一种高磷鲕状赤铁矿自催化还原生产高纯还原铁粉的方法
【专利摘要】本发明提供一种高磷鲕状赤铁矿自催化还原生产高纯还原铁粉的方法，属于矿物资源综合利用领域。该方法将粉状铁矿石与还原剂、粘结剂按一定比例混合造球，含碳球团在高温下还原焙烧，冷却后进行多段磨矿、弱磁选，将磁选尾矿进行中磁扫选，扫选精矿返回于原矿造球。这部分返回产品的特点是粒度细并含有少量金属铁，因此可以起到两种作用：粒度细在造球过程中能提高球团的强度；而在焙烧过程中，金属铁一方面通过催化煤气化从而促进铁矿石的还原，另一方面还可以作为新生成的金属铁的成核剂，从而促进了金属铁的聚集长大。该工艺与目前的煤基直接还原—磁选工艺相比，铁回收率和铁品位都明显提高，铁回收率和铁品位均可达95％以上。
【专利说明】一种高磷鲕状赤铁矿自催化还原生产高纯还原铁粉的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及矿物资源综合利用领域，特别是指一种高磷鮞状赤铁矿自催化还原生 产高纯还原铁粉的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着易选铁矿石资源的快速消耗，如何利用各种难选铁矿石资源如高磷 鮞状铁矿石、高铝褐铁矿等成为选矿、冶金界一个迫切需要解决的难题。采用传统的选矿手 段选别这些难选铁矿石难以获得满足高炉炼铁要求的精矿。近些年来研究人员采用煤基直 接还原一磁选技术处理这些含铁物料，在这个工艺中，弱磁性、微细嵌布的铁矿物被转化为 粗粒、强磁性的金属铁，然后通过磨矿、磁选加以回收。采用这个工艺得到的还原铁产品铁 含量可达90%以上，而且全流程回收率一般在85%以上，远高于常规的选矿一冶炼流程， 这种铁产品可以部分替代废钢作为电炉炼钢原料。这一工艺为难选铁矿石的开发利用开辟 了新的途径。
[0003] 但是在这个工艺中，为了实现高效回收和获得高品质的金属铁产品，通常需要添 加含碱金属或碱土金属物质作为添加剂，如碳酸钠、硫酸钠等。这些添加剂主要有两方面作 用，一是催化煤气化，从而促进铁矿物的还原，提高铁回收率；第二是作为助熔剂，优化金属 铁颗粒的聚集长大条件，从而优化杂质的脱除（如脱磷、脱铝），提高产品质量。虽然采用这 些添加剂有如上优点，但是也增加了生产成本。
[0004] 同时，在以往的专利或是论文中，研究人员通常对焙烧产品采用一段或是多段磨 矿、磁选得到最后的高品位还原铁精矿，但是对粗选及精选作业的尾矿的处理未做说明。粗 选尾矿铁含量为5%?15%，精选尾矿含铁20%?40%，这部分尾矿中的铁主要也是以金 属铁存在，但是因为粒度极细（通常在10 μ m以下），在弱磁选过程中难以被捕捉而进入到 尾矿中，造成了资源的浪费。
[0005] 因此，本发明通过对粗选及精矿尾矿中的铁进一步回收，同时作为添加剂添加到 造球过程中，不仅可以替代部分添加剂，优化直接还原焙烧过程，也提高了金属铁的回收 率，对于铁矿石资源的有效利用具有重要意义。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种高磷鮞状赤铁矿自催化还原生产高纯还原 铁粉的方法。
[0007] 该方法的主要工艺过程如下：首先，将粒度在2mm以下的粉状高磷鮞状赤铁矿与 粒度在2mm以下的还原剂煤、脱磷剂按照1 : (0. 15?0. 3) : (0. 15?0. 25)的质量比混合， 再加入8%?12%的水，混合均匀后在压球机上压制成含碳球团；然后将干燥的含碳球团 进行直接还原焙烧，焙烧后的球团破碎后经过一段磨矿-弱磁选后得到一段精矿和一段尾 矿；得到的一段精矿经过二段磨矿-弱磁选后得到还原铁粉（铁品位大于90%，磷含量小 于0. 1% )和二段尾矿；得到的一段尾矿直接进行中磁扫选，得到扫选精矿和尾矿；将得到 的二段尾矿和扫选精矿合并后返回到混匀压球过程，继续参与造球；此时，脱磷剂的添加范 围缩小至10 %?20 %，再经过与上述相同的直接还原焙烧-磨矿-磁选工艺，得到的高纯 还原铁粉（铁品位大于95%，铁回收率大于95%，磷含量小于0. 1% )，产生的二段尾矿和 扫选精矿合并后返回到混匀压球过程。
