一种复合添加剂改性铁矿粉防止流态化还原过程粘结失流的方法

摘要

利用复合添加剂改性铁矿粉防止流态化还原过程粘结失流的方法，是在流态化还原工序前对铁矿粉进行改性，首先配制0.5％～60%的添加剂溶液，然后将铁矿粉浸渍在添加剂溶液中，利用铁矿粉自身的吸附性能将添加剂吸附到铁矿粉的表面或孔道，将改性后铁矿粉进行流态化预热处理。本发明可有效抑制流态化还原过程中粘结失流的发生，使还原度和金属化率分别提高45%～55%和30％～40％。同时添加剂可通过磁选分离实现循环利用，以保证产品质量。本发明的优点在于，矿种适用范围广，可针对铁矿粉的种类特点调整复合添加剂的组成以达到最佳的防粘效果，同时不改变流态化还原过程的工艺流程，操作简单，经济实用。

权利要求

1.一种利用复合添加剂改性铁矿粉防止流态化还原过程粘结失流的方法，其特征在于实现步骤如下：（1）将添加剂为Ca(NO3)2、Al(NO3)3、Mg(NO3)2中的任何两种或三种的复合组合加入到水中配制成添加剂组分总浓度为0.5％～60%的添加剂溶液；所述的添加剂为二种组分复合时，各组分质量百分数为10%～70%；对于添加剂为三种组分复合时，各组分质量分数为

10%～70%;

（2）以10r/min～60r/min的速度进行搅拌，搅拌添加剂溶液过程中同时加入小于70目的铁矿粉，铁矿粉与添加剂溶液的质量比为0.1:10～10:1；

（3）铁矿粉在添加剂溶液中的浸渍时间为20min～60min，利用铁矿粉的吸附性能使添加剂负载到颗粒表面或孔道中，然后将铁矿粉从添加剂溶液中直接或过滤后在25℃～

300℃下烘干；

（4）将干燥后的铁矿粉进行两段式流态化还原：第一段为焙烧及预还原，将干燥后的铁矿粉置于流化床中在300℃～900℃下进行流态化焙烧及预还原；第二段为终还原，终还原产品为海绵铁；

（5）最后，终还原的产品通过磁选分离60%～80%高金属化率的海绵铁和含添加剂的渣相。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（5）后将渣相重新制成添加剂溶液，实现回收循环利用。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的添加剂组分的总浓度为2％～40%。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中以20r/min～40r/min的速度进行搅拌。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）中铁矿粉从添加剂溶液中直接或过滤后在60℃～120℃下烘干。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤（4）中将干燥后的铁矿粉置于流化床中在600℃～800℃下进行流态化焙烧及预还原，预还原气体为终还原的尾气。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤（4）中终还原气体为H2=10%～30%，CO=70%～90%，气流线速度为0.3m/s～0.7m/s，温度为700℃～1000℃。

说明书

一种复合添加剂改性铁矿粉防止流态化还原过程粘结失流

的方法

技术领域

[0001] 本发明属于炼铁生产技术领域，具体涉及一种复合添加剂改性铁矿粉防止流态化还原过程粘结失流与提高金属化率的方法。

背景技术

[0002] 目前，我国铁矿资源对外依从度在60%左右，铁矿资源供应成为瓶颈问题。随着世界上高品位铁矿资源日趋枯竭，天然富矿、块矿越来越少，因此，我国要解决铁矿资源短缺问题，必须立足于低品位、复合共生矿资源的利用。特别是我国铁矿资源品位低，要达到炼铁品位要求，需经过细磨、选矿富集生产微细铁精粉，而且随着铁矿资源的减少和要获得高的选出率和铁品位，铁精粉的粒度将越来越小。传统上粉矿或铁精粉经烧结造块，提高物性后再进入高炉炼铁，烧结造块不但耗能高、污染重，而且较大的粉矿比表面积因烧结造块而显著减小，从还原反应动力学上讲是不合理的。流化床气体炼铁强化了气－固的接触，可有效利用粉矿比表面积大的特点，从而缩短还原时间，是解决粉料利用的有效技术。

[0003] 但是从生产角度看，流态化还原技术实际应用的主要困难是铁矿粉在高温流化还原过程中，粒子粘结成团或与器壁粘附，影响流化的正常进行。为维持运行，不得不采用低温（600°C～700°C，一般不高于850°C）、高气速、低还原率条件操作，不仅还原速度和生产效率不大、气体利用率低，而且极易促成CO的析碳反应，其结果是导致工艺的整体能耗增加。虽然在570°C以下还原可以避免粘结，但在此温度下，H2可以还原Fe2O3为Fe，CO还原则很困难。对于流态化直接还原铁而言，由于要求铁矿粉还原度较高，因此粘结失流问题更加突出。解决粘结失流问题是流态化化炼铁设备能否稳定运行的关键。

