一种采用煤基-悬浮焙烧处理菱铁矿、赤铁矿装置及工艺的制作方法

本发明属于矿物加工悬浮焙烧，具体涉及一种采用煤基-悬浮焙烧处理菱铁矿、赤铁矿装置及工艺。

背景技术：

1、1996年以来，我国一直是世界最大的钢铁生产国，2019年我国粗钢产量99634万吨，占世界钢产量的53.82％；生铁产量80937万吨，约占世界的63.3％。钢铁工业的高速发展，导致国内铁矿石产量远远不能满足需求，对外依存度连续多年超过80％，这已成为我国钢铁工业安全、稳定运行的重大隐患。

2、我国铁矿资源储量丰富，但我国铁矿资源整体呈现贫、细、杂的特点，禀赋差、品位低、难利用大多需要通过繁杂选矿工艺才能利用。随着我国钢铁工业的快速发展，铁矿石需求大幅增加，铁矿石对外依存度也将继续加大，因而，加强国内复杂难选铁石的高效开发利用研究，对提高铁矿石自给率，具有重要的战略意义。

3、我国含有丰富的菱铁矿、已探明储量18.34亿t、保有储量18.21亿t，因常规选矿处理工艺(如磁选、浮选等)很难获得理想的指标，至今仍未高效利用。赤(褐)铁矿资源储量更是超过200亿吨，大部分尚未开发利用，部分资源虽已开发利用，工艺复杂、成本高、品位和回收率低。菱铁矿、赤(褐)铁矿均为弱磁性贫铁矿石，属于复杂难选铁矿资源。目前处理弱磁性贫铁矿石常见处理工艺有单一强磁选工艺(立环强磁选机、平环强磁选机及滚筒式强磁选机)；单一重选工艺(螺旋溜槽、摇床等)；单一浮选工艺(正浮选、反浮选)；联合工艺流程(重选-强磁选，离心机-强磁选，强磁选-反浮选，重选-强磁选-反浮选等)。普遍因矿物组成复杂、结晶粒度微细、易泥化，导致精矿品位低、尾矿品位高、回收率低，资源利用效率较低的问题。因此，高效利用菱铁矿、赤褐铁矿资源从而降低铁矿石对外依存度迫在眉睫。

4、菱铁矿是铁的碳酸盐，根据菱铁矿独特的热分解特性，在惰性气体或弱还原性气氛下焙烧，会使co2从矿石中分解出来，矿石品位得到极大的提高，同时铁矿物的磁性显著增强，脉石矿物的磁性却变化不大，分解产生的co可以作为赤(褐)铁矿的还原剂对其进行还原，将弱磁性fe2o3物相转化为强磁性fe3o4，从而通过简便的弱磁选工艺，即可实现物料高效分离，大幅提高品位和回收率，实现资源的高效利用。大量研究及生产实践表明：磁化焙烧法是处理此类铁矿石的最佳方法，为此，本发明针对对菱铁矿的的热分解特性，设计了一种处理菱铁矿、赤褐铁矿悬浮焙烧新工艺，进而使菱铁矿、赤褐铁矿的处理工艺流程简化、简单，高效，为高效利用菱铁矿、赤(褐)铁矿资源提供了有效途径，使其资源价值得到最大的展现。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种采用煤基-悬浮焙烧处理菱铁矿、赤铁矿装置及工艺，为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

2、本发明的一种采用煤基-悬浮焙烧处理菱铁矿、赤铁矿装置，包括块煤燃烧单元，燃烧换热单元，给料粉磨单元，预热除尘脱硫单元，r01反应单元，冷却余热回收单元，制氮供氮单元；所述块煤燃烧单元与燃烧换热单元相连；所述燃烧换热单元与给料粉磨单元相连；所述给料粉磨单元所述预热除尘脱硫单元相连；所述预热除尘脱硫单元与r01反应单元相连；所述r01反应单元与冷却余热回收单元；r01反应单元与制氮供氮单元相连；

