甲烷的重量范围加入上述气体。在上述高的一端，25kmo1甲烷等同于560350标准升的甲烷，或者19789标准立方英尺，假设为理想气体。如图12所示，赤铁矿向磁铁矿的完全转化发生在使用约8kmo1甲烷并持续到直到使用约lOkmol甲烷，在10kmol的点时，开始附加地形成一种污染物，方铁矿(Fe0)。实施例8加热窑并使窑的最大温度为1100X:。将约lOOkmol的赤铁矿(Fe203)，或者15969kg赤铁矿传输进入窑的进口处以便移动通过。将气体以与赤铁矿逆流的方式加入上述窑，从窑的出口处向进口处移动，其中气体为约50%甲烷和50%氮气。以从Okmol甲烷至约25kmo1甲烷的重量范围加入上述气体。在上述高的一端，25kmo1曱烷等同于560350标准升的甲烷，或者19789标准立方英尺，假设为理想气体。如图13所示，赤铁矿向磁铁矿的完全转化发生在使用约8kmo1甲烷并持续到直到使用约9.5kmo1甲烷，在9.5kmol的点时，开始附加地形成一种污染物，方铁矿(Fe0)。实施例9加热窑并使窑的最大温度为1200r。将约lOOkmol的赤铁矿(Fe203)，或者15969kg赤铁矿传输进入窑的进口处以便移动通过。将气体以与赤铁矿逆流的方式加入上述窑，从窑的出口处向进口处移动，其中气体为约50%甲烷和50%氮气。以从Okmol曱烷至约25kmo1甲烷的重量范围加入上述气体。在上述高的一端，25kmo1甲烷等同于560350标准升的甲烷，或者19789标准立方英尺，假设为理想气体。如图14所示，赤铁矿向磁铁矿的完全转化发生在使用约8kmo1甲烷并持续到直到使用约9kmo1甲烷，在9kmo1的点时，开始附加地形成一种污染物，方铁矿(Fe0)。实施例10加热窑并使窑的最大温度为13001C。将约lOOkmol的赤铁矿(Fe203)，或者15969kg赤铁矿传输进入窑的进口处以便移动通过。将气体以与赤铁矿逆流的方式加入上述窑，从窑的出口处向进口处移动，其中气体为约50%甲烷和50%氮气。以从Okmol甲烷至约25kmo1甲烷的重量范围加入上述气体。在上述高的一端，25kmo1甲烷等同于560350标准升的甲烷，或者19789标准立方英尺，假设为理想气体。如图15所示，赤铁矿向磁铁矿的完全转化发生在使用约5kmo1甲烷并持续到直到使用约9kmo1甲烷，在9kmol的点时，开始附加地形成一种污染物，方铁矿(Fe0)。对于以上所有的实施例，当使用了与产品的量相关的合适量的甲烷时，就能生产出高纯度的磁铁矿，典型的高于98%。在上述的基础上，用于生产基本上纯的磁铁矿的赤铁矿向磁铁矿的还原可以以最大气固比率范围在约700C时发生。然而，在该温度的反应动力常常不足以使还原快速发生。在温度增加时动力变得更加有利，在到达800"C的时候，通常得到赤铁矿的快速还原。因此，热力学优选的温度为高于约7001C，对于动力更优选的动力学优选温度为高于约800"C。然而，在最高温度增加时，用于生产纯磁铁矿的气固比率却减少了。进一步，当温度增加至约12001C以上时，赤铁矿很快失去稳定性并且在很低的气体水平下形成磁铁矿。在这些高温下操作通常是不经济的，因为能源成本高，且对于工艺设备可能需要昂贵的特殊合金。因而，尽管优选的最高温度为约1300匸，但更优选的最大温度为1200匸。因此，本发明优选的操作温度范围为约700至13001C，更优选的范围约为750至1200匸。然而，为最大化该温度范围，使其在动力学上和允许的宽的甲烷与赤铁矿的比率范围内是有利的且能满足设备问题，最优选的温度范围在约800至900t:之间。氮气稀释对所需甲烷与赤铁矿的比率或者产生的甲烷的纯度并不产生影响，如图16和17所示，本发明的方法理论上用50%甲烷和50%氮气稀释的甲烷(图16)进行，以及用100%的甲烷进行(图17)。对比的结果基本相似，稀释的影响由于极小可以忽略，氮气的影响对本发明的热力学具有极小的影响。如图18所示，当温度区D的范围为约820至840C时，在所有已列出的情况下，如不同重量百分比的甲烷，能够容易地得到在90%以上纯度的磁铁矿。进一步，在大多数情况下，容易得到在98%以上纯度的磁铁矿，一直到100%纯度。如图18所示，在前的温度区C优选地低于740匸。如图19所示，对本发明生产的高纯度磁铁矿进行了分析。发现最终磁铁矿低于lMM，一般在约0.6-0.9juM的范围内，具有约15微米的团块。