[0004] 许多学者针对流态化还原过程中粘结失流进行了深入的研究。朱凯荪等（华东冶金学院学报，1989，1078-1087）提出采取低温析碳的方法，通过附碳（1%～2%）包覆铁矿粉颗粒来防止粘结，同时提高了还原效率。Hayashi等（ISIJ Int.，1993，1078-1087）发现用含脉石成分（Al2O3，MgO，CaO）的水泥浆包覆铁矿粉可有效的抑制粘结的发生。王建军等（CN101624639A）发现将粒度小于1mm的添加剂焦炭粉或石灰石粉或白云石粉以铁矿粉质量比2～8%的比例与铁矿粉均匀混合，铁矿粉流化效果明显改善，金属化率提高12～21%。郭占成等（CN 102296139A）铁矿粉表面喷洒或浸渍一定浓度的Mg(NO3)2溶液，经流化床还原尾气干燥后，再进入流化床还原反应，流化性能得到明显改善，金属化率达到90%。因此，如何抑制流态化还原过程中粘结失流的发生是提高还原效率和产品质量的关键，其对于推动新型高效炼铁技术，节约生产成本，保护环境具有重大意义。

发明内容

[0005] 本发明技术解决问题：针对铁矿粉流态化还原过程矿粉粘结、失流等现象引起还原过程无法连续性操作，金属化率低下无法达到热压块要求的技术问题，提供一种添加剂改性铁矿粉防止流态化还原过程粘结失流的方法，该方法可以减少粘结失流的发生，同时提高还原效率和产品金属化率，达到高效连续化生产的目的。

[0006] 本发明技术解决方案：一种利用复合添加剂改性铁矿粉防止流态化还原过程粘结失流的方法，实现步骤如下：

[0007] （1）将添加剂为Ca(NO3)2、Al(NO3)3、Mg(NO3)2中的任何两种或三种的复合组合加入到水中配制成添加剂组分占总浓度为0.5％～60%的添加剂溶液；

[0008] （2）以10r/min～60r/min的速度进行搅拌，搅拌添加剂溶液过程中同时加入小于70目的铁矿粉，铁矿粉与添加剂溶液的质量比为0.1:10～10:1；

[0009] （3）铁矿粉在添加剂溶液中的浸渍时间为20min～60min，利用铁矿粉的吸附性能使添加剂负载到颗粒表面或孔道中，然后将铁矿粉从添加剂溶液中直接或过滤后在25°C～300°C下烘干；

[0010] （4）将干燥后的铁矿粉进行两段式流态化还原：第一段为焙烧及预还原，将干燥后的铁矿粉置于流化床中在300°C～900°C下进行流态化焙烧及预还原；第二段为终还原，终还原产品为海绵铁；

[0011] （5）最后，终还原的产品通过磁选分离出高金属化率（60%～80%）的海绵铁和含添加剂的渣相。

[0012] 所述步骤（5）后将渣相重新制成添加剂溶液，实现回收循环利用。

[0013] 所述步骤（1）中的添加剂组分的总浓度为2%～40%。

[0014] 所述步骤（2）中以20r/min～40r/min的速度进行搅拌。

[0015] 所述步骤（3）中铁矿粉从添加剂溶液中直接或过滤后在60°C～120°C下烘干。

[0016] 所述步骤（1）中的添加剂为二种组分复合时，各组分质量百分数为10%～70%；对于添加剂为三种组分复合时，各组分质量分数为10%～70%。

[0017] 所述步骤（4）中将干燥后的铁矿粉置于流化床中在600°C～800°C下进行流态化焙烧及预还原。

[0018] 所述步骤（4）中终还原气体为H2=10%～30%，CO=70%～90%，气流线速度为0.3m/s～0.7m/s，温度为700°C～1000°C。

[0019] 本发明与现有流化床炼铁工艺技术相比的优点在于：

[0020] （1）本发明中的铁矿粉通过添加剂改性后既可抑制粘结失流的发生，又可提高铁矿粉的还原效率和产品金属化率。同时添加剂又可通过磁分离器回收循环利用，对产品质量无影响。

[0021] （2）本发明中的复合添加剂比单一添加剂有较广的适用性，可针对不同铁矿粉的种类特点调整添加剂组成，以达到最佳的防粘效果。

[0022] （3）本发明不改变现有流化床的任何设备和流程，具有投资低、操作简单、经济实用的特点。

附图说明

[0023] 图1为本发明添加剂改性的铁矿粉两段式流态化还原工艺流程图。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。