[0008] 其中，高磷鮞状赤铁矿中铁品位低于45%，磷含量高于0. 6% ;脱磷剂为消石灰和 碳酸钠的组合，其中消石灰和碳酸钠的质量比为5:1 ;干燥的含碳球团直接还原焙烧的温 度范围为1150°C?1250°C，还原焙烧的时间为20?60min ; -段磨矿和二段磨矿的磨矿浓 度为60%?70-段磨矿细度为-0. 074mm占60%?80%，二段磨矿细度为-0. 074mm占 85%?95% ;弱磁选的磁场强度范围为80?110kA/m，中磁扫选的磁场强度范围为140? 160kA/m。
[0009] 本发明的原理在于：在一段尾矿中，铁主要以金属铁的形式存在，但粒度通常在 10 μ m以下，在扫选作业通过提高磁场强度可以有效回收。而二段尾矿同样含有细粒级的金 属铁，二段尾矿和扫选精矿与粉状高磷鮞状赤铁矿混合造球，可以改善物料的成球性，提高 球团强度。另外金属铁是煤气化的催化剂，而煤的气化反应是含碳球团直接还原焙烧反应 的重要控制步骤，所以添加这部分含金属铁的产品后，能够催化煤气化从而促进铁矿物还 原，提高铁的回收率。同时，这部分金属铁颗粒可以作为新生成的金属铁的成核剂，促进金 属铁颗粒的长大，其作用与目前添加的碱金属或碱土金属盐类的作用相似，因此可以起到 部分或是全部替代添加剂的作用。
[0010] 利用本发明的工艺方法可有效地从高磷鮞状赤铁矿中获得含铁95%以上，铁回收 率高于95%，含磷0. 1%以下，且其他杂质含量符合炼铁炼钢原料标准的金属铁粉。与现有 方法相比，本发明方法具有如下特点：（1)综合回收了粗选尾矿和二段尾矿中的铁成分，使 闭路流程回收率达95%以上，明显高于目前的流程；（2)二段尾矿和扫选精矿返回与原矿 和还原剂混合后造球，改善了物料的成球性，可以减少粘结剂用量；（3)二段尾矿和扫选精 矿中的金属铁可以催化煤气化和充当新生成金属铁的成核剂，从而促进了铁氧化物的还原 和金属铁颗粒的生长，其作用与含碱金属或碱土金属的添加剂的作用类似，从而可以减少 添加剂用量；(4)由于一段尾矿的回收，减少了最终尾矿的排放，使得工艺更为环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为本发明的高磷鮞状赤铁矿自催化生产高纯还原铁粉的工艺流程。
【具体实施方式】
[0012] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。
[0013] 本发明针对现有的难选铁矿石回收利用不完全，尾矿排放量大等问题，提供一种 1?憐麵状赤铁矿自催化生广1?纯还原铁粉的方法。
[0014] 如图1所示，为本发明的高磷鮞状赤铁矿自催化生产高纯还原铁粉的工艺流程 图，按如图流程具体列举两个实施例加以说明。
[0015] 实施例1
[0016] 某难选赤铁矿含铁38. 33 %，含磷0. 96 %。原矿破碎至100 % -2mm，添加25 %的还 原剂煤，添加20%的消石灰和4%的碳酸钠，加水11 %左右混匀在对辊式压球机上压球，得 到的含碳球团生球抗摔强度平均为6次/个，抗压强度45N/个；干燥后的干球抗摔强度为 8次/个，抗压强度为350N/个。然后在马弗炉中1200°C下还原焙烧40min。焙烧矿冷却后 先破碎至-2mm，然后采用阶段磨矿、选别，一段磨矿浓度为68%，细度为-0. 074mm占65%， 二段磨矿浓度为62 %，细度为-0. 074mm占95 %，两段磁选场强均为强度89. 6kA/m。最终获 得铁品位为91. 12%，铁回收率为85. 32%，其他杂质含量满足炼钢要求的还原铁粉，并得 到二段尾矿。
[0017] 将一段尾矿，采用150kA/m的场强进行中磁扫选，获得含铁51%，铁回收率为12% 的中矿产品。将此中矿产品和二段尾矿与原矿及还原剂一起造球，在消石灰用量为10%，碳 酸钠用量为2 %，其他压球条件相同的条件下得到的含碳球团生球抗摔强度平均为7. 5次/ 个，抗压强度66N/个；干燥后的干球抗摔强度为10次/个，抗压强度为450N/个。球团再 经前述流程进行处理，最终获得铁含量95. 60 %、铁回收率97. 79 %，磷含量0. 05 %，其他杂 质含量满足炼钢要求的高纯的还原铁粉。
