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铁矿资源集约化高效利用 共性创新技术
2018-11-14
铁矿资源集约化高效利用共性创新技术——东北大学韩跃新专家报告
2 018 第九届中国矿业科技大会 铁矿资源集约化高效利用 共性创新技术 东北大学资源与土木工程学院 2 011钢铁共性技术协同创新中心 东北大学 韩跃新 河北·石家庄 2018-08-9 汇报提纲 一、铁矿资源可选性的四个层面问题 二、易选铁矿石优质优用技术 三、难选铁矿石常规选矿技术 四、难选铁矿石磁化焙烧技术 五、铁矿石深度还原短流程熔炼技术 一、 铁矿资源可选性的四个层面问题 铁矿资源是钢铁工业最为重要的原材料,是社会发展的重要物质基础。 3 % 我国铁矿资源储量丰富,但整体呈品位低、嵌布 粒度细、矿物组成复杂的特点,需经选矿才可获 得有效利用。 9 7%铁矿 需要选别 我国查明铁矿储量850亿吨,其中复杂难选铁矿石超过200亿吨。菱铁矿、 褐铁矿、微细粒矿、鲕状赤铁矿属典型的劣质铁矿资源,亟需研发新技术 与装备以实现我国铁矿石的高效开发与利用。 一、铁矿资源可选性的四个层面问题 层面一:易选的磁铁矿石 优质优用,劣质能用 • • 针对我国铁矿资源禀赋差、利用 率低、产品结构单一的现状,提 出了铁矿资源“优质优用、劣质 能用”的发展战略。 层面二:磁、赤铁矿混合铁矿石 层面三:磁化焙烧后可选铁矿石 以期依靠技术创新驱动铁矿产业 结构调整,为我国铁矿资源的高 效、绿色、可持续发展提供参考。 层面四:磁化焙烧后不可选铁矿石 铁矿资源利用解决方案及发展战略 铁矿选矿由易到难四个层面问题 磁铁矿 赤铁矿 菱铁矿 褐铁矿 微细粒铁矿 汇报提纲 一、铁矿资源可选性四个层面问题 二、易选铁矿石优质优用技术 三、难选铁矿石常规选矿技术 四、难选铁矿石磁化焙烧技术 五、铁矿石深度还原短流程熔炼技术 二、易选铁矿石优质优用技术 —— 超级铁精矿的分类及应用 高纯铁精矿:TFe品位70%以上,酸不溶物 含量2%以下,为直接还原提供原料; 超纯铁精矿:指含铁品位高于71.5%,酸不 溶物含量小于0.2%的铁精矿。主要作为生产 粉末冶金铁粉、磁性材料的原料。 适宜生产超级铁精矿的铁矿石以粗 粒结晶的磁铁石英岩为主; 主要分布于辽宁朝阳、本溪、辽阳, 安徽霍邱,山东、山西、河北等地。 2.1 基于工艺矿物学的超级铁精矿制备判据 铁精粉中脉石矿物与铁矿物3种典型连生体结合类型: ( 1) (2) (3)  铁精矿中连生体结合类型可超分级为铁精以矿下制3种备评:价体系 . 毗连磁型铁矿:连磁生铁体特矿征与矿非物金学属特性矿物连生边界平直,边界线呈线性弯曲状。 超纯铁精矿 超级铁精矿种类 高纯铁精矿 . 包裹毗型连:型磁>铁70矿% 以包裹体形-式0.0嵌10镶m于m含非量金<属10矿%物中,其易于中制磁备铁矿包裹体易于粒制径备大于 1 2 结晶粒度特征 细粒包裹型>30% 0μm属细粒包裹,小于10μ-0m.01为0m微m细含包量裹<2。0% 1 较易制备 可制备 微细包裹+反包裹型<15% 3 . 反包反裹包型裹型:>磁40铁%矿中包裹微-细0.0粒10的m非m含金量属>矿20物%的连生类可型制,备 这种类型连不可生制体备中的 脉石微细矿包物裹因型粒>3径0%细小,难以-从0.0铁10矿m物m含中量解>离30出%来,影响可铁制精备 矿的品位。