專利名稱：一種流化床還原磁化處理赤泥制備鐵精粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以循環(huán)流化床為主體設(shè)備，采用赤泥為主要原料，通過(guò)控制合適的還原溫度和還原氣氛，對(duì)還原產(chǎn)物進(jìn)行磁選分離，進(jìn)而制備鐵精粉的技術(shù)方法。該工藝流程屬于化工、冶金的材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
赤泥是一種不溶性殘?jiān)?，從產(chǎn)生工藝上可分為燒結(jié)法、拜爾法和聯(lián)合法，通常赤泥主要成分為Fe2O3, SiO2, Al2O3和CaO等.燒結(jié)法和聯(lián)合法排放赤泥的主要成分大致相同，其中含有大量的2Ca0 · SiO2等活性礦物組分，可以直接應(yīng)用于建筑材料生產(chǎn)；拜爾法產(chǎn)生的赤泥是采用強(qiáng)堿NaOH對(duì)一水軟鋁石型和三水鋁石型鋁土礦進(jìn)行浸出后的殘?jiān)祟惓嗄嗖淮嬖?Ca0 · SiO2等活性成分，且含鐵高，耐腐蝕性差，很難直接用于建材行業(yè)。拜耳法赤泥中的鐵含量可達(dá)329Γ50%，從赤泥中回收鐵是綜合利用赤泥資源的首選考慮。從公開(kāi)專利和發(fā)表論文來(lái)看，赤泥磁化焙燒采用兩條路線。一條工藝路線是低溫條件(約350°C 400°C)下，赤泥配入煤、炭、鋸木屑、干蔗渣作固相還原介質(zhì)，還原后的赤泥經(jīng)磁選可回收鐵。文獻(xiàn)I (畢節(jié)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，27 (4):88)。另外一條工藝路線是中高溫條件下(約950°C 1000°C)，拜耳法赤泥配煤進(jìn)行直接還原焙燒，焙燒產(chǎn)物在隔絕氧氣的條件下冷卻至室溫，焙燒礦細(xì)磨后于磁選機(jī)中磁選，得到海綿鐵。見(jiàn)文獻(xiàn)2報(bào)道(金屬礦山，2005,353 (11):20)。通過(guò)分析上述兩種赤泥磁化焙燒+磁選工藝，發(fā)現(xiàn)還存在一定的局限性。赤泥在低溫焙燒過(guò)程中反應(yīng)動(dòng)力學(xué)較差，所需反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，能源消耗大。第二種還原磁化焙燒，溫度控制在950°C 1000°C時(shí)，生成金屬鐵的同時(shí)，非磁性物質(zhì)也達(dá)到或接近熔點(diǎn)，形成的液態(tài)非磁性物質(zhì)渣相會(huì)堵塞和粘結(jié)反應(yīng)器，因此還原反應(yīng)過(guò)程難以連續(xù)化進(jìn)行。此外關(guān)于流化床發(fā)明專利(9211333. 2)、(200710121616. 4)和(201020570114. 7)等主要采用流化床實(shí)現(xiàn)不同粒級(jí)鐵精粉的還原，同樣此類工藝也回收了焙燒尾氣的顯熱，但發(fā)明專利(9211333. 2)和(201020570114. 7)沒(méi)有對(duì)焙燒尾氣中的潛熱進(jìn)行回收。發(fā)明專利(200410041935)公開(kāi)一種循環(huán)流化床礦物還原焙燒裝置及還原焙燒方法，礦石粉與煤粉從循環(huán)流化床下部加入，經(jīng)預(yù)熱的空氣從底部進(jìn)入流化床，焙燒后的高溫尾氣通過(guò)換熱器與空氣換熱后，經(jīng)布袋除塵后放空，同樣也沒(méi)有對(duì)焙燒尾氣潛熱回收，此外該工藝針對(duì)鐵礦石進(jìn)行磁化焙燒。本發(fā)明是采用流化床工藝對(duì)赤泥進(jìn)行磁化焙燒制備鐵精粉，由于赤泥的磁化焙燒過(guò)程是耗能過(guò)程，整體工藝過(guò)程能量利用效率的高低將決定此工藝過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性，現(xiàn)有工藝只利用了焙燒后尾氣的顯熱部分，并沒(méi)有充分利用尾氣中的潛熱(如尾氣中的co、h2等)，此外回收顯熱的工藝也未能做到充分回收的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于一種循環(huán)流化床還原磁化焙燒處理赤泥制備鐵精粉的方法，此方法在于通過(guò)控制循環(huán)流化床內(nèi)的溫度和還原煤氣的成分，將赤泥中的非磁性物質(zhì)Fe2O3、盡可能轉(zhuǎn)變?yōu)榇判晕镔|(zhì)Fe4O3，然后對(duì)還原后的產(chǎn)物再進(jìn)行磁選分離，通過(guò)磁選分離可以分離出磁性物質(zhì)即鐵精粉的工藝流程。此方法能夠滿足磁化處理赤泥的的要求，采用循環(huán)流化床法處理赤泥能實(shí)現(xiàn)赤泥中鐵元素的有效回收。 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種流化床還原磁化處理赤泥制備鐵精粉的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟
