一种使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法与流程

技术领域：

本发明属于煤矸石综合利用技术领域，具体涉及一种使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法。

背景技术：
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煤矸石是一种在成煤过程中与煤层伴生的含碳量低，比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石属于大宗工业固体废物，2015年，煤矸石产量预计在730mt，利用率为70％。煤矸石的利用具有重要的经济和环境意义，其主要利用途径为发电、回填、土地复垦、生产建材产品如砖、陶粒和水泥、矿物品如硫铁矿、高岭土和镓和化工产品如结晶氯化铝、聚合氯化铝、氢氧化铝、氧化铝、白炭黑和沸石分子筛。煤矸石生产化工产品是其高附加值利用的主要手段，煤矸石生产化工材料是大宗工业固体废物综合利用的重要内容之一。

典型的煤矸石中主要成分碳含量在10％左右，氧化铁含量在14％左右，二氧化硅含量在50％左右，氧化铝含量在23％左右，这种低品位的二氧化硅和氧化铝增加了制备硅铝分子筛或者氧化铝的成本，本申请处理方式提高了二氧化硅和氧化铝含量，使得后续应用生产成本大幅降低。

技术实现要素：
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本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法，该方法将煤矸石混合气氛环境加热，煤矸石中的有机物高温分解产生碳，利用自身的碳去还原自身的氧化铁。10％的碳按照化学计量比还原14％的氧化铁时已经过量，不需要额外再添加碳粉。还原后磁选分离出铁粉，铁粉纯度达到90％以上，可用于电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂，如果经二次还原还可供粉末冶金用。这种自热还原过程不仅使碳和铁成分得到利用，还可提高二氧化硅和氧化铝的含量分别到65％和30％左右，进一步利用二氧化硅和氧化铝可降低生产成本30％。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法，包括步骤如下：

(1)取煤矸石粗磨，过80目筛后，挤压形成压块，其中，所述的煤矸石包括成分及质量百分含量为，sio248.62～54.07％，al2o321.00～24.29％，cao2.83～4.51％，so20.75～1.17％，fe2o313.84～14.21％，c8.55～10.32％，余量其他。

(2)将压块进行煅烧，所述煅烧温度为900-1100℃，煅烧时间为10-40min，冷却后，将煅烧产物研磨至200目，磁选3～5次，获得磁选铁粉和煤矸石尾矿。

所述步骤(1)中，煤矸石粗磨过筛后挤压的具体过程为：过筛后放入模具，在3～7mpa下挤压成型，挤压时间为3～5min，压实度达到96％以上，形成压块。

所述步骤(2)中，煅烧过程在混合气氛下进行，具体为通入氮氧混合气，二者按体积比，n2：o2＝(79.5～90)：(10～10.5)，所述氮气纯度99.9％，氧气纯度99.9％。

所述步骤(2)中，煤矸石中c为有机相，煅烧过程中，c先由有机相中分离，再与煤矸石中的氧化铁进行还原反应。

所述步骤(2)中，通入含氧气的混合气，使氧气与so2反应实现脱硫，以避免so2对碳还原过程的影响。

所述步骤(2)中，铁回收率达到80.3～89.1％，铁粉纯度达到90.81～96.25％。

所述步骤(2)中，铁粉经二次还原，供粉末冶金用。

所述步骤(2)中，煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，sio263.08～66.27％，al2o326.15～29.72％，cao3.37～4.56％，so30.74～1.25％，fe2o30.09～0.15％，c0.01～0.05％，余量其他。

所述步骤(2)中，磁选后的煤矸石尾矿用来做硅肥、分子筛。

所述步骤(2)中，磁选后的煤矸石尾矿用来分别提取二氧化硅和氧化铝。

本发明的有益效果：

本发明充分利用了煤矸石中的碳还原自身氧化铁，磁选后既得到了还原铁粉，同时也得到了高品位的二氧化硅和氧化铝的原料，磁选后的煤矸石尾矿可用来做硅肥、分子筛，也可以用来分别提取二氧化硅和氧化铝。

附图说明：

图1为实施例1的煤矸石自热还原流程图。

具体实施方式：

以下实施例中：

一种使用煤矸石自热还原生产还原铁粉的方法，包括步骤如下：

(1)取煤矸石粗磨，过80目筛后，挤压形成压块，其中，所述的煤矸石包括成分及质量百分含量为，sio248.62～54.07％，al2o321.00～24.29％，cao2.83～4.51％，so20.75～1.17％，fe2o313.84～14.21％，c8.55～10.32％，余量其他。