不可制备 一种普通铁精矿制备超级铁精矿可行性的判定方法—— CN201710404389.X 2.2 铁矿物与脉石矿物高效窄级别解离技术 图2.1 相同磨矿细度下产品细度对比 系统开展了铁精矿再磨技术及理论研究。通过系统 实验并利用CFD软件对搅拌磨磨腔内的流场进行模拟计 算,开发了新型搅拌磨窄级别磨矿技术及工业装备,实 现了铁矿物与脉石矿物的高效解离。 2.3 复合力场作用的新型磁重联合精选技术 通过研究矿物颗粒在磁力场、重力场、 流体力场中的受力情况和运动状态,建立矿 物颗粒在复合力场中的运动轨迹方程,据此 设计出包含三种力场的新型磁选设备,并对 其选别工艺进行优化。 技术 研究 设备 开发 复合力场的分选有利于剔除脉石颗粒, 确保超级铁精矿的品位。 图2.2 复合力场磁选装备示意图 2.4 常温绿色高效提质新型反浮选脱硅药剂 浮选脱硅是超级铁精矿制备关键的环节,是超级铁精矿产品质量稳定性 的可靠保证。 矿物颗粒表面悬键 药剂分子作用基团 药剂分子与矿物表面的作用规律 设计新型药剂的分子结构 图2.3 磁铁矿与石英晶体结构模型 结合浮选性能对分子结构进行优化 绿色新型浮选脱硅药剂 图2.4设计药剂与磁铁矿与石英作用模型 新型反浮选脱硅药剂研发路线图 2.4 常温绿色高效提质新型反浮选脱硅药剂 用于粉末冶金原料的超级铁精矿不仅 要求TFe品位高于71.50%,还要求二氧化硅 及其他杂质含量小于0.20%,二氧化硅及其 他杂质含量控制是关键技术点,通过开展铁 矿石常温高效脱硅浮选药剂研究,设计开发 了多用新型铁矿用捕收剂药剂。 图2.5 自主合成开发的铁矿反浮选捕收剂 100 100 80 80 ( -0.038mm) 6 0 60 40 20 0 ( -0.074mm) DBA-1 DBA-2 DMA-1 DMA-2 DJW-1 DJW-2 DBA-1 DBA-2 DMA-1 DMA-2 DJW-1 DJW-2 40 20 0 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 pH pH 图2.6 新药剂对铁矿物浮选回收率的影响 图2.7 六种捕收剂在18℃下对石英回收率的比较 2.5 超级铁精矿绿色高效制备工业化生产 建成10万t/a超级铁精矿绿色制备示范工程 工业化生产线车间 磨矿分级系统 电磁精选系统 浮选脱硅系统 精矿过滤系统 超级铁精矿产品 图2.8 超级铁精矿与洁净钢基料短流程绿色制备关键技术工业化生产线 2.5 超级铁精矿绿色高效制备工业化生产 在TFe品位65.27%铁精矿经两段一 闭路搅拌磨磨矿、两段电磁精选、 一段磁选、一粗一精浮选流程,可 获得TFe品位71.87%、回收率为 3 8.77%的超纯铁精矿;TFe品位为 0.21%、回收率为54.31%的高纯 7 铁精矿,总回收率达93.08%。 超纯铁精矿 高纯铁精矿 图2.9 工业试验数质量流程图 汇报提纲 一、铁矿资源可选性的四个层面问题 二、易选铁矿石优质优用技术 三、难选铁矿石常规选矿技术 四、难选铁矿石磁化焙烧技术 五、铁矿石深度还原短流程熔炼技术 3 .1 弱磁-强磁-阴离子反浮选技术 近年来,我国难选铁矿石,特别是鞍山式磁赤混合铁矿石的 选矿技术研究取得了长足的进展,其经典流程为弱磁-强磁-阴离 子反浮选提铁降硅技术。 鞍山式含铁石英岩,其中主要铁矿物为赤铁矿、磁铁矿,个 别矿体矿石中还含有褐铁矿、菱铁矿,脉石矿物主要为石英。 