一種改善含金屬鐵還原球團磨選分離效果的方法和系統與流程

本發明涉及一種鐵合金的制備方法，進一步涉及一種改善含金屬鐵還原球團磨選分離效果的方法，還涉及一種改善含金屬鐵還原球團磨選分離效果的系統，屬于鐵合金的制備領域。

背景技術：

中國是世界上鐵礦資源較豐富的國家之一，已探明的儲量有578.72億噸，可供開發利用的約有260億噸，但是97％為貧礦，平均品位僅為33％，比世界鐵礦石供應大國平均品位低20％。隨著中國鋼鐵行業的迅速發展，鐵礦資源消耗速度加快，中國鐵礦資源已無法滿足鋼鐵生產需要，中國多數大型鋼鐵企業不得不向外大量進口鐵礦石進行生產。自2003年以來，鐵礦石進口依賴度已達50％以上，另外，世界鐵礦石價格呈現上升態勢，使中國鋼鐵行業發展面臨巨大的困難。因此，針對中國鐵礦資源特點開發高效利用技術迫在眉睫。

近年來，針對某些含鐵冶金廢渣，中國相關科研工作者突破了傳統的選礦—燒結—高爐流程概念，提出采用先冶后選的方法即“還原焙燒—磁選”工藝處理這些冶金廢渣，實現了鐵的有效富集和資源的綜合利用。該工藝所得的高金屬化率的鐵粉冷壓塊后，不僅可以補充廢鋼資源的不足，而且是冶煉優質鋼、特殊鋼的優質原料。

公告號為CN200910094839.5A的專利公開了一種提取銅冶煉廢渣中鐵的方法，該方法通過將銅渣、還原劑、氧化鈣或碳酸鈣混合配料后，高溫下進行礦相重構和碳熱還原反應，經過磁選分離回收鐵。公告號為CN104404260A公開了一種從銅渣中分離有價金屬的方法，該方法經過兩次造球焙燒，第一次造球焙燒時鐵橄欖石轉化為易于還原的氧化鐵，第二次造球焙燒將銅渣中的氧化鐵還原成金屬鐵與渣通過磁選分離。但是這些從銅渣中還原焙燒-磁選回收鐵的技術的缺點是得到的鐵粉產品純度不高，僅能作為煉鋼的配料，還需要進一步冶煉，技術經濟指標不過關。

因此，找到一種改善含金屬鐵還原球團磨選分離效果的方法，提高鐵產品的鐵品位和鐵回收率具有重大的經濟價值。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種改善含金屬鐵還原球團磨選分離效果的方法，該方法不僅可改善含金屬鐵還原球團磨選分離的效果，提高鐵產品的鐵品位和鐵回收率，還可以降低磨礦能耗和鋼耗。

為解決上述技術問題，本發明采取的技術方案為：

本發明提供了一種改善含金屬鐵還原球團磨選分離效果的方法，包括以下步驟：

(1)制備混有含鐵、含鈣與含碳物料的團塊；(2)高溫下還原所述團塊，得到含金屬鐵的還原球團；(2)將含金屬鐵的還原球團進行水淬處理，加入磨礦添加劑進行濕式磨礦，得到礦漿；(3)礦漿進行固液分離，得到濾渣和濾液；(4)濾渣進行物理分選，得到含鐵顆粒和尾礦渣；(5)尾礦渣制備水泥。

步驟(1)中所述團塊的制備包括：將含鐵物料、含鈣物料、含碳物料和粘結劑按比例混合均勻，造球或壓制成型。

所述含鐵物料、含鈣物料、含碳物料以及粘結劑的質量比為100：(3-40)：(15-50)：(0-10)。

所述含鐵物料可以是銅渣、鎳渣、赤泥、氧化鐵皮、鉛鋅渣、紅土鎳礦、硫酸渣、鋼鐵冶煉粉塵或鐵礦石(可以是難選礦和/或低品位的鐵礦石)。

所述含鐵物料的雜質中Al₂O₃與MgO成分的總含量低于SiO₂與CaO的總含量。當含鐵物料的雜質中Al₂O₃與MgO成分的總含量低于SiO₂與CaO的總含量時，有利于硅鈣化合物的形成，當Al₂O₃與MgO成分的總含量高于SiO₂與CaO的總含量時，不利于形成能與磨礦添加劑反應的硅鈣化合物。優選的，所述含鐵物料的雜質中，(Al₂O₃+MgO)/(SiO₂)的質量比例低于1.0，例如低于0.8、低于0.5，甚至低于0.1。