[0018] 实施例2
[0019] 某高磷鮞状赤铁矿，含铁43. 33 %，含磷0. 83 %。原矿破碎至100 % -1mm，添加25 % 的还原剂煤，以15%的消石灰和3%的碳酸钠为混合脱硫剂，加水10%左右混匀在对辊式 压球机上压球。得到的含碳球团生球抗摔强度平均为5次/个，抗压强度50N/个；球团干 燥后，抗摔强度为8次/个，抗压强度为152N/个。将含碳球团置于马弗炉中1150°C下还原 焙烧50min ;焙烧矿冷却后先破碎至-2mm，然后采用阶段磨矿、选别，一段磨矿浓度为65%， 细度为-〇. 〇74mm占65 %，二段磨矿浓度为60 %，细度为-0. 074mm占95 %，两段磁选场强均 为强度89. 6kA/m。最终获得铁含量92. 60%、铁回收率91. 79%，磷含量0. 07%，其他杂质 含量满足炼钢要求的还原铁粉，并得到二段尾矿。
[0020] 将一段尾矿，采用150kA/m的场强进行中磁扫选，获得含铁56%，铁回收率为12% 的中矿产品。将此中矿产品和二段尾矿与原矿及还原剂一起造球，在消石灰用量为10%， 碳酸钠用量为2%，其他压球条件相同的情况下得到的含碳球团生球抗摔强度平均为6次/ 个，抗压强度52N/个；干燥后的干球抗摔强度为8次/个，抗压强度为156N/个。球团再经 前述流程进行处理，最终获得铁含量96. 20 %、铁回收率96. 43 %、磷含量0. 06 %，其他杂质 含量满足炼钢要求的高纯的还原铁粉。
[0021] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种1?憐麵状赤铁矿自催化还原生广1?纯还原铁粉的方法，其特征在于：将粉状1? 磷鮞状赤铁矿与还原剂、脱磷剂按照1 : (〇. 15?0. 3) : (0. 15?0. 25)的质量比混合，再加 入8 %?12 %的水，混合均匀后在压球机上压制成含碳球团；然后将干燥的含碳球团进行 直接还原焙烧，焙烧后的球团破碎后经过一段磨矿-弱磁选后得到一段精矿和一段尾矿； 得到的一段精矿经过二段磨矿-弱磁选后得到还原铁粉和二段尾矿；得到的一段尾矿直接 进行中磁扫选，得到扫选精矿和尾矿；将得到的二段尾矿和扫选精矿合并后返回到混匀压 球过程，继续参与造球；得到的还原铁粉中的铁品位高于90%，磷含量低于0. 1 %。
2. 根据权利要求1所述的一种高磷鮞状赤铁矿自催化还原生产高纯还原铁粉的方法， 其特征在于：所述高磷鮞状赤铁矿中铁品位低于45%，磷含量高于0. 6% ;粉状高磷鮞状赤 铁矿粒度在2_以下；所述还原剂为煤，粒度在2_以下；所述脱磷剂为消石灰和碳酸钠的 组合，其中消石灰和碳酸钠的质量比为5:1。
3. 根据权利要求1所述的一种高磷鮞状赤铁矿自催化还原生产高纯还原铁粉的方法， 其特征在于：干燥的含碳球团直接还原焙烧的温度范围为1150°C?1250°C，还原焙烧的时 间为20?60min。
4. 根据权利要求1所述的一种高磷鮞状赤铁矿自催化还原生产高纯还原铁粉的方法， 其特征在于：一段磨矿和二段磨矿的磨矿浓度为60%?70% ; -段磨矿细度为-0. 074mm 占60%?80%，二段磨矿细度为-0. 074mm占85%?95%;弱磁选的磁场强度范围为80? 110kA/m，中磁扫选的磁场强度范围为140?160kA/m。
5. 根据权利要求1所述的一种高磷鮞状赤铁矿自催化生产高纯还原铁粉的方法，其特 征在于：把焙烧后二段尾矿和扫选精矿返回原矿后造球，其中脱磷剂的添加范围为10%? 20%，经直接还原焙烧-磁选后得到的高纯还原铁粉中铁品位高于95%，铁回收率高于 95%，憐含量低于0. 1 %。
【文档编号】C22B1/245GK104099465SQ201410360997
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】孙体昌, 余文, 寇珏, 徐承焱, 于春晓, 曹允业 申请人:北京科技大学