大冶鐵礦難選氧化鐵礦多級循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒工藝及機(jī)理研究.pdf

1、目前，我國鋼鐵工業(yè)所需的鐵礦石自給率僅46％左右，國內(nèi)鐵礦石資源嚴(yán)重短缺，必須擴(kuò)大開發(fā)利用新的鐵礦資源。針對儲量約100億噸目前尚不能有效利用的菱鐵礦、褐鐵礦、鮞狀赤鐵礦等復(fù)雜難選鐵礦石，磁化焙燒-磁選法是最有效的方法，但常規(guī)工藝存在流程復(fù)雜、成本高等許多致命缺陷。本文利用氣固流態(tài)化高效傳熱傳質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)出氧化鐵礦石快速轉(zhuǎn)化成易于回收的磁性鐵礦石的循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒新工藝，低成本地解決傳統(tǒng)焙燒和強(qiáng)磁技術(shù)無法處理的難選氧化礦回收難題。

2、 論文創(chuàng)造性研究開發(fā)了流態(tài)化磁化焙燒反應(yīng)實驗室基礎(chǔ)實驗裝置，完成了適合大冶鐵礦尾礦的布風(fēng)板的設(shè)計與選擇，通過理論計算和試驗研究，確定最佳的開孔率。在高溫條件下，通入含CO還原氣體，使物料處于懸浮狀態(tài)，進(jìn)行了不同磁化焙燒溫度及時間試驗，查明在650℃～760℃，焙燒時間10～60秒內(nèi)，可以使菱鐵礦(FeCO3)、赤鐵礦(Fe2O3)快速轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦(Fe3O4)。該裝置具有對溫度、O2、CO、還原氣體流量、反應(yīng)時間等的快速檢測及調(diào)控

3、及快速卸料功能。大冶鐵礦尾礦中以赤褐鐵礦、菱鐵礦為主的氧化鐵礦石經(jīng)焙燒后，經(jīng)弱磁選，得到了鐵精礦品位為60～61％，鐵回收率為85～90％，尾礦鐵品位為10～12％的良好指標(biāo)證實了弱磁性氧化鐵礦在數(shù)十秒鐘實現(xiàn)磁化焙燒的科學(xué)設(shè)想，為研制工業(yè)型循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒裝置奠定了技術(shù)及理論基礎(chǔ)。大冶鐵礦尾礦難選紅鐵礦磁化焙燒熱力學(xué)分析表明，因為該類礦石菱鐵礦含量高，分解后產(chǎn)生CO和CO2對磁化焙燒反應(yīng)影響較大，在CO含量大于1％的情況下，磁化焙燒即

4、能完成。通過熱力學(xué)計算，首次揭示了菱鐵礦還原焙燒的分步相變轉(zhuǎn)化反應(yīng)式和基本規(guī)律。 為進(jìn)一步促進(jìn)循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒工藝的工業(yè)化，首次完成了多級循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒設(shè)備、爐型結(jié)構(gòu)及工藝流程優(yōu)化，研究了多級循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒工藝的基本特點(diǎn)，經(jīng)過計算，在該系統(tǒng)中，氣固接觸面積是回轉(zhuǎn)窯堆積狀態(tài)下1萬倍以上，對于細(xì)粒鐵礦石(-0.2mm)，與氣體間的換熱系數(shù)大，高達(dá)1000kW/(m2·k)以上，為回轉(zhuǎn)窯內(nèi)氣固換熱系數(shù)的600倍以上，整個系統(tǒng)

5、傳熱效率大大增加。 對各級旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計、風(fēng)速計算和換熱管道風(fēng)速計算表明，大冶鐵礦尾礦難選紅鐵礦礦粉顆粒(平均粒徑0.0693mm)，能在旋風(fēng)筒內(nèi)較好地實現(xiàn)氣固分離，固氣比為0.964Kg/Nm3(反應(yīng)爐工況固氣比為0.237 Kg/m3)，整個系統(tǒng)氣固分離效率在95％以上；礦粉顆粒不會在系統(tǒng)中短路，能達(dá)到多級循環(huán)多級預(yù)熱的效果；熱平衡計算表明，采用多級循環(huán)流態(tài)化磁化焙燒工藝處理氧化鐵礦，熱耗為1196KJ/kg礦，僅為煤基回轉(zhuǎn)

6、窯的70％、沸騰爐的80％，豎爐的75％，水泥燒成常規(guī)工藝的21％左右，加工成本大大降低；對顆粒在系統(tǒng)各級旋風(fēng)筒內(nèi)的懸浮速度與沉降速度的計算驗證了實際設(shè)計速度與理論計算顆粒的速度的一致，能夠確保礦粉顆粒在系統(tǒng)中的氣固分離和充分循環(huán)預(yù)熱的實現(xiàn)；對系統(tǒng)壓力損失的理論計算和實測表明，氣流在流動過程的壓頭損失△pm為系統(tǒng)的主要壓力損失(80％以上)，系統(tǒng)總的壓力損失為3000Pa左右，與常規(guī)四級旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)壓力損失相當(dāng)。 多級循環(huán)流態(tài)

7、化磁化焙燒系統(tǒng)采用噴騰式反應(yīng)爐與旋風(fēng)筒相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，促使物料總的運(yùn)動趨向順著氣流旋回前進(jìn)有序地出爐?？朔肆骰参锪线\(yùn)動紊亂，容易出現(xiàn)過還原或還原不足的弱點(diǎn)。對大冶鐵礦強(qiáng)磁鐵中礦進(jìn)行磁化焙燒，半工業(yè)試驗表明，在流態(tài)化反應(yīng)爐溫度900～950℃，流態(tài)化反應(yīng)爐入口氣體CO濃度1.5％～2.5％，多級循環(huán)流態(tài)化磁化反應(yīng)爐系統(tǒng)中固氣比0.8～1.0Kg/Nm3條件下，弱磁選鐵精礦品位達(dá)到60％～61％，回收率達(dá)到92％～93％；焙燒礦中鐵礦