本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)涉及一種將金屬礦中高價(jià)態(tài)的金屬還原到低價(jià)態(tài)的方法。

背景技術(shù)：

自然界里大多數(shù)金屬都是以化合物態(tài)存在，而人們?yōu)榱双@得金屬含量較大的化合物或金屬單質(zhì)時(shí)，往往需要進(jìn)行還原富集的處理。不同的金屬有不同的富集方法，但是其原理都是將高價(jià)態(tài)的金屬還原成低價(jià)態(tài)，如由CuO還原得到Cu，MnO₂還原得到Mn，由Fe₂O₃還原得到Fe等等。

現(xiàn)有的這種金屬礦的還原處理方法，如將MnO₂還原得到Mn²⁺的技術(shù)，它是將煤和MnO₂的錳礦分別粉磨，再按比例混合后加到旋窯或立窯里經(jīng)900℃±50℃的溫度下焙燒而得。現(xiàn)有鐵礦的還原方法，也大多是將煤與鐵礦石按比例混合后進(jìn)“焙燒”。而在現(xiàn)有技術(shù)中，有一種技術(shù)是 “多級(jí)循環(huán)預(yù)熱流態(tài)化還原焙燒氧化鐵礦石反應(yīng)裝置”(專利號(hào)為ZL200720064996.8)及“一種還原赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦的焙繞裝置”（專利號(hào)為ZL200610032484.3)的發(fā)明，這兩種裝置對(duì)鐵礦石的還原基本相同，都是將高溫的一氧化碳從金屬礦的還原處理爐底通入與金屬礦在高溫氣流中閃速還原，使之還原后水淬成為Fe₃O₄。這種技術(shù)由于鐵礦石的還原是在閃速反應(yīng)器內(nèi)快速完成，因此，這個(gè)反應(yīng)溫度應(yīng)該很高；其次，在鐵礦石還原反應(yīng)前需要通過(guò)多級(jí)旋風(fēng)筒的熱氣流預(yù)熱，這種技術(shù)設(shè)備較復(fù)雜，多級(jí)旋風(fēng)筒的預(yù)熱，其保溫較為困難，熱量耗費(fèi)大；再次，由于鐵礦石在還原前需要在多級(jí)旋風(fēng)筒之間流動(dòng)預(yù)熱，因此需要將鐵礦石在預(yù)熱前先粉碎到較小粒度。這幾方面都會(huì)造成工藝能耗大，成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種金屬礦的還原處理方法及金屬礦的還原處理爐，采用這種方法和處理爐可以解決現(xiàn)有的金屬還原方法存在設(shè)備復(fù)雜，投資大，還原反應(yīng)溫度高，能耗高的問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的金屬礦的還原處理方法：金屬礦的還原反應(yīng)是在一個(gè)上設(shè)金屬礦進(jìn)口下設(shè)金屬礦出口的金屬礦的還原處理爐中進(jìn)行，在所述金屬礦進(jìn)口和所述金屬礦出口之間的所述金屬礦的還原處理爐設(shè)有還原氣出口，在所述金屬礦進(jìn)口和所述還原氣體出口之間的所述金屬礦的還原處理爐設(shè)有助燃?xì)獬隹?；還原氣體通過(guò)所述還原氣出口輸出，與堆積在所述金屬礦的還原處理爐位于所述還原氣出口至所述助燃?xì)獬隹谥g的還原區(qū)的金屬礦發(fā)生反應(yīng)；助燃?xì)馔ㄟ^(guò)助燃?xì)獬隹谳斎耄⒃谒鼋饘俚V的還原處理爐助燃，通過(guò)燃燒對(duì)堆積在所述金屬礦的還原處理爐所述助燃?xì)獬隹谝陨系念A(yù)熱區(qū)的金屬礦進(jìn)行預(yù)熱。