3、所述煤燃烧单元包括调速喂煤机和燃烧炉膛；所述调速喂煤机与燃烧炉膛相连；所述燃烧换热单元包括燃烧室，换热器、换热管、双重翻板阀；所述燃烧室下方设有双重翻板阀；所述燃烧室与换热器相连；所述换热器设有换热管；所述燃烧炉膛与燃烧室相连；所述给料粉磨单元包括原矿仓、电子皮带秤、螺旋喂料机、高温干粉磨机；所述原矿仓与电子皮带秤相连；电子皮带秤与螺旋喂料机相连；所述螺旋喂料机与高温干粉磨机相连；所述换热器出口烟气管道与高温干粉磨机相连；所述预热除尘脱硫单元包括旋风预热器、布袋除尘器、引风机、脱硫排烟塔；所述旋风预热器与布袋除尘器相连；所述布袋除尘器与引风机相连；所述引风机与脱硫排烟塔相连；所述高温干粉磨机出口与旋风预热器进口相连；所述r01反应单元包括r01反应器、料风阀、锁气阀、旋风分离器、高温布袋除尘器、高温离心鼓风机、排气调节阀；r01反应器通过料风阀、锁气阀与旋风分离器相连；旋风分离器与高温布袋除尘器相连；高温布袋除尘器与高温离心鼓风机相连；所述高温离心鼓风机与燃烧室相连；所述旋风预热器的下料管和布袋除尘器的下灰管与r01反应器进料口相连；所述换热器与r01反应器相连；所述高温布袋除尘器的出口烟道与引风机的进口烟道相连；高温布袋除尘器与引风机之间设有排气调节阀；所述冷却余热回收单元包括旋风冷却器ⅰ、旋风冷却器ⅱ、旋风冷却器ⅲ、造浆搅拌槽；所述旋风冷却器ⅰ与旋风冷却器ⅱ相连；所述旋风冷却器ⅱ与旋风冷却器ⅲ相连；所述旋风冷却器ⅲ与造浆搅拌槽相连；所述锁气阀与旋风冷却器ⅰ的进气烟道相连；所述制氮供氮单元包括制氮机、储气罐、供氮调节阀；所述制氮机与储气罐相连；所述储气罐与供氮调节阀管道相连；高温离心鼓风机的出口烟气管道与供氮调节阀管道相连；高温布袋除尘器分别通过料封阀的松动流化气管、锁气阀的松动流化气管与储气罐的出口管道相连。

4、一种煤基-悬浮焙烧处理菱铁矿、赤铁矿的工艺，采用上述所述装置，具体包括如下步骤：

5、步骤1：原矿物料通过原矿仓给入电子皮带秤称重计量后由螺旋喂料机给入高温干粉磨机(34)；

6、步骤2：块煤燃烧单元为燃烧换热单元，预热除尘脱硫单元和r01反应单元提供反应所需的热量；

7、步骤3：来自冷却余热回收单元逆向换热后的预热空气与块煤燃烧单元提供的燃气在燃烧室混合燃烧，产生的高温烟气加热换热管内自循环的较低温气体产生热风，为r01反应器提供热源；燃烧室燃烧后产生的高温烟气自下而上与换热管接触降温后的低温烟气从换热管上方排出，为高温干粉磨机和旋风预热器提供预热；

8、步骤4：旋风预热分离器分离出来的少量固相细粒级固相物料通过布袋除尘器除尘后的除尘灰输送至r01反应器；

9、步骤5：系统负压由引风机提供，布袋除尘器除尘后的烟气通过引风机输送至脱硫排烟塔脱硫达标排放后排入大气；

10、步骤6：经高温干粉磨机处理后的物料经过旋风预热器预热后送入r01反应单元，为r01反应器提供反应热；r01反应器下部设有气室，通入流化气；

11、步骤7：经过r01反应器处理后的物料通过料风阀，锁气阀，通过氮气氛围冷却降温至后送入冷却余热回收单元，料风阀和锁气阀氮气松动，r01反应器内物料热分解反应产生的气体产物，流化气体以及粉尘经旋风分离器除尘后的烟气，经过高温布袋除尘器除尘后，通过高温离心鼓风机输送至燃烧换热单元，经过换热后的热烟气为r01反应器提供反应热；经高温布袋除尘器处理后的除尘灰经过重力翻板阀输送至冷却余热回收单元；经旋风分离器回收的粉尘返回r01反应器；

12、步骤8：由锁气阀流出的物料经过冷却余热回收单元进行三级旋风冷却；冷空气逆流与物料进行换热，冷空气依次顺次经过造浆搅拌槽，旋风冷却器ⅲ，旋风冷却器ⅱ，旋风冷却器ⅰ，换热后的热空气为燃烧室提供助燃风；

13、步骤9：制氮供氮单元中的制氮机制造的氮气为料风阀，锁气阀提供松动、流化风，为高温布袋除尘器提供喷吹气源，气源压力0.4～0.6mpa；供氮调节阀为r01反应单元提供初始氮气，对r01反应单元系统进行氮气吹扫，置换系统中的空气，吹扫气通过排气调节阀排出，系统惰性气氛营造后，供氮调节阀和排气调节阀关闭；

