阅读说明：本技术 一种基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法及系统 (It is a kind of to recycle the method and system for preparing smart iron powder based on reduction roasting ) 是由 罗立群 郑波涛 魏晨曦 周鹏飞 于 2019-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法及系统,该方法步骤包括含铅锌难选铁物料预处理、还原焙烧、绝氧水淬和磨矿磁选,其中：所述含铅锌难选铁物料预处理步骤包括：将含铅锌难选铁物料与还原剂破碎细化后混合均匀,得到混合原料,且所述混合原料中所述还原剂的质量百分数为1％～30％；所述还原焙烧步骤包括：还原炉升温至还原温度后,将所述混合原料迅速放至所述还原炉中进行还原焙烧,得到还原物料,所述还原温度为1100℃～1250℃,还原焙烧时间为10min～3h。本发明通过该方法有效同步脱去含铅锌难选铁物料中的铅和锌,使所得精铁粉中铅锌杂质含量显著降低,进而使精铁粉品位显著提高；同时制备工艺简捷,使高炉寿命延长且炼铁效益提升。(The invention discloses a kind of method and system that the smart iron powder of preparation is recycled based on reduction roasting, this method step includes that leaded zinc difficulty selects the pretreatment of iron material, reduction roasting, anoxybiotic water quenching and mill ore magnetic selection, wherein: it includes: to be uniformly mixed after leaded zinc difficulty is selected iron material and the broken refinement of reducing agent that the leaded zinc difficulty, which selects iron material pre-treatment step, mixed raw material is obtained, and the mass percent of reducing agent described in the mixed raw material is 1%~30%；The reduction roasting step includes: to put the mixed raw material rapidly after reduction furnace is warming up to reduction temperature and carry out reduction roasting into the reduction furnace, obtains reducing material, and the reduction temperature is 1100 DEG C~1250 DEG C, and the reduction roasting time is 10min~3h.The present invention is effectively synchronized by this method to slough leaded zinc difficulty and selects lead and zinc in iron material, significantly reduces impurities of lead, zinc content in the smart iron powder of gained, and then significantly improve smart iron powder grade；Preparation process is simple and direct simultaneously, extends the life of the blast furnace and smelts iron benefit promotion.)

一种基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法及系统

技术领域

本发明涉及矿物加工领域，特别是一种基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法及系统。

背景技术

目前，我国铁矿资源具有铁矿石品位低，铁矿物结晶粒度细，复杂难选的铁矿资源所占比例较高的特点。在现有的技术条件下，最有效的对难选的含铁弱磁性氧化物料实现高效分选的方法是采用磁化焙烧工艺将弱磁选氧化铁矿转化为磁铁矿，彻底改变矿石中铁矿物的赋存状态，提高铁矿物与脉石矿物两者间的物理化学性质差异，从而实现有效分选。闪速磁化焙烧技术及悬浮磁化焙烧技术的出现为我国含铁弱磁性氧化物料选矿技术提供了新的技术手段。

但含铅锌难选铁物料中铅-锌-铁嵌布关系复杂、颗粒微细，通过常规的磁化焙烧选矿方法难以去除。赋存于含铅锌难选铁物料中的铅锌不但使铁精粉违反杂质元素的含量规定，影响铁精粉的品级，而且随铁精矿进入高炉炼铁作业的铅锌杂质在高炉内部富集严重影响高炉生产安全、高炉寿命及炼铁效益。故亟待提出一种新的制备精铁粉的方法用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法及系统，用于解决现有技术中铁物料中所含铅锌难以除去的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了第一解决方案：提供一种基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法，具体步骤包括含铅锌难选铁物料预处理、还原焙烧、绝氧水淬和磨矿磁选，其中：含铅锌难选铁物料预处理步骤包括：将含铅锌难选铁物料与还原剂破碎细化后混合均匀，得到混合原料，且混合原料中还原剂的质量百分数为1％～30％；还原焙烧步骤包括：还原炉升温至还原温度后，将混合原料迅速防止还原炉中进行还原焙烧，得到还原物料，还原温度为1100℃～1250℃，还原焙烧时间为10min～3h。

优选的，还原剂包括固体还原剂、液体还原剂和气体还原剂中的一种及两种以上的混合物。

其中，绝氧水淬步骤包括：经还原焙烧步骤后，在隔绝氧气的环境下将还原物料迅速排入冷却水中，得到经水淬的焙烧矿料。

其中，磨矿磁选步骤包括：将经水淬的焙烧矿料依次进行降温、脱水、烘干及磨矿工序，至经水淬的焙烧矿料基本离解后得到磨矿矿料；将磨矿矿料进行磁选后得到精铁粉，磁选时磁场强度为120kA/m～240kA/m。