在最高温度8301C的试验运行的磁铁矿的組成如表2所示。表2:磁铁矿产品的XRD分析<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>所述痕量杂质主要为碳、硫、钾、锰、钛、铜、硅、铝和铬。根据测量得到的磁铁矿产品的振实密度，为1.02g/ml，和体积密度为0.76g/ml，其纯度大于98.25%磁铁矿。进一步，磁饱和为91.6emu/g同时剩磁(magneticremnance)为6.9emu/g。该磁饱和值被定义为磁力程度，其中其在磁化力(驱动磁场)上的进一步增长并不能在样品的磁通密度上产生显著的增加。通常，超过90emu/g的磁饱和值表示非常纯的产品。剩磁被定义为在驱动磁场减少到零的时候，对剩余磁性(或者磁通密度)的度量。应当理解，本方法和相关的设备提供了一种有效简单的途径用于生产非常高纯度的磁铁矿，其使用了新颖的最高加热装置温度和赤铁矿还原剂。进一步应当理解，高纯度磁铁矿可以通过比较所使用的赤铁矿的磅数与所使用的甲烷还原剂的标准立方英尺的比率进行生产。所有的这些促进了高纯度磁铁矿的产生，该高纯度磁铁矿此前并未以如此简单的程度和工业规模生产过。进一步应当理解的是，该加热装置包括附加的特征，其使得本方法进行的平稳和具有最佳的精度。当对本发明的全面和完全的描述被提出后，其与专利法规的规定是一致的，应该理解的是，可以采取并不脱离本发明精神或者附加的权利要求的范围的修改，例如，套管32的形状可以广泛变化。权利要求1、一种生产高纯度磁铁矿的方法，其包括如下步骤将赤铁矿供给加热装置的给料区中以便移动通过，该加热装置进一步包括排料区；将气体供给加热装置中以便移动通过；和将加热装置的一部分加热至约700-1300℃的最高温度，从而将所述赤铁矿转化为所述高纯度磁铁矿。2、如权利要求1所述的方法，包括使用的最高温度为约750-1200x:。3、如权利要求l所述的方法，包括使用的最高温度为约800-900C。4、如权利要求1所述的方法，其中处在最高温度下的加热装置部分开始和结束于从加热装置的给料区至加热装置的排料区的距离的约15%至60%之间。5、如权利要求1所述的方法，其中处在最高温度下的加热装置部分开始和结束于从加热装置的给料区和加热装置的排料区直至排料区的距离的约15%。6、如权利要求1所述的方法，其中传输进入加热装置的气体包括每磅传输进入加热装置的赤铁矿约0.18至1.8标准立方英尺的甲烷。7、如权利要求l所述的方法，其中所述气体为天然气。8、如权利要求1所述的方法，其中赤铁矿的供给和气体的供给基本为同时的。9、如权利要求l所述的方法，其中所述气体由氮气稀释。10、如权利要求1所述的方法，其中加热装置的给料区低于700'C。11、如权利要求l所述的方法，其中加热装置包括至少一个如下所述温度区，该温度区处于比上游温度区更低的温度下从而冷却赤铁矿。12、如权利要求l所述的方法，其中赤铁矿从废酸洗溶液获得。13、如权利要求l所述的方法，其中随后通过磨碎工艺减小磁铁矿的颗粒尺寸。14、如权利要求1所述的方法，其中赤铁矿和气体从给料区至排料区相对顺流移动。15、如权利要求1所述的方法，其中赤铁矿和气体相对逆流移动，赤铁矿从给料区向排料区移动，并且气体从排料区向给料区移动。16、一种通过以下方法制备的产品，该方法包括以下步骤将赤铁矿供给加热装置的给料区中以便移动通过，该加热装置进一步包括排料区；将气体供给加热装置中以便移动通过；和将加热装置的一部分加热至约700-1300iC的最高温度，从而将所迷赤铁矿转化为高纯度磁铁矿。17、如权利要求16所述的产品，包括使用的最高温度为约750-1200X:。18、如权利要求16所述的产品，包括使用的最高温度为约800-900x:。19、如权利要求16所述的产品，其中处在最高温度下的加热装置部分开始和结束于从加热装置的给料区至加热装置的排料区的距离的约15%至60%020、如权利要求16所述的产品，其中处在最高温度下的加热装置部分开始和结束于从加热装置的给料区和加热装置的排料区直至排料区的距离的约15%。21、如权利要求16所述的产品，其中传输进入加热装置的的气体包括每磅传输进入加热装置的赤铁矿约0.18至1.8标准立方英尺的甲烷。22、如权利要求16所述的产品，其中气体为天然气。23、如权利要求16所述的产品，其中赤铁矿的供给和气体的供给基本为同时的。24、如权利要求16所述的产品，其中加热装置的给料区低于700x:。