CN107739819A - 一种煤基竖炉工艺处理含铁赤泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种煤基竖炉工艺处理含铁赤泥的方法，通过煤基竖炉直接还原工艺，可实现对含铁赤泥有效、大规模化综合回收利用，具有生产工艺先进可靠、能够实现大规模生产、产品质量稳定、生产成本低、生产效率高和环保好等显著优点；所生产的海绵铁金属化率≥90％，杂质和碱金属含量相对较低，可作为电炉炼钢原料、部分替代高炉氧化球团、转炉冷却剂以及磁选工艺的原料等。
Description
技术领域
本发明属于赤泥资源综合利用的环保技术领域，具体涉及一种煤基竖炉处理含铁赤泥的方法及其用于赤泥的综合回收利用。
背景技术
目前，赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成诸多方面的直接和间接的影响，所以最大限度的减少赤泥产量和危害，实现多渠道、大规模的资源化利用已迫在眉睫。
由于赤泥中含有丰富的铁资源，实现对含铁赤泥资源的综合回收利用，对缓解我国铁矿石资源紧缺现状，具有重要的现实意义。现阶段，实现赤泥渣铁分离并综合利用所采取的主要前处理工艺措施归纳如下：
(1)烧结/球团氧化焙烧工艺：如专利CN201210294361.2所述的一种高铁赤泥炼铁提铝综合利用的方法，采取赤泥制备小球团复合烧结矿或球团矿，与焦炭在不低于400℃温度下装入高炉中，实现赤泥炼铁并在分离炉渣后浸出氧化铝。
(2)煤基隧道窑直接还原工艺：如专利CN201210022603.2所述的一种赤泥制作还原铁的工艺方法，将赤泥和促进剂混合、压坯，并同还原剂一起装入还原罐中，在温度为1100～1300℃的高温隧道窑内焙烧20～50h进行直接还原，产品为Fe含量为73％海绵铁。
(3)煤基回转窑直接还原工艺：如专利CN201310237115.8所述的一种赤泥综合回收利用铁和铝的方法，将赤泥进行高压辊磨处理后，添加复合添加剂进行造球、并干燥，在温度为1000～1200℃的煤基回转窑内焙烧60～180min进行直接还原，获得海绵铁；经破碎、磨矿后磁选得到直接还原铁粉，铁回收率≥85％；磁选尾矿置于碱溶液中，经浸出、过滤得到氧化铝，滤渣作为水泥生产原料。
(4)煤基转底炉直接还原工艺：如专利CN201010561605.X和CN201110005233.7所述的一种赤泥分离铁、铝硅渣和碱金属去除的工艺方法及设备和一种短流程的赤泥综合利用方法及设备，采取赤泥与煤粉、石灰和添加剂混合、造球，经预热后在温度为1300～1500℃的旋转床或转底炉中进行直接还原，经磨矿、磁选后实现渣铁分离；从赤泥中提取的铁用于电炉或转炉、铸钢等，铝硅渣用于制造高标号水泥灰耐火材料原料。
总结目前对赤泥实现渣铁分离并综合利用的前处理方法，大致可分为基于传统烧结/球团的氧化焙烧工艺和基于隧道窑法、回转窑法和转底炉法的传统煤基直接还原工艺，其优缺点为：
(1)基于传统烧结/球团的氧化焙烧工艺，将高铁赤泥转化氧化性烧结矿或球团矿，可实现赤泥大规模化资源回收利用，但存在赤泥原矿铁品位要求高，烧结/球团焙烧处理赤泥的生产成本高、产品质量不稳定的问题；所制备的氧化性烧结/球团矿作为高炉冶炼原料，矿中的碱金属和脉石含量高，容易引起高炉碱金属负荷增加，炼渣量增大，造成高炉冶炼操作难度加大，工序能耗增加等问题，而不为钢铁企业所接受，难以实现赤泥资源有效综合利用目标。