步驟I :赤泥原料進(jìn)入烘干滾筒把水分烘干至3%以下，出烘干滾筒的赤泥，再依次進(jìn)一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器和二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為750°c ^goo0C ；
步驟2 :經(jīng)過(guò)二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器預(yù)熱后的赤泥進(jìn)入循環(huán)流化床，赤泥粉在循環(huán)流化床反應(yīng)管和循環(huán)流化床反應(yīng)管副管與溫度在600°C ^700 °C，成分要求N2在40%飛0%，Η2%/ (Η2°/ο+Η20%)在 6°/Γ 2%，C0%/ (C0%+C02%)在 16°/Γ22% 的混合煤氣循環(huán)反應(yīng)，時(shí)間為25mirT50min，得到磁化的赤泥粉，赤泥中95%以上的Fe2O3被還原氣體還原至Fe3O4 ；
步驟3 ::將上述步驟得到赤泥粉立即送至冷卻器冷卻，離開(kāi)冷卻器后的還原磁化赤泥塊直接進(jìn)入磁選分離機(jī)進(jìn)行磁選分離，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為5000 ^15000高斯條件下進(jìn)行磁選，獲得Al2O3小于3. 5%，SiO2小于2. 2%，品位61%飛5%的鐵精粉，同時(shí)還獲得非磁性渣，非磁性渣可用于燒結(jié)法氧化鋁流程中進(jìn)行配料。進(jìn)一步，反應(yīng)后含塵反應(yīng)后廢氣通過(guò)旋風(fēng)除塵器將煤氣和粉塵分開(kāi)，進(jìn)入煤氣燃燒室內(nèi)燃燒的后產(chǎn)生廢氣總量的709Γ80%依次經(jīng)所述二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器和一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器預(yù)熱從烘干滾筒出來(lái)的赤泥粉，其余廢氣總量的209Γ30%兌入新產(chǎn)生的煤氣發(fā)生爐煤氣，分離出的細(xì)顆粒粉塵通過(guò)下口管道送入所述循環(huán)流化床反應(yīng)管副管繼續(xù)還原反應(yīng)。進(jìn)一步，所述步驟3中的冷卻器的冷卻介質(zhì)采用煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的煤氣，煤氣和7500C、00°C的焙燒后的赤泥粉進(jìn)行流化換熱，焙燒后的赤泥粉溫度降低到180°C "230°C,煤氣發(fā)生爐煤氣加熱到680°C 850°C。本發(fā)明的有益效果是利用烘干滾筒和二級(jí)旋風(fēng)筒預(yù)熱器回收廢氣顯熱，利用燃燒室釋放廢氣潛熱，然后采用通過(guò)控制還原溫度和煤氣成分的手段，在循環(huán)流化床內(nèi)將赤泥中的非磁性Fe2O3盡可能轉(zhuǎn)變?yōu)榇判晕镔|(zhì)Fe4O3,然后對(duì)還原后的產(chǎn)物再進(jìn)行磁選分離，通過(guò)磁選分離可以分離出磁性物質(zhì)即鐵精粉，剩余物質(zhì)為非磁性渣相可循環(huán)用于生產(chǎn)氧化鋁流程。該工藝過(guò)程降低磁化焙燒過(guò)程的能耗，提高經(jīng)濟(jì)性。


圖I為循環(huán)流化床還原磁化處理赤泥制備鐵精粉方法的工藝流程圖。圖中
I.赤泥原料，2.烘干滾筒，3. —級(jí)旋風(fēng)筒預(yù)熱器，4. 二級(jí)旋風(fēng)筒預(yù)熱器，
5.循環(huán)流化床反應(yīng)管，6.循環(huán)流化床反應(yīng)管副管，7.旋風(fēng)除塵器，
8.煤氣燃燒室，9.煤氣混合室，10.冷卻器，11.磁選分離機(jī)，
12.鐵精粉，13.非磁性渣，14.布袋除塵器，15.引風(fēng)機(jī)，16.煙筒，
17.煤氣發(fā)生爐，18.空氣鼓風(fēng)機(jī)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例I
(O赤泥原料首先進(jìn)入烘干滾筒把水分烘干至3%以下，出烘干滾筒的赤泥，再依次進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器和二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為900°C ；