[0025] 本发明的方法是：在流态化还原工序前，将添加剂以硝酸盐的形式加入到水中配制成添加剂组分总浓度为0.5％～60%的溶液，搅拌溶液过程中加入小于70目的铁矿粉，铁矿粉与添加剂溶液的质量比为0.1:10～10:1，利用铁矿粉的吸附性能使添加剂负载到颗粒表面或孔道中，然后将铁矿粉从溶液中直接或过滤后进行干燥。将得到的铁矿粉进行两段式流态化还原：第一段为焙烧及预还原，第二段为终还原。最后，还原产品通过磁选分离出高金属化率的海绵铁和含添加剂的渣相。渣相重新制成溶液，实现回收循环利用。本方法可有效抑制流态化还原过程中粘结失流的发生，使还原度和金属化率分别提高45%～55%和30％～40％，并且可针对不同铁矿粉的种类特点调整复合添加剂的组成，以达到最佳的防粘效果，因此具有较广的适用范围。

[0026] 实施例1

[0027] 一种粒度小于70目的铁矿粉，添加复合添加剂硝酸钙和硝酸铝（质量比1:1），添加剂溶液浓度为20%，溶液与铁矿粉质量比为3:1，经搅拌、浸渍、烘干后，将改性后的铁矿粉置于流化床中进行流态化焙烧及预还原，然后在流化床还原温度为800°C，还原气体为H2=20%，CO=80%，气流线速度为0.5m/s条件下进行终还原。预还原及终还原过程能够正常流化，流化床压差维持恒定，流化状态正常，金属化率能够达到73.70%，比无添加剂时提高了30.45%。磁选分离后的渣相经硝酸溶解、过滤，重新配制成浓度为20%添加剂溶液。

[0028] 实施例2

[0029] 一种粒度小于70目的铁矿粉，添加复合添加剂硝酸钙和硝酸铝（质量比1:2），添加剂溶液浓度为40%，溶液与铁矿粉质量比为3:1，经搅拌、浸渍、烘干后，将改性后的铁矿粉置于流化床中进行流态化焙烧及预还原。然后在流化床还原温度为900°C，还原气体为H2=20%，CO=80%，气流线速度为0.5m/s条件下进行终还原。预还原及终还原过程能够正常流化，流化床压差维持恒定，流化状态正常，金属化率能够达到82.54%，比无添加剂时提高了38.99%。磁选分离后的渣相经硝酸溶解、过滤，重新配制成浓度为40%添加剂溶液。

[0030] 实施例3

[0031] 一种粒度小于70目的铁矿粉，添加复合添加剂硝酸镁和硝酸钙（质量比1:1），添加剂溶液浓度为20%，溶液与铁矿粉质量比为3:1，经搅拌、浸渍、烘干后，将改性后的铁矿粉置于流化床中进行流态化焙烧及预还原。然后在流化床还原温度为800°C，还原气体为H2=20%，CO=80%，气流线速度为0.5m/s条件下进行终还原。预还原及终还原过程能够正常流化，流化床压差维持恒定，流化状态正常，金属化率能够达到78.43%，比无添加剂时提高了34.88%。磁选分离后的渣相经硝酸溶解、过滤，重新配制成浓度为20%添加剂溶液。

[0032] 实施例4

[0033] 一种粒度小于70目的铁矿粉，，添加复合添加剂硝酸镁和硝酸铝（质量比1:1），添加剂溶液浓度为40%，溶液与铁矿粉质量比为3:1，经搅拌、浸渍、烘干后，将改性后的铁矿粉置于流化床中进行流态化焙烧及预还原。然后在流化床还原温度为800°C，还原气体为H2=20%，CO=80%，气流线速度为0.5m/s条件下进行终还原。预还原及终还原过程能够正常流化，流化床压差维持恒定，流化状态正常，金属化率能够达到79.89%，比无添加剂时提高了36.34%。磁选分离后的渣相经硝酸溶解、过滤，重新配制成浓度为40%添加剂溶液。

[0034] 实施例5

[0035] 一种粒度小于70目的铁矿粉，添加复合添加剂硝酸钙、硝酸铝和硝酸镁（质量比1:1:1），添加剂溶液浓度为20%，溶液与铁矿粉质量比为2:1，经搅拌、浸渍、烘干后，将改性后的铁矿粉置于流化床中进行流态化焙烧及预还原。然后在流化床还原温度为900°C，还原气体为H2=10%，CO=90%，气流线速度为0.5m/s条件下进行终还原。预还原及终还原过程能够正常流化，流化床压差维持恒定，流化状态正常，金属化率能够达到84.25%，比无添加剂时提高了40.70%。磁选分离后的渣相经硝酸溶解、过滤，重新配制成浓度为20%添加剂溶液。

[0036] 表1不同添加剂对铁矿粉还原效果的影响（统计平均值）

[0037]

[0038] 总之，本发明可有效抑制流态化还原过程中粘结失流的发生，使还原度和金属化率分别达到70%～90%和60～80%，相比于现有技术分别提高45%～55%和30％～40％。同时复合添加剂可通过磁选分离实现循环利用，以保证产品质量。本发明的优点还在于矿种适用范围广，可针对铁矿粉的种类特点调整复合添加剂的组成以达到最佳的防粘效果，同时不改变流态化还原过程的工艺流程，操作简单，经济实用。

[0039] 需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

[0040] 以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。