所述的含鈣物料主要含有CaCO₃、Ca(OH)₂、CaO、CaCl₂或CaF₂中的任何一種或多種。

所述含碳物料為蘭炭、無煙煤、褐煤、煙煤、焦煤或石墨等中的任意一種或多種按照任何比例組成的混合物。優選的，所述含碳物料的固定碳含量≥65％，灰分≤20％。當固定碳含量小于65％時，不利于鐵氧化物被充分還原形成金屬鐵，影響后續分選回收作業，當灰分含量大于20％時，帶入球團中雜質較多，影響鐵顆粒聚集長大成粗粒鐵，使得最終鐵產品鐵品位不高。

所述的粘結劑主要為膨潤土、黏土、水玻璃、赤泥、瀝青、羧甲基纖維素鈉(CMC)、淀粉、改性淀粉、腐殖酸鈉或糊精中的一種或多種的組合。

為使得球團在還原過程中同時生成硅鈣化合物，即原硅酸鈣、硅灰石、硅酸鈣、硅酸二鈣或硅酸三鈣中的任意一種或多種按照任何比例組成的混合物，本發明對原料條件和還原條件進行了調整。最終表明通過添加含鈣原料調整球團中Al₂O₃、MgO、SiO₂、CaO的配比，在1150℃-1400℃下對團塊進行高溫還原時生成硅鈣化合物。還原溫度過低(譬如，還原溫度低于1150℃)也不利于硅鈣化合物的生成，還原溫度過高(譬如，還原溫度高于1400℃)能耗較大，成本高。最優選的，步驟(2)中高溫下還原所述團塊的還原溫度為1200-1350℃。

步驟(2)中磨礦過程中，加入磨礦添加劑后進行濕式磨礦，這是因為物料破碎產生新界面，新生界面表面活性較高，更易于發生一些化學反應。化學反應的發生可影響相鄰原子間牢固約束的鍵力發生斷裂，促進新界面產生，使金屬鐵顆粒與其它礦物相較容易分離。因此添加磨礦添加劑進行濕式磨礦，磨礦添加劑與渣相中的硅鈣化合物發生一系列化學反應，可促進金屬鐵顆粒與其表面的渣相物質分離，使金屬鐵顆粒表面更為純凈，含有雜質物質較少，所得產品鐵品位更高。同時，也可促進其他礦物相中的微細粒級的金屬鐵與渣相分離，使之更容易被分離出來而被分選回收，所以鐵回收率也有所提高。

所述磨礦添加劑是強堿弱酸鹽；優選的，所述強堿弱酸鹽選自碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀中的任意一種或多種按照任意比例所組成的混合物。所述磨礦添加劑的加入量為還原球團總質量的0.5％-10％。磨礦添加劑可以以固體形式或者溶液形式或兩者結合形式加入。