(2)烘干滾筒的烘干廢氣來(lái)源于一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器，一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器的加熱廢氣來(lái)源于二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器，每一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器頂部有一路出氣口，用來(lái)排出此級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器的廢氣，并且一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器固體物料進(jìn)口與二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器排氣口相連，二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器固體物料進(jìn)口與煤氣燃燒室出口廢氣管相連，煤氣燃燒室的燃料來(lái)源是旋風(fēng)除塵器頂部出口的煤氣，米用空氣鼓風(fēng)機(jī)向煤氣燃燒室鼓入助燃空氣，煤氣燃燒室的進(jìn)氣口、空氣鼓風(fēng)機(jī)和旋風(fēng)除塵器頂部的出氣口相連接的管路上分別安裝氣體閥門；；
(3)經(jīng)過(guò)二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器預(yù)熱后的赤泥進(jìn)入循環(huán)流化床，赤泥粉在循環(huán)流化床反應(yīng)管和循環(huán)流化床反應(yīng)管副管循環(huán)反應(yīng)，赤泥粉在循環(huán)流化床反應(yīng)管發(fā)生流化和還原反應(yīng)，赤 泥粉和煤氣沿著循環(huán)流化床反應(yīng)管上升，從連接管進(jìn)入循環(huán)流化床反應(yīng)管副管繼續(xù)發(fā)生流化和還原反應(yīng)，還原后的赤泥粉從循環(huán)流化床反應(yīng)管副管下部連接管進(jìn)入循環(huán)流化床反應(yīng)管繼續(xù)循環(huán)，另外循環(huán)流化床反應(yīng)管副管上口排出含塵的反應(yīng)后煤氣，含塵反應(yīng)后煤氣通過(guò)管道進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，旋風(fēng)除塵器將煤氣和粉塵分開(kāi)，煤氣通過(guò)旋風(fēng)除塵器的上口管道進(jìn)入煤氣燃燒室燃燒，旋風(fēng)除塵器分離出的細(xì)顆粒粉塵通過(guò)下口管道送入循環(huán)流化床反應(yīng)管副管繼續(xù)發(fā)生流化和還原反應(yīng)；
(4)煤氣燃燒室內(nèi)燃燒后產(chǎn)生廢氣總量的70°/Γ80%依次經(jīng)二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器和一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器預(yù)熱從烘干滾筒出來(lái)的赤泥粉，其余廢氣總量的209Γ30%部分兌入新產(chǎn)生的煤氣發(fā)生爐煤氣，混合后的煤氣溫度在 700°C，混合煤氣的成分要求N2在60%，Η2%/ (Η2%+Η20%)在12%, C0%/ (C0%+C02%)在 22% ；
(5)從循環(huán)流化床反應(yīng)副管下部排出焙燒后的赤泥粉溫度為850°C、00°C，立即送至冷卻器，冷卻器的冷卻介質(zhì)采用煤氣發(fā)生爐煤氣，在冷卻器內(nèi)煤氣發(fā)生爐煤氣和8500C、00°C的焙燒后的赤泥粉進(jìn)行流化換熱，焙燒后的赤泥粉溫度降低到180°C "230°C,煤氣發(fā)生爐煤氣加熱到700°C ；
(6)離開(kāi)冷卻器后的還原磁化赤泥塊直接進(jìn)入磁選分離機(jī)進(jìn)行磁選分離，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為8000高斯條件下進(jìn)行磁選，可獲得品位619Γ63%的鐵精粉，制得鐵精粉的Al2O3小于3. 5%，SiO2小于2. 2%，同時(shí)還獲得非磁性渣，非磁性渣可用于燒結(jié)法氧化鋁流程中進(jìn)行配料。實(shí)施例2