上述的金屬礦的還原處理方法中，所述金屬礦可以是用一氧化碳和氫氣可還原的金屬礦，特別是鐵礦、錳礦或銅礦中的任一種。

上述金屬礦的還原處理方法更好的方案是：所述金屬礦的粒徑在30毫米以下；所述還原氣出口至所述助燃?xì)獬隹谥g的反應(yīng)區(qū)溫度為120℃-780℃；經(jīng)過(guò)所述反應(yīng)區(qū)的金屬礦從所述金屬礦的還原處理爐的金屬礦出口排出，排出的金屬礦可以直接進(jìn)入冷卻液中冷卻，也可以在其它防止其再度氧化的環(huán)境下冷卻；經(jīng)過(guò)反應(yīng)區(qū)的金屬礦也可以通過(guò)設(shè)置在所述金屬礦的還原處理爐的冷卻區(qū)冷卻后再?gòu)脑摻饘俚V出口排出，這個(gè)冷卻區(qū)可設(shè)在所述還原氣出口至所述金屬礦的還原處理爐的金屬礦出口之間，更好的方案是，在所述冷卻區(qū)內(nèi)設(shè)有氣體冷卻器和水冷卻器，這樣可以讓所述助燃?xì)庀冉?jīng)過(guò)所述氣體冷卻器預(yù)熱后再輸送到所述助燃?xì)獬隹谥?；?dāng)所述還原氣選用水煤氣的方案時(shí)，所述水冷卻器是向所述水煤氣發(fā)生器生產(chǎn)蒸汽用的換熱器，而所述水煤氣發(fā)生器的水煤氣通過(guò)所述還原氣出口輸入所述金屬礦的還原處理爐的爐內(nèi)。

在上述的金屬礦的還原處理方法中，所述還原氣出口分布在所述金屬礦的還原處理爐的所述還原區(qū)與所述冷卻區(qū)的接合部；所述助燃?xì)獬隹诜植荚谒鼋饘俚V的還原處理爐的所述預(yù)熱區(qū)與所述還原區(qū)的接合部。

本發(fā)明所稱金屬礦的還原處理爐，是指正常工作后，待還原的金屬礦可以連續(xù)輸入爐內(nèi)，經(jīng)過(guò)還原反應(yīng)的金屬礦可以連續(xù)輸出爐外的氧化-還原反應(yīng)爐。

本金屬礦的還原處理方法所采用的金屬礦的還原處理爐可以是：上部設(shè)有金屬礦進(jìn)口、下部設(shè)有金屬礦出口，在所述金屬礦的還原處理爐的所述金屬礦進(jìn)口和所述金屬礦出口之間設(shè)有還原氣出口，在所述金屬礦的還原處理爐的所述金屬礦進(jìn)口和所述還原氣體出口之間設(shè)有助燃?xì)獬隹?；所述還原氣出口至所述金屬礦出口之間的冷卻區(qū)內(nèi)設(shè)有氣體冷卻器和水冷卻器；所述氣體冷卻器的出口連通到所述助燃?xì)獬隹?；所述水冷卻器的出口連通水煤氣發(fā)生器的生產(chǎn)蒸汽的通道。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

1. 由于還原氣體是加入金屬礦進(jìn)口在上，金屬礦出口在下的金屬礦的還原處理爐中，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，還原氣與金屬礦的運(yùn)動(dòng)方向相反，因此，可以讓金屬礦的還原進(jìn)程獲得理想的效果；

2. 與將煤與礦石混合，在900℃的溫度下進(jìn)行還原反應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)反應(yīng)溫度可以降低最低可達(dá)780℃以下，甚至可低達(dá)120℃，減少了對(duì)金屬礦加熱溫度較高的因素帶來(lái)的熱量損失；還可以避免在高溫焙燒產(chǎn)生的結(jié)焦，造成后續(xù)粉碎選礦的困難并影響選出率的問(wèn)題；由于設(shè)置有助燃?xì)獾募尤?，使?jīng)過(guò)還原區(qū)的剩余還原氣體完全燃燒用于預(yù)熱參加還原反應(yīng)前的金屬礦，從而可以防止還原氣體的排空、浪費(fèi)，而且可以通入高濃度的還原氣體，有利于加速金屬還原的進(jìn)程；