(2)基于隧道窑法、回转窑法和转底炉法的传统煤基直接还原工艺可将赤泥铁精粉转化为脉石和碱金属含量低的炼钢原料或结合磁选工艺收得高附加值的还原铁粉，最终实现赤泥的有效综合利用，具有明显的技术优势；但由于传统煤基直接还原工艺(隧道窑法、回转窑法和转底炉法)不同程度的存在生产规模化瓶颈、金属化率低、生产效率不高和环保差、磁选经济价值低等问题，以致于短期内无法实现工业化大规模生产。
煤基竖炉直接还原工艺作为煤基直接还原技术的一种，与传统回转窑法、隧道窑法及转底炉法相比，显著的区别在于炉料在反应室中是从上至下连续运行的，同时煤基竖炉的反应室具有数量模块化组合特点，具有实现单机100万吨以上大规模化生产的能力；结合高金属化率的特点，产品用途宽泛，适应不同的工艺产品规划需要，可实现对赤泥的有效、大规模化的二次资源综合利用。
发明内容
本发明的目的针对现有技术的不足，而提出了一种煤基竖炉工艺处理含铁赤泥的方法，通过经济、高附加值的方式将赤泥转化为应用范围宽泛、质量可靠、满足不同工艺要求的海绵铁产品，达到部分替代高炉氧化球团，作为电炉炼钢原料、转炉冷却剂以及磁选工艺原料等使用，以解决赤泥有效、大规模产业化利用难的问题。本说明书中的百分含量，如无特殊说明，均指重量百分含量。
本发明具体提供了一种煤基竖炉工艺处理含铁赤泥的方法，包括以下步骤：
(1)将赤泥原矿进行磨矿、高梯度磁选分离、脱水干燥后得到含水量小于10％，粒度小于100目的赤泥铁精粉；
(2)赤泥铁精粉中按重量比配入占铁精粉重量比为1～5％的粘结剂，加水2～5％、混匀后压球，得到直径为8～35mm的生球，生球含水量小于12％；对生球进行干燥处理，经干燥处理后的生球含水量小于5％，与还原剂、脱硫剂按照重量比为1:(0.3～0.7):(0.05～0.15)的比例混合形成混合料，混合料由布料装置送入煤基竖炉反应室；
(3)煤基竖炉由反应室和燃烧室组成，混合料经反应室预热段和还原段后完成对赤泥铁精粉中铁元素的还原，收得海绵铁；预热温度为300～800℃，还原温度为800～1250℃，预热时间为2～8h，还原时间为10～18h；
(4)海绵铁和残煤经冷却段排出。
作为优选方案，残煤经筛分等处理后重量比例20～60％煤粉返回重新用做还原剂。
进一步的，一种煤基竖炉工艺处理含铁赤泥的方法，所述煤基竖炉的反应室可以分为预热段、还原段和冷却段，所述冷却段下部为排料区；所述反应室中预热和还原所需的热量，来源于反应室隔墙外燃烧室燃料燃烧产生的热量，热量通过隔墙传给反应室中的混合料；燃烧室根据反应室温度需要布置多个燃烧器。
步骤(2)中粘结剂可以为无机或有机粘结剂中的一种。
步骤(2)中还原剂可以为褐煤、烟煤、无烟煤、焦粉、兰炭、木炭和石油焦中的一种或多种。
步骤(2)中脱硫剂可以为石灰石。
步骤(3)中海绵铁金属化率≥90％，可作为电炉炼钢原料、部分替代高炉氧化球团、转炉冷却剂以及磁选工艺的原料等。
本发明所提供的煤基竖炉工艺处理含铁赤泥的方法其有益效果在于：
(1)煤基竖炉直接还原工艺对赤泥的回收处理具有生产工艺先进可靠、能够实现大规模生产、产品质量稳定、生产成本低、生产效率高和环保好等显著优点。
(2)煤基竖炉直接还原所生产的海绵铁金属化率≥90％、脉石和碱金属含量相对较低、料球强度高、透气性好，在不影响炉况顺行的情况下可部分替代高炉氧化球团用，也可作为电炉炼钢原料、转炉冷却剂以及磁选工艺原料等使用，可到达实现对含铁赤泥有效、大规模化综合回收利用目的。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