(O赤泥原料首先進(jìn)入烘干滾筒把水分烘干至2%以下，出烘干滾筒的赤泥，再依次進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器和二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為800°C ；
(2)烘干滾筒的烘干廢氣來(lái)源于一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器，一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器的加熱廢氣來(lái)源于二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器，每一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器頂部有一路出氣口，用來(lái)排出此級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器的廢氣，并且一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器固體物料進(jìn)口與二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器排氣口相連，二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器固體物料進(jìn)口與煤氣燃燒室出口廢氣管相連，煤氣燃燒室的燃料來(lái)源是旋風(fēng)除塵器頂部出口的煤氣，米用空氣鼓風(fēng)機(jī)向煤氣燃燒室鼓入助燃空氣，煤氣燃燒室的進(jìn)氣口、空氣鼓風(fēng)機(jī)和旋風(fēng)除塵器頂部的出氣口相連接的管路上分別安裝氣體閥門；；(3)經(jīng)過(guò)二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器預(yù)熱后的赤泥進(jìn)入循環(huán)流化床，赤泥粉在循環(huán)流化床反應(yīng)管和循環(huán)流化床反應(yīng)管副管循環(huán)反應(yīng)，赤泥粉在循環(huán)流化床反應(yīng)管發(fā)生流化和還原反應(yīng)，赤泥粉和煤氣沿著循環(huán)流化床反應(yīng)管上升，從連接管進(jìn)入循環(huán)流化床反應(yīng)管副管繼續(xù)發(fā)生流化和還原反應(yīng)，還原后的赤泥粉從循環(huán)流化床反應(yīng)管副管下部連接管進(jìn)入循環(huán)流化床反應(yīng)管繼續(xù)循環(huán)，另外循環(huán)流化床反應(yīng)管副管上口排出含塵的反應(yīng)后煤氣，含塵反應(yīng)后煤氣通過(guò)管道進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，旋風(fēng)除塵器將煤氣和粉塵分開(kāi)，煤氣通過(guò)旋風(fēng)除塵器的上口管道進(jìn)入煤氣燃燒室燃燒，旋風(fēng)除塵器分離出的細(xì)顆粒粉塵通過(guò)下口管道送入循環(huán)流化床反應(yīng)管副管繼續(xù)發(fā)生流化和還原反應(yīng)；
(4)煤氣燃燒室內(nèi)燃燒后產(chǎn)生廢氣總量的80°/Γ90%依次經(jīng)二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器和一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器預(yù)熱從烘干滾筒出來(lái)的赤泥粉，其余廢氣總量的109Γ20%部分兌入高爐煤氣，混合后的煤氣溫度在700°C 750°C，混合煤氣的成分要求N2在50%，H2%/(H2%+H20%)在 8%，C0%/ (C0%+C02%)在 20% ；
(5)從循環(huán)流化床反應(yīng)副管下部排出焙燒后的赤泥粉溫度為900°C，立即送至冷卻器，冷卻器的冷卻介質(zhì)米用煤氣發(fā)生爐煤氣，在冷卻器內(nèi)高爐煤氣和900°C的焙燒后的赤泥粉進(jìn)行流化換熱，焙燒后的赤泥粉溫度降低到180°C 220°C，煤氣發(fā)生爐煤氣加熱到700 0C 750。。；
(6)離開(kāi)冷卻器后的還原磁化赤泥塊直接進(jìn)入磁選分離機(jī)進(jìn)行磁選分離，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為13000高斯條件下進(jìn)行磁選，可獲得品位649Γ66%的鐵精粉，制得鐵精粉的Al2O3小于3. 3%，SiO2小于2. 0%，同時(shí)還獲得非磁性渣，非磁性渣可用于燒結(jié)法氧化鋁流程中進(jìn)行配料。
權(quán)利要求