3. 與類似于“一種還原赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦的焙繞裝置”（專利號(hào)為ZL200610032484.3)的已有技術(shù)相比，本技術(shù)不需要將金屬礦在還原前的質(zhì)硬狀態(tài)粉碎，而且不必粉碎過(guò)于細(xì)小，可以節(jié)約工藝成本；其次，還原設(shè)備較為簡(jiǎn)單，設(shè)備數(shù)量少，設(shè)備投資??；此外，占用場(chǎng)地也較小，便于保溫絕熱，有利于減少能源消耗。據(jù)了解目前現(xiàn)有技術(shù)中還原處理鐵礦石的能耗不低于100千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，本發(fā)明處理同類鐵礦石能耗可低達(dá)50千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明方法實(shí)施例1至實(shí)施例9所采用的金屬礦的還原處理爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中助燃?xì)獠細(xì)夤芎瓦€原氣布?xì)夤艿闹饕晥D。

圖3是本發(fā)明中助燃?xì)獠細(xì)夤芎瓦€原氣布?xì)夤艿母┮晥D。

圖4是圖3中A處的局部放大視圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例10所采用的金屬礦的還原處理爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述：

實(shí)施例1——赤鐵礦的還原處理方法：

本實(shí)施例對(duì)金屬礦的還原所采用的設(shè)備如圖1所示，有一個(gè)金屬礦的還原處理爐，該金屬礦的還原處理爐上端有一個(gè)進(jìn)料斗1，在進(jìn)料斗1和金屬礦的還原處理爐的爐殼2之間為煙氣出口，進(jìn)料斗1的上端進(jìn)口為金屬礦的還原處理爐的待還原金屬礦的金屬礦進(jìn)口，金屬礦的還原處理爐下端通過(guò)集料斗部8連接有一個(gè)螺旋輸送機(jī)16，螺旋輸送機(jī)16的金屬礦出口為金屬礦的還原處理爐的金屬礦出口，經(jīng)過(guò)還原反應(yīng)后的金屬礦從這里輸出爐外。

金屬礦的還原處理爐設(shè)有助燃?xì)獠細(xì)夤?和還原氣布?xì)夤?，還原氣布?xì)夤?上的還原氣出口設(shè)在金屬礦的還原處理爐的金屬礦進(jìn)口和金屬礦出口之間；助燃?xì)獠細(xì)夤?上的助燃?xì)獬隹谠O(shè)在金屬礦的還原處理爐的金屬礦進(jìn)口和還原氣體出口之間。助燃?xì)獠細(xì)夤?和還原氣布?xì)夤?將金屬礦的還原處理爐的內(nèi)部分成預(yù)熱區(qū)T1、反應(yīng)區(qū)T2和冷卻區(qū)T3，預(yù)熱區(qū)T1是從進(jìn)料斗1的出口至助燃?xì)獠細(xì)夤?之間的區(qū)域，反應(yīng)區(qū)T2是從助燃?xì)獠細(xì)夤?至還原氣布?xì)夤?之間的區(qū)域，冷卻區(qū)T3是從還原氣布?xì)夤?至金屬礦的還原處理爐的集料斗部的下端之間的區(qū)域，即助燃?xì)獠細(xì)夤?裝在預(yù)熱區(qū)T1和反應(yīng)區(qū)T2的接合部，還原氣布?xì)夤?裝在反應(yīng)區(qū)T2和冷卻區(qū)T3的接合部。