实施例1：一种煤基竖炉工艺处理含铁赤泥的方法，其步骤为：
(1)含铁赤泥原矿经磨矿、高梯度磁选分离、干燥后获得尾渣和赤泥铁精粉；赤泥铁精粉含水量为≤8％，粒度小于100目。
选矿后赤泥铁精粉的典型成分如下(质量含量％)：
| TFe | S | P | TiO2 |
| 47.25 | 0.04 | 0.1 | 5.68 |
(2)赤泥铁精粉中配入占铁精粉重量比为1～5％的粘结剂(粘结剂为木质纤维素和糖浆的混合物，木质纤维素：糖浆＝0.5:0.5)，加水2～5％、混匀后压球，生球直径为12～35mm，含水量小于12％；
(3)经干燥处理后的生球含水量小于5％，与粒度小于5mm的无烟煤，粒度小于10mm、CaO含量大于50％的石灰石，按照重量比为1:(0.3～0.7):0.1的比例混合，经布料装置送入煤基竖炉反应室；
(4)煤基竖炉由反应室和燃烧室组成，料球与无烟煤、石灰石的混合料在反应室中从上至下运行，经过温度为300～800℃的预热段和温度为800～1250℃的还原段反应10～18h后收得海绵铁；
海绵铁的典型指标如下(质量含量％)：
| S | P | 全Fe | 金属Fe | 金属化率(％) |
| ＜0.04 | ＜0.1 | 67.54 | 62.34 | 92.3 |
(5)煤基竖炉的副产品(残煤)经筛分等处理后重量比例20～60％煤粉返回重新作为还原剂使用；收得的海绵铁作为金属球团，按照重量比10％左右比例替代高炉用氧化球团矿使用，经高炉冶炼后得到炼钢用铁水和水渣制备用炉渣。
本发明实施例的有益效果：
(1)海绵铁金属化球团TFe质量含量大于67％，金属化率大于92％，碱金属含量低，与氧化球团相比，铁品位高5％～10％，吨生产成本低15～20％、强度高、透气性好，经济效益突出。
(2)海绵铁高金属化球团中含有少部分TiO2，对高炉顺行影响较小，对保护炉缸、延长高炉使用寿命有积极作用。
(3)替代部分氧化球团矿用作高炉冶炼原料，吨铁平均加入1kg金属化球团可以节约焦炭约0.14kg，节约喷煤约0.06kg，减少吨铁CO2排放约0.6kg。
(4)替代部分氧化球团矿用作高炉冶炼原料，具有降低铁矿石消耗，提高直接还原度，增加高炉产量，降低了高炉冶炼成本等显著优点。
(5)海绵铁高金属化球团，替代部分氧化球团矿用作高炉冶炼原料，不影响高炉稳定操作顺行，铁水质量能够满足炼钢工艺的冶炼使用要求。
实施例2：一种煤基竖炉工艺处理含铁赤泥的方法，其步骤为：
(1)含铁赤泥原矿经磨矿、高梯度磁选分离、干燥后获得尾渣和赤泥铁精粉；赤泥铁精粉含水量为≤8％，粒度小于100目。
选矿后赤泥铁精粉的典型成分如下(质量含量％)：
| TFe | S | P | TiO2 |
| 47.25 | 0.04 | 0.1 | 5.68 |
(2)赤泥铁精粉中配入占铁精粉重量比为1～5％的粘结剂(粘结剂为木质纤维素和糖浆的混合物，木质纤维素：糖浆＝0.5:0.5)，加水2～5％、混匀后压球，生球直径为12～35mm，含水量小于12％；
(3)经干燥处理后的生球含水量小于5％，与粒度小于5mm的无烟煤，粒度小于10mm、CaO质量含量大于50％的石灰石按照重量比为1:(0.3～0.7):0.1的比例混合，经布料装置送入煤基竖炉反应室；