1.一種流化床還原磁化處理赤泥制備鐵精粉的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 步驟I :赤泥原料進(jìn)入烘干滾筒把水分烘干至3%以下，出烘干滾筒的赤泥，再依次進(jìn)一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器和二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為750°c ^goo0C ； 步驟2 :經(jīng)過(guò)二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器預(yù)熱后的赤泥進(jìn)入循環(huán)流化床，赤泥粉在循環(huán)流化床反應(yīng)管和循環(huán)流化床反應(yīng)管副管與溫度在600°C ^700 °C，成分要求N2在40%飛0%，H2%/ (H2%+H20%)在6% 12%，CO%/ (C0%+C02%)在16% 22%的混合煤氣循環(huán)反應(yīng)，時(shí)間為25mirT50min，得到磁化的赤泥粉，赤泥中95%以上的Fe2O3被還原氣體還原至Fe3O4 ； 步驟3 ::將上述步驟得到赤泥粉立即送至冷卻器冷卻，離開(kāi)冷卻器后的還原磁化赤泥塊直接進(jìn)入磁選分離機(jī)進(jìn)行磁選分離，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為5000 ^15000高斯條件下進(jìn)行磁選，獲得Al2O3小于3. 5%，SiO2小于2. 2%，品位61%飛5%的鐵精粉，同時(shí)還獲得非磁性渣，非磁性渣可用于燒結(jié)法氧化鋁流程中進(jìn)行配料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流化床還原磁化處理赤泥制備鐵精粉的方法，其特征在于，所述步驟2中，反應(yīng)后含塵廢氣進(jìn)入旋風(fēng)除塵器將廢氣中的煤氣和粉塵分開(kāi)，煤氣進(jìn)入燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒后產(chǎn)生廢氣總量的709^80%依次進(jìn)入所述二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器和一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器預(yù)熱從赤泥粉，其余廢氣總量的209^30%兌入新產(chǎn)生的煤氣發(fā)生爐煤氣中；分離出的細(xì)顆粒粉塵通過(guò)下口管道送入所述循環(huán)流化床反應(yīng)管副管繼續(xù)還原反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流化床還原磁化處理赤泥制備鐵精粉的方法，其特征在于，所述步驟3中的冷卻器的冷卻介質(zhì)采用煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的煤氣，煤氣和750°C、00°C的焙燒后的赤泥粉進(jìn)行流化換熱，焙燒后的赤泥粉溫度降低到180°C 230°C，將煤氣發(fā)生爐煤氣加熱到680°C 850°C。
全文摘要
本發(fā)明一種流化床還原磁化處理赤泥制備鐵精粉的方法。本發(fā)明采用高效循環(huán)流化床工藝對(duì)烘干并預(yù)熱后的赤泥粉進(jìn)行磁化還原焙燒，還原焙燒后的廢氣進(jìn)入燃燒室燃燒，一部分燃燒后的廢氣經(jīng)多級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器預(yù)熱赤泥粉，另一部分燃燒后的廢氣兌入煤氣發(fā)生爐煤氣，調(diào)整煤氣成分后進(jìn)入循環(huán)流化床，通入流化床的混合煤氣將赤泥中90%以上的Fe2O3還原至Fe3O4，離開(kāi)流化床后的還原磁化赤泥進(jìn)入冷卻機(jī)冷卻，冷卻介質(zhì)采用煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的煤氣，還原后的赤泥冷卻后將其進(jìn)行磁選分離，可獲得品位61%~65%的鐵精礦。本發(fā)明利用拜耳法赤泥制備鐵精粉，鐵元素的回收率大于90%，降低焙燒過(guò)程能耗，此外還保護(hù)環(huán)境。
文檔編號(hào)C22B1/02GK102628097SQ20121013316
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者佘雪峰, 張欣欣, 王洪, 王靜松, 薛慶國(guó), 韓毅華 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)