赤铁矿 磁铁矿 菱铁矿 褐铁矿 石英 白云石 3.1 弱磁-强磁-阴离子反浮选技术 目前鞍钢齐大山选矿厂、齐大山铁矿选矿 分厂、鞍千选矿厂、关宝山选矿厂、河北钢铁 司家营铁矿选厂、太钢袁家村铁矿选矿厂等均 采用弱磁-强磁-阴离子反浮选技术,该技术具 有适应性强,技术指标稳定等特点。 弱磁-强磁-阴离子反浮选技术多采用重选在磨矿后选出部分粗粒精 矿,用中强磁选抛除部分尾矿,细粒部分利用高梯度强磁选进一步抛尾 和脱泥,阴离子反浮选对粒级较细、铁品位相对高的弱磁、强磁混合精 矿选别特别有效,两者的优势互补,利用矿石的不均匀嵌布特性,实现 早收早丢、窄级别分选,提高了选矿指标。 3.1 弱磁-强磁-阴离子反浮选技术 弱磁选-高梯度强磁选与阴离子反浮选的 联合使用实现了工艺流程的最佳组合。磁选 可抛掉原生矿泥和次生矿泥,为阴离子反浮 选创造良好的工艺条件;阴离子反浮选对矿 泥适应性强、分选效果好,操作稳定。 图3.1 齐大山铁矿选矿分厂阶段磨矿、粗细分选, 重选-磁选-阴离子反浮选生产工艺流程 齐大山铁矿选矿分厂技术改造完成后,采用阶段磨矿、粗细分选,重选-磁选-阴 离子反浮选流程处理矿石,可获得精矿TFe品位67.60%,尾矿TFe品位9.74%,铁回 收率82.73%的分选指标。 3.2 含碳酸盐铁矿石分步浮选技术 鞍山地区含碳酸盐赤铁矿石主要分布在东鞍山、小孤山、眼前山和黑石砬 子等,总储量超过10亿吨,其中以东鞍山铁矿储量最大,约5亿吨。生产实践 表明,东鞍山含碳酸盐赤铁矿石的浮选难度极大,随着碳酸铁含量的增加,浮 选指标呈下降趋势,原矿碳酸铁含量超过4%时,生产上无法实现浮选分离。 东北大学与鞍钢集团矿业公司联 合,针对“鞍山式含碳酸盐赤铁矿石 高效浮选技术”开展了系统的研究与 开发工作,创造性地提出了含碳酸盐 铁矿石分步浮选技术,并取得良好分 选效果。 3.2 含碳酸盐铁矿石分步浮选技术 —— 菱铁矿在浮选体系对分选指标的影响 菱铁矿的存在对铁矿物 的浮选分离效果有很大 的影响。随着菱铁矿的 比例增大,精矿的品位 和回收率迅速下降。 3.2 含碳酸盐铁矿石分步浮选技术 —— 菱铁矿与其他矿物间的作用能理论数学模型 矿物种类 矿物间作用能数学模型 − κH  2ϕ01ϕ02  微细粒菱铁 矿与石英 AR +πε R VD = − 6 2 2 1+ e 1− e −κH ( ϕ +ϕ02 )    2 ×ln −κH + ln ( 1− e )    a 01 2 H ϕ01 +ϕ02 − κH 微细粒菱铁 矿与赤铁矿   −κH )   V = − AR + πεa R (ϕ 2 2 2ϕ01ϕ02 2 ×ln1+ e +ϕ02 )    −κH + ln ( 1− e D 01 2 12H 2 ϕ01 +ϕ02 1− e  微细粒菱铁 矿之间 AR VD = −1 2H 2 −κH + 2πεa Rϕ0 ln ( 1+ e ) 3.2 含碳酸盐铁矿石分步浮选技术 —— 分步浮选技术提出的理论基础 图3.2 淀粉与组合调整剂作用下的矿物可浮性 第一步“正浮选“选出菱铁矿 第二步 反浮选赤铁矿与石英分离 第1步:在中性条件下,淀粉为抑制 剂,菱铁矿和铁白云石可浮; 第2步:碱性条件下,用Ca2+活化石 英,浮选石英。 