(4)煤基竖炉由反应室和燃烧室组成，料球与无烟煤、石灰石的混合料在反应室中从上至下运行，经过温度为300～800℃的预热段和温度为800～1250℃的还原段反应10～18h后收得海绵铁；
海绵铁的典型指标如下(质量含量％)：
| S | P | 全Fe | 金属Fe | 金属化率(％) |
| ＜0.04 | ＜0.1 | 71.60 | 66.38 | 92.7 |
(5)煤基竖炉的副产品(残煤)经筛分等处理后20～60％煤粉返回重新作为还原剂使用；收得的海绵铁用作电弧炉炼钢原料。
本发明实施例的有益效果：
(1)海绵铁TFe质量含量大于71％，金属化率大于92％，碱金属含量低，用于电弧炉冶炼钢与传统铁水冶炼工艺相比具有至少20％的吨钢利润空间，经济效益显著。
(2)采取600～700℃温度的热装方式进行电弧炉冶炼，可以大大降低电弧炉冶炼工序电耗，节省电耗100～150kwh/t钢水。
(3)海绵铁在电弧炉中实现渣铁有效分离，可以获得优质钢、洁净钢，实现了赤泥资源的高附加值利用。
(4)海绵铁作为废钢的替代物，可以作为优质废钢资源不足的有效补充，具有节约资源和能源优化显著优势。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种煤基竖炉工艺处理含铁赤泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将赤泥原矿进行磨矿、高梯度磁选分离、脱水干燥后得到含水量小于10％，粒度小于100目的赤泥铁精粉；
(2)将所述赤泥铁精粉中按重量比配入占铁精粉1～5％的粘结剂，加水2～5％，混匀后压球，得到直径为8～35mm的生球，对所述生球进行干燥处理，经干燥处理后的生球含水量小于5％，与还原剂、脱硫剂按照重量比为1:(0.3～0.7):(0.05～0.15)的比例混合成混合料，所述混合料由布料装置送入煤基竖炉反应室；
(3)所述煤基竖炉由反应室和燃烧室组成，所述混合料经反应室预热段和还原段后完成对所述赤泥铁精粉中铁元素的还原，收得海绵铁；预热温度为300～800℃，还原温度为800～1250℃，预热时间为2～8h，还原时间为10～18h；
(4)所述海绵铁和残煤经冷却段排出。
2.根据权利1要求所述的处理含铁赤泥的方法，其特征在于，所述残煤经筛分处理后重量比例20～60％煤粉返回重新用做所述还原剂。
3.根据权利1要求所述的处理含铁赤泥的方法，其特征在于，所述煤基竖炉的反应室分为预热段、还原段和冷却段，所述冷却段下部为排料区；所述反应室中预热和还原所需的热量，来源于反应室隔墙外燃烧室燃料燃烧产生的热量，热量通过隔墙传给所述反应室中的所述混合料；燃烧室布置有多个燃烧器。
4.根据权利1要求所述的处理含铁赤泥的方法，其特征在于，所述步骤(2)中粘结剂为无机或有机粘结剂中的一种。
5.根据权利1要求所述的处理含铁赤泥的方法，其特征在于，所述步骤(2)中还原剂为褐煤、烟煤、无烟煤、焦粉、兰炭、木炭和/或石油焦中的一种或多种。
6.根据权利1要求所述的处理含铁赤泥的方法，其特征在于，所述步骤(2)中脱硫剂为石灰石。
7.根据权利1要求所述的处理含铁赤泥的方法，其特征在于，所述步骤(3)中海绵铁金属化率≥90％，可作为电炉炼钢原料、部分替代高炉氧化球团、转炉冷却剂以及磁选工艺的原料等。
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