磁化焙燒技術(shù)發(fā)展概況

磁化焙燒技術(shù)發(fā)展概況2023/9/2第1頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）豎爐焙燒

在豎爐焙燒方面我國、前蘇聯(lián)、聯(lián)邦德國等都有工業(yè)化生產(chǎn)，而且生產(chǎn)歷史較長。豎爐所處理的鐵礦石粒度較大，在15～75mm之間，豎爐磁化焙燒鐵礦石在我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。建國初期我國在鞍山建成了第一座赤鐵礦豎爐焙燒磁選廠，采用多臺50立方的豎爐焙燒鞍山地區(qū)赤鐵—石英巖礦石，以煤氣為燃料，生產(chǎn)正常時(shí)，每臺爐子的生產(chǎn)率為250—300噸礦石/天，可以獲得含鐵60-61%回收率為85%的磁選精礦。在20世紀(jì)60-70年代后對鞍山式豎爐進(jìn)行多次技術(shù)改造，如將原來的50m3豎爐改造成橫穿梁式豎爐，在不擴(kuò)大外形尺寸的條件下，改變爐內(nèi)結(jié)構(gòu)，使?fàn)t容擴(kuò)大到70m3，臺時(shí)能力提高74%，熱耗降低18%。鞍山鋼鐵公司燒結(jié)總廠曾用豎爐還原焙燒（2001年停止生產(chǎn)），對鞍山貧鐵礦進(jìn)行磁化焙燒，生產(chǎn)數(shù)十年來，逐步完善和發(fā)展，曾經(jīng)2第2頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月對鞍鋼生產(chǎn)發(fā)展起了很大作用。酒泉鋼鐵公司選礦廠至今塊礦仍采用豎爐磁化焙燒（高爐煤氣＋焦?fàn)t煤氣）磁選生產(chǎn)工藝，鐵精礦品位TFe57%，回收率82%，效果較好；其粉礦采用強(qiáng)磁選生產(chǎn)工藝，鐵精礦品位TFe51%，回收率68.5%，效果較差。我國曾有130多臺豎爐進(jìn)行生產(chǎn)，每年約處理1300萬t鐵礦石。由于豎爐需采用粒徑較大的塊礦，所以還原過程緩慢，還原時(shí)間長(如酒鋼選礦廠對鏡鐵山鐵礦用100m3鞍山式豎爐焙燒50-15mm的快礦，用焦?fàn)t和高爐混合煤氣作燃料和還原劑，焙燒時(shí)間需要8-10小時(shí))，且存在內(nèi)外還原不均勻問題，導(dǎo)致豎爐焙燒能耗大，生產(chǎn)成本高。因此，隨著鞍山式紅鐵礦選礦技術(shù)的進(jìn)步，在鞍山地區(qū)徹底淘汰了磁化還原技術(shù)。第3頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）沸騰爐焙燒沸騰爐焙燒也叫流態(tài)化焙燒，以流態(tài)化技術(shù)為基礎(chǔ)，為了很好的利用流化床內(nèi)高速度的氣流，充分利用熱氣流的物理熱和化學(xué)能，采用多層流化床串連，形成多極循環(huán)流態(tài)化還原，即多極循環(huán)。沸騰爐要求入爐礦石粒度為3-0mm，礦粒入爐后在氣流作用下達(dá)到自然分級，細(xì)粒礦粒進(jìn)入副爐還原，粗顆粒在稀相狀態(tài)下預(yù)熱，而后在濃相狀態(tài)下達(dá)到還原。流化床內(nèi)氣固接觸狀態(tài)遠(yuǎn)好于回轉(zhuǎn)窯，是理想的磁化焙燒反應(yīng)器，受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。英國專利GB1008938提出通過過程設(shè)計(jì)降低磁化焙燒過程能耗，其設(shè)計(jì)了4個(gè)流化床反應(yīng)器，鐵礦石在第一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)脫水、在第二個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成焙燒、第三個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行還原、第四個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行熱量回收，還原介質(zhì)采用汽油。我國流化床磁化焙燒研發(fā)工作始于1958年，其后由中科院過程工程研究所(原中科院化工冶金研究所)與馬鞍山礦山研究院共同建造了我國第一座100t/d沸騰爐磁化焙燒中試系統(tǒng)，采4第4頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月用煤氣還原，先后對鞍山赤鐵礦、南京鳳凰山赤鐵礦、酒泉菱鐵礦、鏡鐵礦、河北宣化鮞狀赤鐵礦、包頭白云鄂博含稀土氧化鐵礦等進(jìn)行磁化焙燒-磁選，得到含F(xiàn)e60%~65%的鐵精礦，鐵回收率在90%~94%。70年代末，馬鞍山礦山研究院利用流態(tài)化原理設(shè)計(jì)的沸騰焙燒爐，與廣西八一錳礦進(jìn)行了高鐵錳礦石焙燒工業(yè)試驗(yàn)，焙燒過程中將粉煤直接噴入沸騰爐內(nèi)作為還原劑，焙燒礦經(jīng)磁選分別得到合格的鐵精礦和錳精礦，同時(shí)利用該項(xiàng)技術(shù)對上海川沙硫酸渣進(jìn)行了磁化焙燒工業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)均獲得成功。由于焙燒熱能耗較高、鐵精礦價(jià)格偏低，上述工業(yè)試驗(yàn)結(jié)束后未能長期進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。沸騰爐焙燒也存在還原速度慢，還原不均勻的問題，并且入爐礦粒度較細(xì)，破碎磨礦費(fèi)用較高，造成生產(chǎn)成本過高。5第5頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月武漢理工大學(xué)提出了一種難選氧化鐵礦石的旋流懸浮閃速磁化焙燒-磁選工藝，是將磨細(xì)了的鐵礦石在微負(fù)壓條件下、弱還原性氣氛(CO含量<15%)、600～850