优选的，基本离解的状态具体离解度为80％～85％。

优选的，经磨矿工序后，粒度小于45μm的颗粒占60％～90％。

为解决上述技术问题，本发明提供了第二解决方案：提供一种还原焙烧制备精铁粉的系统，包括破碎混合单元、还原焙烧单元、绝氧水淬单元、干燥单元、磨矿单元和磁选单元，其中：含铅锌难选铁物料于破碎混合单元中破碎并混合均匀后，导入还原焙烧单元中进行还原焙烧；还原焙烧单元与绝氧水淬单元连通，用于将还原焙烧后的还原物料排出绝氧水淬单元中进行快速冷却，得到经水淬的焙烧矿料；绝氧水淬单元经干燥单元后与磨矿单元连通，用于经水淬的焙烧矿料于干燥单元中降温、脱水和烘干后，导入磨矿单元并进行磨矿工序，得到磨矿矿料；磨矿单元与磁选单元连通，用于将磨矿矿料导入磁选单元中并进行筛选，得到精铁粉。

其中，还原焙烧制备精铁粉的系统用于执行前述第一解决方案中任一基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法。

优选的，还原焙烧单元为箱式还原炉、管式还原炉、气氛还原炉中的一种。

优选的，磁选单元为弱磁分选装置，弱磁分选装置的磁场强度为120kA/m～240kA/m。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法及系统，通过该方法可有效同步脱去含铅锌难选铁物料中的铅和锌，使所得精铁粉中铅锌杂质含量显著降低，进而使精铁粉的品位显著提高；同时制备工艺简捷，减少了高炉生产安全问题，使高炉寿命延长且炼铁效益提升。

附图说明

图1是本发明中基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法一实施方式的工艺流程图；

图2是本发明中还原焙烧制备精铁粉的系统一实施方式的示意图。

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，均属于本发明保护的范围。

对于本发明中的第一解决方案，请参阅图1，图1是本发明中基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法一实施方式的工艺流程图。本发明中基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法具体步骤包括：

S1：含铅锌难选铁物料预处理。本步骤中，将含铅锌难选铁物料和还原剂破碎或者粉磨后混合均匀，以便后续进行还原焙烧时反应更加充分，由此得到混合原料，该混合原料中还原剂的质量百分数为1％～30％。本实施方式中，还原剂可以包括固体还原剂、液体还原剂、气体还原剂中一种及两种以上的混合物，其中，固体还原剂可包括但不限于煤炭、焦炭、生物质等含固定碳的原料，液体还原剂可包括但不限于重油、再生油(如植物油残渣、厨余垃圾再生油等)等液体原料，气体还原剂可包括但不限于CO、CH₄、C₂H₂、CH₃CH₂CH₃等气体原料；若采用的还原剂中含有固相成分，则需要将含铅锌难选铁物料和还原剂一起破碎后混合均匀；若采用的还原剂中不含有固相成分，则仅需将含铅锌难选铁物料进行破碎，然后再与还原剂混合均匀；对于还原剂的选用和操作，可根据具体实际情况进行合理选择，在此不作限定。

需要指出的是，本发明中所指含铅锌难选铁物料可包括但不限于以下物质：含有铅锌杂质的赤铁矿、褐铁矿、镜铁矿、菱铁矿等含铁弱磁性氧化矿，含铁尾矿或含铁尘渣；含铁有色金属选矿尾矿、含铁黄金尾矿、含铅锌的钢铁尘渣，以及冶金、化工、材料领域中的其它含铅锌的铁物料。

S2：还原焙烧。本步骤中，还原炉升温至还原温度后，将由S1步骤所得混合原料迅速防止还原炉中进行还原焙烧，得到还原物料，还原温度为1100℃～1250℃，还原焙烧时间为10min～3h。

具体地，对该步骤中的反应机理进行详细阐述。S2步骤中所包含的反应式有：3Fe₂O₃(s)+CO(g)＝2Fe₃O₄(s)+CO₂(g) (1)

Fe₃O₄(s)+CO(g)＝3FeO(s)+CO₂(g) (2)

FeO(s)+CO(g)＝Fe(s)+CO₂(g) (3)

PbS(s)+2PbO(s)＝3Pb(l)+SO₂(g) (4)

PbS(s)+PbSO₄(s)＝2Pb(l)+2SO₂(g) (5)

PbCO₃[2PbCO₃·Pb(OH)₂](s)→PbO(s) (6)

ZnCO₃[2ZnCO₃·3Zn(OH)₂](s)→ZnO(s) (7)

PbO(s)+CO(g)＝Pb(g)+CO₂(g) (8)