(2)将压块进行煅烧，所述煅烧温度为900-1100℃，煅烧时间为10-40min，冷却后，将煅烧产物研磨至200目，磁选3～5次，获得磁选铁粉和煤矸石尾矿。

所述步骤(1)中，煤矸石粗磨过筛挤压的具体过程为：放入模具，在3～7mpa下挤压成型，挤压时间为3～5min，压实度达到96％以上，形成压块。

所述步骤(2)中，煅烧过程在混合气氛下进行，具体为通入氮氧混合气，二者按体积比，n2：o2＝(79.5～90)：(10～10.5)，所述氮气纯度99.9％，氧气纯度99.9％。

所述步骤(2)中，煤矸石中c为有机相，煅烧过程中，c先由有机相中分离，再与煤矸石中的氧化铁进行还原反应。

所述步骤(2)中，通入含氧气的混合气，使氧气与so2反应实现脱硫，以避免so2对碳还原过程的影响。

所述步骤(2)中，铁回收率达到80～86％，铁粉纯度达到90～94.32％。

所述步骤(2)中，铁粉经二次还原，供粉末冶金用。

所述步骤(2)中，煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，sio263.08～66.27％，al2o326.15～29.72％，cao3.37～4.56％，so30.74～1.25％，fe2o30.09～0.15％，c0.01～0.05％，余量其他。

所述步骤(2)中，磁选后的煤矸石尾矿用来做硅肥、分子筛。

所述步骤(2)中，磁选后的煤矸石尾矿用来分别提取二氧化硅和氧化铝。

实施例1～5中处理的煤矸石为抚顺煤矸石，其中只含有高岭石、石英、辉石，不含有高温相莫来石；具体包括成分及质量百分含量为，sio250.11％，al2o323.00％，cao3.53％，so30.75％，fe2o314.21％，c10.32％，余量其他。

实施例1：

本实施例的的煤矸石自热还原流程图如图1所示，取去石块的煤矸石50g，放入磨具，在3mpa下在压机上成型，解压，将压块放入高铝坩埚。将坩埚放入管式炉中，通入99.9％纯度的氮气和氧气，二者按体积比，n2：o2＝80:20，在900℃煅烧还原40min。冷却后，取出压块，于研钵内研磨至200目。用强力钕铁硼磁铁选出铁粉，磁选三次。铁回收率达80.3％，纯度为90.81％。煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，sio266.05％，al2o329.72％，cao4.56％，so31.08％，fe2o30.14％，c0.025％，余量其他。煤矸石尾矿用来做硅肥。

实施例2：

取去石块的煤矸石50g，放入磨具，在5mpa下在压机上成型，解压，将压块放入高铝坩埚。将坩埚放入管式炉中，通入99.9％纯度的氮气和氧气，二者按体积比，n2：o2＝80:20，在1100℃煅烧还原10min。冷却后，取出压块，于研钵内研磨至200目。用强力钕铁硼磁铁选出铁粉，磁选三次。铁回收率达83.6％，纯度为92.94％。具体成分为al2o33.77％,sio23.29％。煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，sio265.99％，al2o329.53％，cao4.38％，so30.92％，fe2o30.11％，c0.022％，余量其他。煤矸石尾矿用来做分子筛。

实施例3：

取去石块的煤矸石50g，放入磨具，在7mpa下在压机上成型，解压，将压块放入高铝坩埚。将坩埚放入管式炉中，通入99.9％纯度的氮气和氧气，二者按体积比，n2：o2＝80:20，在1000℃煅烧还原30min。冷却后，取出压块，于研钵内研磨至200目。用强力钕铁硼磁铁选出铁粉，磁选三次。铁回收率达86.5％，纯度为94.32％。煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，sio265.76％，al2o329.11％，cao4.19％，so30.87％，fe2o30.10％，c0.02％，余量其他。煤矸石尾矿用来分别提取二氧化硅和氧化铝。

实施例4

同实施例2，区别在于，在950℃煅烧还原35min，三次磁选后获得铁回收率达87.8％，纯度为94.88％。煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，sio265.33％，al2o328.84％，cao4.02％，so30.80％，fe2o30.08％，c0.018％，余量其他。煤矸石尾矿用来做分子筛。

实施例5

同实施例3，区别在于，在1050℃煅烧还原20min，三次磁选后获得铁回收率达89.1％，纯度为96.25％。煤矸石尾矿中包括组分及质量百分含量为，sio265.08％，al2o328.52％，cao3.95％，so30.64％，fe2o30.07％，c0.015％，余量其他。煤矸石尾矿用来分别提取二氧化硅和氧化铝。