在爐殼2內(nèi)，預(yù)熱區(qū)T1的上部裝有一個(gè)主要由高度位置可以調(diào)節(jié)的錐形筒體3構(gòu)成的布料器；在爐殼2內(nèi)，冷卻區(qū)T3的上部裝有氣體冷卻器8，氣體冷卻器8的進(jìn)口通過(guò)管道9連接一個(gè)在進(jìn)口設(shè)有調(diào)節(jié)風(fēng)門的鼓風(fēng)機(jī)10的出風(fēng)口，氣體冷卻器8的出口通過(guò)管道6接助燃?xì)獠細(xì)夤?的入口，即助燃?xì)馊肟冢辉跔t殼2內(nèi)，冷卻區(qū)T3的下部裝有水冷卻器13，水冷卻器13的進(jìn)口連接有帶閥門的自來(lái)水管15，水冷卻器13的出口通過(guò)管道12連接一個(gè)水煤氣發(fā)生爐14的蒸汽入口；

水煤氣發(fā)生爐14的水煤氣出口通過(guò)管道11接金屬礦的還原處理爐的還原氣入口，即還原氣布?xì)夤?的入口。

為本實(shí)施例中助燃?xì)獠細(xì)夤?和還原氣布?xì)夤?的結(jié)構(gòu)相同，它們的結(jié)構(gòu)如圖2至圖4所示，有一根主管21，在主管21兩個(gè)相對(duì)側(cè)面分別橫向設(shè)置有十四根支管22，每根支管22的一側(cè)，即在圖1中朝向下方的一側(cè)，分別設(shè)有多個(gè)出氣管23。主管21的一端敞開(kāi)作為助燃?xì)馊肟冢硪欢朔忾]；每一根支管22的一端與主管連通，另一端封閉；每根出氣管23的一端與其相連接的支管連通，另一端敞開(kāi)作為助燃?xì)獬隹凇?/p>

本實(shí)施例的褐鐵礦的還原處理方法是這樣的：

褐鐵礦在進(jìn)入金屬礦的還原處理爐的料斗1前，先將塊狀的褐鐵礦粉碎過(guò)篩，得到粒徑小于30毫米的待還原處理的金屬礦4，然后再將待還原處理的金屬礦4并通過(guò)提升機(jī)輸送到圖1中的料斗1中。

鼓風(fēng)機(jī)10鼓出的空氣作為本金屬礦的還原處理方法中采用的助燃?xì)?，該助燃?xì)馔ㄟ^(guò)管道9進(jìn)入并通過(guò)金屬礦的還原處理爐以螺旋管為主構(gòu)成的氣體冷卻器8，使通過(guò)氣體冷卻器8內(nèi)的助燃?xì)猥@得加熱，同時(shí)使氣體冷卻器8外部的金屬礦4獲得冷卻。經(jīng)過(guò)加熱后的助燃?xì)庠偻ㄟ^(guò)管道6和助燃?xì)獠細(xì)夤?，從助燃?xì)獠細(xì)夤?的助燃?xì)獬隹谂懦?，排出的助燃?xì)馀c來(lái)自反應(yīng)區(qū)T2上端后未完成反應(yīng)的還原氣體混合進(jìn)行燃燒，所產(chǎn)生的熱量用于對(duì)預(yù)熱區(qū)T1內(nèi)的金屬礦4預(yù)熱。調(diào)節(jié)預(yù)熱區(qū)T1內(nèi)的錐形筒體3的高度，可以調(diào)節(jié)預(yù)熱區(qū)T1內(nèi)金屬礦4的堆積高度，從而使金屬礦4獲得理想的預(yù)熱效果而且可以防止熱能的浪費(fèi)。

水煤氣發(fā)生爐14通過(guò)從控制輸入煤的數(shù)量和通過(guò)控制輸入蒸汽的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)其獲得水煤氣中一氧化碳和氫的濃度和輸出數(shù)量的大小。水煤氣發(fā)生爐14產(chǎn)生的水煤氣作為本金屬礦的還原處理方法中采用的還原氣，該還原氣通過(guò)管道11和還原氣布?xì)夤?輸入金屬礦的還原處理爐，并與金屬礦的還原處理爐反應(yīng)區(qū)T2中的金屬礦4發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，使金屬礦4獲得還原。本實(shí)施例和包括下面介紹的本發(fā)明實(shí)施例在內(nèi)，本發(fā)明人所進(jìn)行過(guò)的許多、各次實(shí)踐結(jié)果表明：還原氣中的一氧化碳和氫氣的濃度越高，金屬礦4獲得的還原效果越好。