ZnO(s)+CO(g)＝Zn(g)+CO₂(g) (9)

其中Fe₂O₃反应原理视其焙烧温度，由低至高按Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe顺序发生进行还原，相应化学反应如上述化学式(1)～(3)；在750℃～850℃之间，Fe₂O₃还原生成Fe₃O₄和CO₂；在900℃～950℃之间，Fe₃O₄过还原生成FeO和CO₂；当焙烧温度超过1000℃，FeO继续被还原生成单质Fe和CO₂。同时，含铅锌难选铁物料中的铅锌杂质在焙烧过程中将同步发生还原反应，且反应后铅锌杂质因高温过程挥发而脱除，即发生如上述化学式(4)～(9)的反应，达到去除如铅锌等有害杂质的目的。

进一步地，在控制适宜的还原温度至1100℃～1250℃，充分利用了待还原的混合原料中含铁矿物、杂质矿物及脉石矿物(如含SiO₂、Al₂O₃的硅酸盐矿物)的不同高温特性，进行高温微熔态选择性还原，其优势在于：(1)含铁矿物呈微熔态还原，在较高的表面张力作用下聚集而二次富集，形成细小的金属铁颗粒；(2)而铁矿物周围及内部的含铅锌杂质矿物，因周边铁矿物的微熔态还原而加速还原，并有利于呈气态的铅、锌杂质同步逸出而脱除；(3)待还原焙烧原料中较高熔点成分，如SiO₂、Al₂O₃、硅酸盐矿物等，仍保持固相状态，避免了细小的微熔态粒状金属铁进一步团聚和混杂，有利于后续磨矿与磁选工序的进行。即该高温微熔态选择性还原技术的优点为，有利于细小金属铁的团聚，使铅锌杂质能够有效脱除，并防止铁矿物与脉石矿物的混杂，更利于金属铁的筛选。

本实施方式中，控制还原温度为1100℃～1250℃，还原时间为10min～3h，而在具体实验过程中，含铅锌难选铁物料中的铅锌杂质含量会对具体还原温度的设定造成影响，同时含铅锌难选铁物料的粒度大小及组成会对具体还原时间造成影响，故需要根据具体实际情况对还原温度和还原时间的具体值做设定，在此不作限定。

S3：绝氧水淬。本步骤中，经还原焙烧步骤后，在隔绝氧气的环境下将还原物料迅速排入冷却水中，得到经水淬的焙烧矿料。具体地，绝氧水淬快速冷却的作用在于：防止已经还原的铁矿物再次氧化，导致焙烧产品的磁性减弱而不利于后续的磁选工序；同时，有利于将焙烧矿料中可溶的铅锌杂质及时与金属铁进一步脱离，防止冷却过程中再氧化或吸附在铁矿物表面，提高铅锌杂质的脱除率。可以看出，将焙烧矿料水淬后更有利于获得较高品位的铁粉料产品。

S4：磨矿磁选。本步骤中，将经水淬的焙烧矿料依次进行降温、脱水、烘干及磨矿工序，至经水淬的焙烧矿料基本离解后得到磨矿矿料，本实施方式中，经磨矿工序后粒度小于45μm的颗粒占60％～90％，而基本离解指通过岩矿鉴定中有用矿物的具体离解度为80％～85％；将磨矿矿料进行磁选后得到精铁粉，磁选时磁场强度为120kA/m～240kA/m。

对于本发明中的第二解决方案，请参阅图2，图2是本发明中还原焙烧制备精铁粉的系统一实施方式的示意图。本发明中还原焙烧制备精铁粉的系统，包括破碎混合单元201、还原焙烧单元202、绝氧水淬单元203、干燥单元204、磨矿单元205和磁选单元206；其中，含铅锌难选铁物料于破碎混合单元201中破碎并混合均匀后，导入还原焙烧单元202中进行还原焙烧；还原焙烧单元202与绝氧水淬单元203连通，用于将还原焙烧后的还原物料排出绝氧水淬单元203中进行快速冷却，得到经水淬的焙烧矿料；绝氧水淬单元203经干燥单元204后与磨矿单元205连通，用于经水淬的焙烧矿料于干燥单元204中降温、脱水和烘干后，导入磨矿单元205并进行磨矿工序，得到磨矿矿料；磨矿单元205与磁选单元206连通，用于将磨矿矿料导入磁选单元中并进行筛选，得到精铁粉。本实施方式中，破碎混合单元采用合金粉碎机与搅拌装置；还原焙烧单元为箱式还原炉、管式还原炉、气氛还原炉中的一种；磁选单元为弱磁分选装置，弱磁分选装置的磁场强度设置为120kA/m～240kA/m。