14、步骤1中所述原矿物料包括菱铁矿，或菱铁矿和赤铁矿的混合矿；所述原矿物料为菱铁矿和赤铁矿的混合矿时，菱铁矿占混合矿的质量百分比为30～60％；

15、步骤1中所述原矿为水分不高于8％，物料粒度不高于10mm的原矿；

16、步骤1中所述高温干粉磨机工作温度为300～500℃，高温干粉磨机的粉磨粒度-200目的质量含量为30％～60％，粉磨后最大颗粒粒径不超过1mm；

17、步骤2中所述块煤燃烧单元提供的燃气包括直接燃烧块煤供热，也可由配置燃烧器的天燃气或煤气替代，所述煤气包括发生炉煤气、焦炉煤气、高炉煤气、煤气发生炉煤气中的一种；

18、步骤2中所述燃烧换热单元燃烧室的温度为800～1000℃，所述预热除尘脱硫单元的旋风预热器的工作温度为200～300℃，所述r01反应单元的r01反应器工作温度为500～750℃；

19、步骤3中所述与换热管接触降温后的低温烟气的温度为300～500℃；

20、步骤4中所述布袋除尘器进口温度为120～240℃；

21、步骤6中所述通入流化气的进气压力工况下不低于25kpa，所述进气温度为700～950℃，所述进气时间为7～12min；物料热分解反应温度为500～750℃；

22、步骤7中所述氮气氛围冷却降温为，降温至350～400℃；所述料风阀和锁气阀的流化风量分别为10～40nm3/h；所述锁气阀的供气压力0.2～0.6mpa；所述高温布袋除尘器进口温度为300～400℃；所述除尘灰符为合格产品；

23、步骤8中所述进行三级旋风冷却为，由350-400℃冷却至100～150℃；

24、步骤9中所述供氮调节阀只是在启炉开机时打开。

25、上述装置的工艺过程中，气氛独立自循环，系统气氛饱和后，可通过排气调节阀57调节控制排出多余气体，正常生产中，排气调节阀57处于关闭状态；

26、本发明的原位自磁化焙烧系统根据菱铁矿独特的热分解特性，在惰性气体或弱还原性气氛下焙烧，会使co2从矿石中分解出来，并产生一部分co还原性气体，矿石品位得到极大的提高，同时铁矿物的磁性显著增强，脉石矿物的磁性却变化不大，从而后续可通过简便的弱磁选工艺，即可实现物料高效分离；该系统气氛独立自循环，系统气氛饱和后，可通过调节阀调节控制排出多余气体，正常生产中，调节阀处于关闭状态；

27、将热分解后的磁铁矿经冷空气快速冷却，通过精准调控冷却速度，控制磁铁矿表面发生“微氧化”反应，控制其生成γ-fe2o3，避免氧化为弱磁性α-fe2o3，利用γ-fe2o3比磁化系数低、矫顽力小的特点，提高焙烧产品可选性，同时氧化反应热和物料余热可预热空气，降低能耗；

28、本发明的工艺，在菱铁矿-赤(褐)铁矿体系原位还原焙烧中，菱铁矿和赤铁矿起到了相互促进的作用，从而达到了在不添加还原剂的情况下，菱铁矿诱导赤(褐)铁矿原位还原的作用；

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、1)将煤炭流态化，直接加热、间接换热，干法制粉，无氧环境原位自磁化和悬浮流态化焙烧等技术高效结合并加以改进的处理菱铁矿、赤(褐)铁矿资源的新工艺，工艺流程简化、短平快捷，颠覆并可取代传统磁选、浮选等复杂长流程工艺；

31、2)相对于传统磁、浮长流程处理工艺，本发明工艺方法占地面积小、投资成本和生产成本低，效益显著；

32、3)本发明的工艺流程短、灵活可靠，不受地域条件、缺水环境等的限制，可广泛应用不同地域环境；

33、4)本发明的工艺方法，工艺指标精矿品位和金属回收率远优于传统磁、浮长流程处理工艺。

34、5)本发明的工艺方法，提高了此类资源开发利用的经济价值，为碳酸盐铁矿石、赤(褐)铁矿难选氧化铁矿石的开发及高效利用开辟了新的途径。

35、6)本发明的工艺方法不但可以高效利用菱铁矿资源，菱铁矿和赤(褐)铁矿按一定比列的配矿资源，还可处理石煤钒矿、含碳金矿、赤泥等资源，具备原位自磁化焙烧、氧化破晶焙烧、氢基磁化焙烧等多种功能。