自來(lái)水通過(guò)帶閥門的自來(lái)水管15輸入金屬礦的還原處理爐以螺旋管為主構(gòu)成的水冷卻器13內(nèi)，流經(jīng)水冷卻器13的水受熱轉(zhuǎn)變成為蒸汽，并通過(guò)管道12輸入水煤氣發(fā)生爐14內(nèi)用于生產(chǎn)水煤氣，流經(jīng)水冷卻器13的水同時(shí)使水冷卻器13外部的金屬礦4獲得進(jìn)一步冷卻，調(diào)節(jié)自來(lái)水閥門的大小，可以控制蒸汽的產(chǎn)量和金屬礦4的冷卻程度。這些經(jīng)過(guò)再次冷卻的金屬礦4冷卻到不至于與空氣發(fā)生再氧化的程度后，便可以通過(guò)螺旋輸送機(jī)16排出金屬礦的還原處理爐外。通過(guò)控制螺旋輸送機(jī)16排出金屬礦4的速度可以調(diào)節(jié)反應(yīng)區(qū)T1中的反應(yīng)溫度，水煤氣發(fā)生爐14通過(guò)從控制輸入煤的數(shù)量和通過(guò)控制輸入蒸汽的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)其獲得水煤氣中一氧化碳和氫氣的濃度和輸出數(shù)量的大小。水煤氣發(fā)生爐14產(chǎn)生的水煤氣作為本金屬礦的還原處理方法中采用的還原氣，該還原氣通過(guò)管道11和還原氣布?xì)夤?輸入金屬礦的還原處理爐，并與金屬礦的還原處理爐反應(yīng)區(qū)T2中的金屬礦4發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，使金屬礦4獲得還原。本實(shí)施例和包括下面介紹的本發(fā)明實(shí)施例在內(nèi)，本發(fā)明人所進(jìn)行過(guò)的許多、各次實(shí)踐結(jié)果表明：還原氣中的一氧化碳和氫氣的濃度越高，金屬礦4獲得的還原效果越好。

實(shí)施例2—實(shí)施例9是采用不同反應(yīng)溫度對(duì)不同金屬礦的還原處理方法：

這些實(shí)施例中除金屬礦的類型和反應(yīng)溫度與實(shí)施例1不同外，其它部分與實(shí)施例1相同。

各實(shí)施例的處理效果如下表：

實(shí)施例10——褐鐵礦的還原處理方法：

本實(shí)施例對(duì)金屬礦的還原所采用的設(shè)備如圖5所示，有一個(gè)金屬礦的還原處理爐，該金屬礦的還原處理爐上端有一個(gè)進(jìn)料斗1，在進(jìn)料斗1和金屬礦的還原處理爐的爐殼2之間為煙氣出口，進(jìn)料斗1的上端進(jìn)口為金屬礦的還原處理爐的待還原金屬礦的金屬礦進(jìn)口，金屬礦的還原處理爐下端通過(guò)集料斗部8連接有一個(gè)螺旋輸送機(jī)16，螺旋輸送機(jī)16的金屬礦出口為金屬礦的還原處理爐的金屬礦出口，經(jīng)過(guò)還原反應(yīng)后的金屬礦從這里輸出爐外。