所述濕式磨礦中礦漿的濃度為50％-80％。

步驟(3)中所述的固液分離是將礦漿進行過濾或抽濾并淋洗。

步驟(4)中所述的物理分選包括磁選或重選。

步驟(5)中所述的尾礦渣制備水泥是將尾礦渣中加入制備水泥的添加劑，優化尾礦渣中Al₂O₃、MgO、SiO₂、CaO等各成分配比，煅燒制備水泥熟料。

本發明進一步提供了一種改善含金屬鐵還原球團磨選分離效果的系統，包括：成型裝置，所述成型裝置具有含鐵物料入口、含鈣物料入口、含碳物料入口、粘結劑入口和團塊出口；

還原裝置，所述還原裝置具有團塊入口、煙氣出口和還原球團出口，所述團塊入口與成型裝置團塊出口相連；

水淬裝置，所述水淬裝置具有還原球團入口、水入口和水淬球團出口，還原球團入口與還原裝置的還原球團出口相連；

磨礦裝置，所述磨礦裝置具有水淬球團入口、磨礦添加劑入口、水入口和礦漿出口，所述水淬球團入口與水淬裝置的水淬球團出口相連；

固液分離裝置，所述固液分離裝置具有礦漿入口、濾渣出口和濾液出口，所述礦漿入口與磨礦裝置的礦漿出口相連；

物理分選裝置，所述物理分選裝置具有濾渣入口、含鐵顆粒出口和尾礦渣出口，所述濾渣入口與固液分離裝置的濾渣出口相連；

制備水泥裝置，所述制備水泥裝置具有尾礦渣入口、制備水泥的添加劑入口和水泥熟料出口，所述尾礦渣入口與物理分選裝置的尾礦渣出口相連。

其中，所述成型裝置包括混料機和壓球機，或者是混料機和造球圓盤；所述還原裝置是常規的具有還原功能的裝置，例如轉底爐、馬弗爐、回轉窯、隧道窯等；所述水淬裝置是水封拉鏈機；所述磨礦裝置是球磨機、棒磨機；所述固液分離裝置是壓濾機或真空過濾機；所述物理分選裝置是離心選礦機或磁選機；所述制備水泥裝置是水泥回轉窯。

本發明技術方案與現有技術相比，具有如下有益效果：

1、磨礦添加劑與還原球團中的渣相中的硅鈣化合物發生反應，促進金屬鐵顆粒表面的礦物相分離，提高了所得產品的鐵品位。

2、促進其它礦物相中的微細粒級的鐵顆粒分離，使之分離出來而被分選回收，提高了所得產品的鐵回收率。

3、改善磨礦過程的分離效果，可縮短磨礦時間，節省磨礦能耗，同時也可節省磨礦設備中鋼的消耗。

附圖說明

圖1本發明改善含金屬鐵還原球團磨選分離效果的系統示意圖。

圖2本發明改善含金屬鐵還原球團磨選分離效果的工藝流程圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而更為清楚。但這些實施例僅是范例性的，并不對本發明的范圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和范圍下可以對本發明的細節和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發明的保護范圍內。

如圖1所示，本發明提供一種改善含金屬鐵還原球團磨選分離效果的系統，包括：成型裝置S100，所述成型裝置S100具有含鐵物料入口、含鈣物料入口、含碳物料入口、粘結劑入口和團塊出口；