C的流態(tài)化狀態(tài)下快速還原，整個(gè)反應(yīng)時(shí)間小于100s即可完成，說明鐵礦石的還原動力學(xué)非?？?。同時(shí)還對馬弗爐、回轉(zhuǎn)窯、沸騰爐磁化焙燒進(jìn)行了比較研究，發(fā)現(xiàn)用粉煤作還原介質(zhì)，在880～900C下還原20min、1200奧斯特磁場下磁選，可將鐵的品位從33.9%提高到63%。而類似的鐵礦(如品位30.1%的鐵礦)經(jīng)馬弗爐或回轉(zhuǎn)窯在700～850C用煤還原處理、1200奧斯特磁場下磁選，只能將鐵的品位提高至60%。6第6頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）回轉(zhuǎn)窯磁化焙燒回轉(zhuǎn)窯磁化焙燒相關(guān)研究較多，一般處理粒度為25mm以下的礦石。對于各種類型的鐵礦石和錳礦石都能較好的進(jìn)行磁化焙燒，其磁化焙燒礦質(zhì)量及分選技術(shù)指標(biāo)較豎爐好。在國外用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行難選礦石的磁化焙燒應(yīng)用較多，它能夠處理較為廣泛的各種類型礦石，德國瓦田斯節(jié)特選礦廠有四臺φ3.5×30m的回轉(zhuǎn)窯，每臺爐子的生產(chǎn)率為800噸/天，以高爐煤氣（熱值1000Kcar/m3）為燃料，每噸原料耗氣360m3，含鐵27%的原料經(jīng)磁化焙燒，粗精礦鐵品位達(dá)40.4%。捷克在魯?shù)聯(lián)P等地采用了五臺φ2.4×47.5m的回轉(zhuǎn)窯，使用高爐、焦?fàn)t和天然氣混合氣體為燃料，焙燒礦磁選后鐵精礦品位達(dá)49～52%、回收率86～90%。前蘇聯(lián)利薩科夫鮞狀褐鐵礦采用回轉(zhuǎn)窯焙燒，天然氣為燃料進(jìn)行的工業(yè)試驗(yàn)，原礦品位39%，磁選精礦鐵品位60%，回收率為94%。7第7頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月從60年代起，我國科研工作者就對嵌布粒度較細(xì)的貧、赤褐鐵礦的采用回轉(zhuǎn)窯磁化焙燒進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究工作。部分研究已達(dá)到了半工業(yè)和工業(yè)試驗(yàn)規(guī)模、現(xiàn)將具有代表性的試驗(yàn)研究工作分述如下：廣西屯秋鐵礦鮞狀結(jié)構(gòu)的赤鐵礦，采用磁化焙燒—磁選工藝，從實(shí)驗(yàn)室研究到半工業(yè)試驗(yàn)，最終過渡到工業(yè)試驗(yàn)都取得了良好的指標(biāo)。王雪松等人研究了回轉(zhuǎn)窯中用煤還原硫鐵礦燒渣的行為，發(fā)現(xiàn)700

C下、煤粉配比4%、填充率為11%時(shí)，焙燒時(shí)間12min即可基本完成Fe3O4還原反應(yīng)。同樣如果固定焙燒時(shí)間為12min，500C以下還原反應(yīng)進(jìn)行的較慢，在700C及以上時(shí)，可實(shí)現(xiàn)完全還原。我國研究院、所采用回轉(zhuǎn)窯對大西溝菱鐵礦進(jìn)行了磁化焙燒半工業(yè)試驗(yàn)。對大西溝菱鐵礦的研究表明，在700C下焙燒70min可達(dá)滿意效果，磁選后鐵精礦品位達(dá)到59%，鐵回收率達(dá)到72%以上。但工業(yè)窯爐的作業(yè)率因結(jié)圈而仍然較低。酒鋼選礦廠曾用2.4m