本发明第二解决方案中还原焙烧制备精铁粉的系统用于执行前述第一解决方案中基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法，即两个解决方案所制备得到的精铁粉，其结构和功能应保持一致。

下面结合图表和具体实施例对本发明中基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法及系统的实施效果作进一步详细阐述。

实施例1

本实施例使用的试样为新疆某赤、褐铁矿石，矿石的化学多元素分析结果如表1所示。该矿石中TFe初始品位为45.50％，其中含有少量的铅、锌、硫等有害杂质，铅、锌、硫含量分别为Pb 0.45％、Zn 0.58％、S 1.19％；主要杂质SiO₂含量为20.33％。该矿石主要含铁矿物为赤、褐铁矿和磁铁矿。

表1新疆某赤、褐铁矿石化学多元素分析结果(质量分数/％)

成分	TFe	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	Pb	Zn	S
								含量	45.50	20.33	2.85	2.62	0.45	0.58	1.19

采用煤粉为还原剂对新疆某赤、褐铁矿石进行还原焙烧，在原矿TFe品位为45.50％时，新疆赤、褐铁矿石和煤粉均破碎至粒度小于2mm，按质量比例10:3混合均匀，并保证合适的还原气氛，还原温度控制在1100℃～1200℃范围内，还原时间为90min，焙烧后的物料磨矿粒度为粒度小于38μm占80％～90％，弱磁选磁场强度为120kA/m～240kA/m，可以获得铁品位90.01％及总回收率87.09％的优质铁精矿。焙烧矿中铅锌含量经ICP测试仅为0.04～0.05％，焙烧矿石中铅锌含量均低于铁精粉杂质元素含量规定。

实施例2

本实施例使用的试样为云南某含铅锌的赤铁矿石，矿石的化学多元素分析结果见表2。矿石中主要有价金属元素为铁，其含量为44.22％；SiO₂、Al₂O₃和CaO的含量较高，分别为22.50％、4.97％和3.21％；有害元素Pb、Zn的含量分别为1.13％和0.37％。铁元素主要赋存在赤铁矿中分布相对集中，主要以赤褐铁矿的形式存在，其分布率达到95.09％。少部分铁以磁铁矿、碳酸盐、硫化物和硅酸盐的形式存在。

表2云南某含铅锌的赤铁矿石化学多元素分析结果(质量分数/％)

成分	TFe	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	Pb	Zn
								含量	44.22	22.50	4.97	3.21	0.41	1.13	0.37

采用煤粉对云南某含铅锌的赤铁矿石进行还原焙烧，在原矿TFe品位为44.22％时，将云南某含铅锌的赤铁矿石破碎至粒度小于2mm，煤粉破碎至粒度小于0.5mm。实验结果表明，适宜的还原条件为还原温度1200℃、还原时间150min、碳氧摩尔比为3，并依照上述方法步骤，还原物料经磁选获得的磁选精矿铁品位为94.21％、回收率为85.77％。铅、锌杂质降低至0.03％左右，低于0.1％使用标准。

实施例3

采用柴油与生物柴油2种不同的还原剂对铜渣中的铁进行还原，通过贫化电炉喷吹的方式，探究2种不同还原剂高温热解后对铜渣中铁的还原过程的影响。在还原时间45min、还原剂流量60L/h、熔池温度1200℃的条件下，发现生物柴油以及石化柴油在高温下裂解并产生了H₂、CO和焦炭等成分，随后这些成分将铜渣中的铁还原成单质铁颗粒。采用石化柴油还原铜渣中的铁，还原率最高为63.66％，而采用生物柴油进行还原，还原率最高为70.81％，其中的铅、锌杂质降低至0.05～0.06％。

实施例4

本实施例使用的矿样为黄金冶炼渣，此矿石TFe 43.28％，Fe₂O₃含量59.44％，其中含有铅、锌为0.48％、0.36％。其中脉石成分主要是SiO₂占35.61％，其次是Al₂O₃ 4.99％。

在还原气体流量为2800Nm₃·h^-1，还原气体成分以体积分数计包括65％CO、25％H₂、6％CO₂和4％N₂，还原温度1100℃，还原时间为1.5h，磨矿至粒度小于0.045mm的颗粒占90％的情况下，可得到金属化率90.12％的铁精矿，铅、锌杂质降低至0.04％左右，低于0.1％国家标准。

区别于现有技术的情况，本发明提供一种基于还原焙烧回收制备精铁粉的方法及系统，通过该方法可有效同步脱去含铅锌难选铁物料中的铅和锌，使所得精铁粉中铅锌杂质含量显著降低，进而使精铁粉的品位显著提高；同时制备工艺简捷，减少了高炉生产安全问题，使高炉寿命延长且炼铁效益提升。

需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。