還原裝置S200，所述還原裝置S200具有團塊入口、煙氣出口和還原球團出口，所述團塊入口與成型裝置S100團塊出口相連；

水淬裝置S300，所述水淬裝置S300具有還原球團入口、水入口和水淬球團出口，還原球團入口與還原裝置S200的還原球團出口相連；

磨礦裝置S400，所述磨礦裝置S400具有水淬球團入口、磨礦添加劑入口、水入口和礦漿出口，所述水淬球團入口與水淬裝置S300的水淬球團出口相連；

固液分離裝置S500，所述固液分離裝置S500具有礦漿入口、濾渣出口和濾液出口，所述礦漿入口與磨礦裝置S400的礦漿出口相連；

物理分選裝置S600，所述物理分選裝置S600具有濾渣入口、含鐵顆粒出口和尾礦渣出口，所述濾渣入口與固液分離裝置S500的濾渣出口相連；

制備水泥裝置S700，所述制備水泥裝置S700具有尾礦渣入口、制備水泥的添加劑入口和水泥熟料出口，所述尾礦渣入口與物理分選裝置S600的尾礦渣出口相連。

進一步，本發明提供一種利用上述系統改善含金屬鐵還原球團磨選分離效果的方法，包括如下步驟：

(1)將含鐵物料、含鈣物料、含碳物料、粘結劑通過含鐵物料入口、含鈣物料入口、含碳物料入口、粘結劑入口送入到成型裝置S100中，制備得到團塊，通過團塊出口排出；

(2)團塊通過還原裝置S200的團塊入口進入到還原裝置S200中進行還原，得到還原球團，還原球團通過還原球團出口排出；

(3)還原球團和水分別通過水淬裝置S300的入口進入到水淬裝置S300，得到水淬球團，通過水淬球團出口排出；

(4)水淬球團、磨礦添加劑和水分別通過磨礦裝置S400的入口進入到磨礦裝置S400中，得到礦漿從礦漿出口排出；

(5)礦漿通過固液分離裝置S500的入口進入到固液分離裝置S500，得到濾渣和濾液，分別從濾渣出口和濾液出口排出；

(6)濾渣通過物理分選裝置S600的入口進入到物理分選裝置S600，得到含鐵顆粒和尾礦渣，分別從含鐵顆粒出口和尾礦渣出口排出；

(7)尾礦渣、制備水泥的添加劑分別通過制備水泥裝置S700的入口進入到制備水泥裝置S700，得到水泥熟料，從水泥熟料出口排出。

下面參考圖1、2對實際生產中改善含金屬鐵還原球團磨選分離效果的方法進行詳細的介紹，具體見實施例1-3：

實施例1

將冶煉原料銅渣(含TFe 39.75％，SiO₂ 33.18％，CaO 2.75％，Al₂O₃ 2.31％，MgO 2.07％，Cu0.27％)、石灰石(CaO 50.04％)、蘭炭(固定碳74.46％，灰分12％)、復合粘結劑(膨潤土20％+改性淀粉8％+水72％)，按重量配比，銅渣：石灰石：蘭炭：復合粘結劑＝100：15：25：10進行配料。混合料混勻后造球，烘干。烘干球團在1350℃下還原焙燒30分鐘，焙燒后球團進行水淬，加入10％碳酸氫鈉進行濕式磨礦，礦漿濃度為50％，磨礦30分鐘。礦漿抽濾，并加水淋洗，收集濾液，濾液濃縮提純后返回磨礦重復利用。濾渣采用離心選礦機進行分選，轉速為500r/min，得到含鐵93.45％的銅鐵合金粉，鐵回收率92.18％，含銅0.52％，尾礦渣抽濾烘干，用于制作水泥。

實施例2

將冶煉原料鋼鐵冶煉粉塵(含TFe 56.01％，SiO₂ 7.11％，CaO 1.86％，Al₂O₃0.35％，MgO 0.31％)、生石灰(CaO 98.3％)、焦煤(固定碳65％，灰分20％)，按重量配比，冶金粉塵：生石灰：焦煤＝100：3：50進行配料。混合料混勻后壓球。球團在1200℃下還原焙燒90分鐘，焙燒后球團進行水淬，加入0.5％碳酸鈉進行濕式磨礦，礦漿濃度為80％，磨礦30分鐘。礦漿抽濾，并加水淋洗，收集濾液，濾液濃縮提純后返回磨礦重復利用。濾渣采用離心選礦機進行分選，轉速為700r/min，得到鐵產品在100mT磁場強度下磁選，最終得到含鐵95.31％的金屬鐵粉，鐵回收率94.22％，尾礦渣抽濾烘干，用于制作水泥。

實施例3

將冶煉原料低品位難選鐵礦石(含TFe 43.63％，SiO₂ 22.1％，CaO 3.58％，Al₂O₃4.31％，MgO 0.59％)、熟石灰(CaO 73.14％)、無煙煤(固定碳85.43％，灰分7.66％)，按重量配比，鐵礦石：熟石灰：無煙煤：羧甲基纖維素鈉＝100：40：15：0.5進行配料。混合料混勻后壓球，烘干。烘干球團在1250℃下還原焙燒45分鐘，焙燒后球團進行水淬，加入3％碳酸鉀進行濕式磨礦，礦漿濃度為67％，磨礦30分鐘。礦漿抽濾，并加水淋洗，收集濾液，濾液濃縮提純后返回磨礦重復利用。濾渣采用離心選礦機進行分選，轉速為600r/min，得到含鐵93.41％的金屬鐵粉，鐵回收率92.28％，尾礦渣抽濾烘干，用于制作水泥。

對比實施例1

與實施例1相比，其他條件相同，只是在磨礦過程中不加入磨礦添加劑(即不加入10％碳酸鈉氫鈉)時，得到鐵粉鐵品位為89.72％，鐵回收率84.36％。

對比實施例2

與實施例2相比，其他條件相同，只是在磨礦過程中不加入磨礦添加劑(即不加入0.5％碳酸鈉)時，得到鐵粉鐵品位為91.16％，鐵回收率92.46％。

對比實施例3

與實施例3相比，其他條件相同，只是在磨礦過程中不加入磨礦添加劑(即不加入3％碳酸鉀)時，得到鐵粉鐵品位為90.88％，鐵回收率88.49％。