50m8第8頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月的回轉(zhuǎn)窯處理15-0mm的粉礦，用褐煤作燃料和還原劑，焙燒時(shí)間需要2-4小時(shí)。英國專利GB960725發(fā)現(xiàn)當(dāng)還原氣氛中含有一定量的水蒸氣時(shí)，可防止Fe2O3被過度還原。英國專利GB965049提出，通過氣相還原鐵礦石只在有氣源時(shí)才會較為經(jīng)濟(jì)，但當(dāng)沒有合適的氣源而需要造氣設(shè)施時(shí)，會因造氣設(shè)施投資及運(yùn)行成本增加，使磁化焙燒經(jīng)濟(jì)性打折扣。該專利提出通過重油還原鐵礦石，并且發(fā)現(xiàn)對鐵含量為30%-55%的鐵礦石，只需加入重油1.5%-3.0%即可。另外，用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行球團(tuán)礦直接還原鐵生產(chǎn)在國內(nèi)具有較快的發(fā)展速度，并取得顯著的成績。盡管回轉(zhuǎn)窯磁化焙燒礦的質(zhì)量及分選指標(biāo)較豎爐好，但回轉(zhuǎn)窯焙燒因粉礦粒徑大、氣固接觸差等原因，導(dǎo)致粉礦磁化過程緩慢，礦石還原不均勻，焙燒成本高等問題。另外，還原性回轉(zhuǎn)窯焙燒出現(xiàn)的結(jié)圈問題是目前生產(chǎn)上非常棘手的問題，回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈部位一般位于距窯口一定距離的固體燃料集中燃燒點(diǎn)附近的耐火窯襯上，生產(chǎn)上一9第9頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月旦出現(xiàn)結(jié)圈，必然阻礙回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱氣流，影響焙燒礦的質(zhì)量，增加設(shè)備負(fù)荷，增加勞動強(qiáng)度，浪費(fèi)能源。還原性回轉(zhuǎn)窯可能導(dǎo)致結(jié)圈的因素很多，主要有以下幾個(gè)方面：1）用煤量增大，回轉(zhuǎn)窯磁化焙燒過程中，一方面主要通過還原煤的氣化產(chǎn)生一氧化碳，利用一氧化碳奪取鐵氧化物中的氧，達(dá)到將高價(jià)鐵氧化物還原成低價(jià)鐵氧化物，增強(qiáng)鐵礦物磁性。另一方面煤起到加熱窯料，使其達(dá)到需要的溫度的作用。還原煤燃燒產(chǎn)生的灰分主要是二氧化硅、三氧化鋁等，易與FeO形成低熔點(diǎn)化合物，一旦溫度適合就會形成液相黏附于窯內(nèi)耐火磚上，這是結(jié)圈形成的基本因素。用煤量大，使還原窯結(jié)圈的可能性增加，如在給煤量較大時(shí)，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料在預(yù)熱帶會出現(xiàn)局部高還原溫度，此溫度可能使還原形成的Fe3O4與SiO2作用生成2FeO·SiO2,形成渣相粘結(jié)相，從而引起結(jié)圈。

2023/9/2第10頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月2）還原煤種類。根據(jù)還原性回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈形成的基本因素，回轉(zhuǎn)窯還原對還原煤的質(zhì)量也有了一定的要求，要求反應(yīng)性高，熱值高，而這種煤揮發(fā)分也高，當(dāng)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料達(dá)到一定溫度時(shí)，揮發(fā)分大量溢出并燃燒，使窯內(nèi)出現(xiàn)局部高溫，在這一部位出現(xiàn)低熔點(diǎn)物質(zhì)，產(chǎn)生液相，使結(jié)圈的可能性更大。3）一旦在還原時(shí)窯內(nèi)出現(xiàn)局部高溫，窯內(nèi)局部鐵礦石在此高溫還原過程中發(fā)生Fe3O4向FeO轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生晶格脆化，引起礦石粉化，加之鐵礦石在破碎過程產(chǎn)生細(xì)粒粉礦，這些在還原過程中是主要引起結(jié)圈長大的重要因素，另外高溫還原過程產(chǎn)生FeO或礦石自身含有的FeO，在還原時(shí)會跟SiO2、Al2O3、CaO等成分結(jié)合，形成較低熔點(diǎn)的物質(zhì)如FeO-SiO2-CaO熔點(diǎn)為1080℃，F(xiàn)eO-SiO2-CaO-Al2O3熔點(diǎn)為1030℃。并且在大于1200℃高溫條件下，F(xiàn)e3O4就與礦石中SiO2反應(yīng)產(chǎn)生液相，極易黏附其它物質(zhì)粘結(jié)在窯體耐火磚上而產(chǎn)生結(jié)2023/9/2第11頁，課件共13頁，創(chuàng)作于2023年2月圈。雖然目前磁化焙燒是在800-900℃溫度條件下進(jìn)行，但是不可忽視在加煤量過大，噴煤不均勻時(shí)產(chǎn)生的窯內(nèi)局部高溫，而引起結(jié)圈的發(fā)生。以上分析可知，還原性回轉(zhuǎn)窯高溫還原生產(chǎn)結(jié)圈的可能性相對而言是比較大的。回轉(zhuǎn)窯磁化焙燒在生產(chǎn)上常用噴煤加熱，煤即作為