金屬礦的還原處理爐設(shè)有助燃?xì)獠細(xì)夤?和還原氣布?xì)夤?，本實(shí)施例中助燃?xì)獠細(xì)夤?和還原氣布?xì)夤?的結(jié)構(gòu)相同，它們的結(jié)構(gòu)如圖2至圖4所示，有一根主管21，在主管21兩個(gè)相對(duì)側(cè)面分別橫向設(shè)置有十四根支管22，每根支管22的一側(cè)，即在圖1中朝向下方的一側(cè)，分別設(shè)有多個(gè)出氣管23。主管21的一端敞開(kāi)作為助燃?xì)馊肟?，另一端封閉；每一根支管22的一端與主管連通，另一端封閉；每根出氣管23的一端與其相連接的支管連通，另一端敞開(kāi)作為助燃?xì)獬隹凇＿€原氣布?xì)夤?上的還原氣出口設(shè)在金屬礦的還原處理爐的金屬礦進(jìn)口和金屬礦出口之間；助燃?xì)獠細(xì)夤?上的助燃?xì)獬隹谠O(shè)在金屬礦的還原處理爐的金屬礦進(jìn)口和還原氣體出口之間。助燃?xì)獠細(xì)夤?和還原氣布?xì)夤?將金屬礦的還原處理爐的內(nèi)部分成預(yù)熱區(qū)T1和反應(yīng)區(qū)T2兩個(gè)部分，預(yù)熱區(qū)T1是從進(jìn)料斗1的出口至助燃?xì)獠細(xì)夤?之間的區(qū)域，反應(yīng)區(qū)T2是從助燃?xì)獠細(xì)夤?至還原氣布?xì)夤?之間的區(qū)域，助燃?xì)獠細(xì)夤?裝在預(yù)熱區(qū)T1和反應(yīng)區(qū)T2的接合部，還原氣布?xì)夤?裝在反應(yīng)區(qū)T2的底部。在爐殼2內(nèi)，預(yù)熱區(qū)T1的上部裝有一個(gè)主要由高度位置可以調(diào)節(jié)的錐形筒體3構(gòu)成的布料器。

本實(shí)施例的褐鐵礦的還原處理方法是這樣的：

褐鐵礦在進(jìn)入金屬礦的還原處理爐的料斗1前，先將塊狀的褐鐵礦粉碎過(guò)篩，得到粒徑小于30毫米的待還原處理的金屬礦4，然后再將待還原處理的金屬礦4并通過(guò)提升機(jī)輸送到圖1中的料斗1中。

本例以空氣作為本金屬礦的還原處理方法中采用的助燃?xì)猓撝細(xì)馔ㄟ^(guò)助燃?xì)獠細(xì)夤?進(jìn)入并通過(guò)金屬礦的還原處理爐，從助燃?xì)獠細(xì)夤?的助燃?xì)獬隹谂懦觯懦龅闹細(xì)馀c來(lái)自反應(yīng)區(qū)T2上端后未完成反應(yīng)的還原氣體混合進(jìn)行燃燒，所產(chǎn)生的熱量用于對(duì)預(yù)熱區(qū)T1內(nèi)的金屬礦4預(yù)熱。調(diào)節(jié)預(yù)熱區(qū)T1內(nèi)的錐形筒體3的高度，可以調(diào)節(jié)預(yù)熱區(qū)T1內(nèi)金屬礦4的堆積高度，從而使金屬礦4獲得理想的預(yù)熱效果而且可以防止熱能的浪費(fèi)。

本例以水煤氣作為本金屬礦的還原處理方法中采用的還原氣，從還原氣布?xì)夤?輸入金屬礦的還原處理爐，并與金屬礦的還原處理爐反應(yīng)區(qū)T2中的金屬礦4發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，使合金屬礦4獲得還原。

獲得還原后的金屬礦4通過(guò)螺旋輸送機(jī)16排出金屬礦的還原處理爐外。排出金屬礦的還原處理爐外的熱的金屬礦4直接淬入水中冷卻，經(jīng)過(guò)本實(shí)施例還原處理后的褐鐵礦不易再與空氣中的氧再氧化，由原來(lái)比磁化系數(shù)很小的褐色固體變成比磁化系數(shù)極大的黑色疏松的固體，有利于后續(xù)的粉碎和磁選。

此外，作為本實(shí)施例的變種，獲得還原的金屬礦4也可以先淬入水中冷卻再排出爐外，或是通過(guò)后續(xù)工序在隔離氧氣的條件下經(jīng)過(guò)換熱冷卻后再置于自然環(huán)境中。