25、如权利要求16所述的产品，其中加热装置包括至少一个如下所述温度区，该温度区处于比上游温度区更低的温度下从而冷却赤铁矿。26、如权利要求16所述的产品，其中赤铁矿从废酸洗溶液获得。27、如权利要求16所述的产品，其中所述产品的磁饱和大于90.0emu/g。28、如权利要求16所述的产品，其中所述产品的剩磁大于6emu/g。29、如权利要求16所述的产品，其中所述产品为大于98。yi的磁铁矿，约1%的赤铁矿，且其中方铁矿的量可以忽略不计。30、如权利要求16所述的产品，其中赤铁矿和气体从给料区至排料区相对顺流移动。31、如权利要求16所述的产品，其中赤铁矿和气体相对逆流流动，赤铁矿从给料区向排料区移动，并且气体从排料区向给料区移动。32、一种用于生产高纯度磁铁矿的方法,包括如下步骤将赤铁矿供给加热装置的给料区中以便移动通过，该加热装置进一步包括排料区；将气体供给加热装置中以便移动通过；其中传输进入加热装置的的气体包括每磅传输进入加热装置的赤铁矿约0.18至1.8标准立方英尺的甲烷，从而将所述赤铁矿转化为所述高纯度磁铁矿。33、一种用于将赤铁矿粉转化为高纯度磁铁矿的设备，其包括加热装置，该加热装置具有第一端口和第二端口；毗邻于加热装置第一端口的给料区，用于将赤铁矿供给加热装置中；毗邻于加热装置第二端口的排料区，用于接收高纯度磁铁矿；在加热装置内的至少两个温度区；多个加热元件，用于加热具有第一温度的第一温度区和具有第二温度的第二温度区，其中所述加热元件被配置为加热第二区至比第一区更高的温度，第二区开始和结束于从加热装置的第一端口至第二端口和加热装置的第二端口的距离的约15%;和用于将气体传输进入加热装置的气体通道。34、如权利要求33所述的设备，其中所述气体通道位于排料区中，用于导入气体使其与赤铁矿逆流传输。35、如权利要求33所述的设备，其中所述气体通道位于给料区中，用于导入气体使其与赤铁矿顺流传输。36、如权利要求33所述的设备，其中加热装置为间接加热窑。37、如权利要求33所述的设备，其中加热装置具有可旋转的内部管，该内部管从给料区接收赤铁矿并具有至少两个温度区。38、如权利要求33所述的设备，其中加热装置进一步含有第三温度区，其毗邻于第二温度区，并且在与第一温度区相反的第二温度区的一侧，配置加热元件加热第三温度区至低于第二温度区的温度，从而第二温度区在两个较低温度的温度区之间。39、如权利要求38所述的设备，其中加热装置具有第四温度区，其毗邻于第三温度区，并且在与第二温度区相反的第三温度区的一侧，配置加热元件加热第四温度区至低于第三温度区的温度。40、如权利要求33所述的设备，其中所述装置配置为监视至少两个温度区的温度。41、如权利要求40所述的设备，其中所述装置配置为调整加热元件从而调整至少两个温度区的温度。42、如权利要求40所述的设备，其中配置了热电偶来监视至少两个温度区的温度。43、如权利要求33所述的设备，进一步包括提供给计算机的输出，该计算机有效地与加热装置结合，用于对比已测量的温度与存储的预期温度，同时发布信号给控制器以便从计算机接收输出信号，同时，当需要时，响应接收的输出信号调整加热元件的输出。44、如权利要求37所述的设备，其中加热区包括赤铁矿供给管和螺旋推运器管，该螺旋推运器管包括可旋转的螺旋推运器用于从供给管将赤铁矿传输至可旋转的内部管。45、如权利要求37所述的设备，其中可旋转的内部管具有进口端和排出端，该进口端高于排出端。46、如权利要求45所述的设备，其中进口端比排出端高约0.25至5.00度。全文摘要本发明涉及一种生产磁铁矿的方法，其中磁铁矿为具有超过90％高的纯度的磁铁矿，更典型的高于98％的磁铁矿。在约700至1300℃的最大温度下，采用还原赤铁矿粉为磁铁矿，其中赤铁矿粉在加热装置中与甲烷或天然气逆流或顺流移动，使用的用于还原赤铁矿的甲烷量可以为约0.18和1.8标准立方英尺甲烷每磅赤铁矿。本文还公开了通过上述方法生产的高纯度磁铁矿产品，其中该磁铁矿具有小于1μM的直径，其磁饱和为高于90.0emu/g。本文还提供了使用用于赤铁矿粉的改良供给系统的对应设备。文档编号C01G49/08GK101360684SQ200680051130公开日2009年2月4日申请日期2006年11月2日优先权日2005年11月15日发明者D·L·尼科尔斯,M·E·萨维达,T·E·维扬德申请人:匹兹堡矿物及环境技术公司