图3.3 “分步浮选”原则流程 3.2 含碳酸盐铁矿石分步浮选技术 —— 分步浮选技术应用现场及获奖情况 鞍山式含碳酸盐赤铁矿石高效浮选 技术研究 2 011 辽宁省科技进步一等奖 2 012 冶金矿山科学技术一等奖 汇报提纲 一、铁矿资源可选性的四个层面问题 二、易选铁矿石优质优用技术 三、难选铁矿石常规选矿技术 四、难选铁矿石磁化焙烧技术 五、铁矿石深度还原短流程熔炼技术 4.1 难选铁矿石悬浮磁化焙烧技术简介 针对复杂难选铁矿石的开发利用难题,东北大学率先提出 了“预富集—悬浮磁化焙烧—磁选(PSRM)”新技术,并成 功开发了悬浮焙烧近工业化装备与高效分选系统。目前已经完 成了多种复杂难选铁矿石悬浮磁化焙烧的研究工作,形成了悬 浮磁化焙烧技术与装备体系。 预氧化(加热) 蓄热还原 Fe2O3 Fe3O4 再 氧 化 赤(褐)铁矿、菱铁矿等 2 Fe 、Fe ·nH O 2 O 3、 FeCO 3 2 O 3 热量回收 Fe3O4 γ-Fe2O3 磁选 磁选精矿 悬浮磁化焙烧—磁选过程基本原理示意图 4.1 难选铁矿石悬浮磁化焙烧技术简介 除尘器 料仓 矿石粉料(<1.0mm)在气力 旋 风 预 热 分 离 筒 螺旋喂料机 输送作用下呈悬浮态流动、加热, 同时矿石中菱铁矿和褐铁矿完成分 解或氧化,加热后矿石粉料在重力 作用下进入还原腔与常温还原气体 接触,并利用自身储蓄热量使铁矿 物还原为磁铁矿; 失重秤 悬 浮 加 热 炉 气固分离器 流动密封阀 集尘器 反应器 N 2 燃 烧 器 CO+N 2 液化气 罗茨风机 球磨 冷却器 还原焙烧后矿粉在风力作用下 进入冷却腔,并控制冷却环境使部 分Fe3O4转化为γ-Fe2O3,以回收该 过程的显热和潜热,实现能量的高 效循环利用。 磁极 筒式磁选机 非磁性脉石 磁性铁精矿 焙烧矿 悬浮磁化焙烧—磁选工艺原则示意图 4.1 难选铁矿石悬浮磁化焙烧技术简介 悬浮焙烧技术发展历程 悬浮焙烧工业化 间歇式悬浮焙烧炉 连续悬浮焙烧系统 2 006—2010 2011—2015 2016—至今 小试阶段 中试阶段 工业化阶段 基础研究-小试突破-中试验证-工程示范 4.1 难选铁矿石悬浮磁化焙烧技术简介 —— 悬浮焙烧炉更新换代 悬浮焙烧系统1.0 悬浮焙烧系统2.0 悬浮焙烧系统3.0 4.2 悬浮磁化焙烧技术相关基础研究 — — 悬浮焙烧过程矿石微观结构演变 α(b=) 50% α(a)=10% Magnetite Hematite Magnetite 颗粒边界 1 00 μm 100 μm α(c=) 100% Magnetite (d) Pore Magnetite Crack 1 00 μm 20 μm 图4.1 不同焙烧阶段物料的SEM微观结构 赤铁矿颗粒转化为磁铁矿,针状结构进一步增多, 并聚集形成蜂窝多孔状的磁铁矿。 图4.2 赤铁矿颗粒悬浮态磁化反应模型 4.2 悬浮磁化焙烧技术相关基础研究 —— 悬浮焙烧过程动力学机理模型 -5.0 -5.2 -5.4 -5.6 -5.8 -6.0 (a) - 1 A=5.58s Ea=48.70kJ/mol k=5.58exp(-48700/RT) 赤铁矿 活性区域 磁铁矿 1.15 1.20 1.25 1.30 (b) 3 1/T (1/K)×10 旧相:赤铁矿 旧相:赤铁矿 旧相:赤铁矿 活性区域 磁铁矿 图4.3 新相磁铁矿形成与长大过程模型示意图 赤铁矿向磁铁矿转化过程的控制步骤为新相磁铁矿晶核形成及生长环节 4.3 悬浮磁化焙烧技术相关基础研究 — — 悬浮磁化焙烧过程γ-Fe2O3的生成 (a) (b) (c) 拟合线 拟合线 拟合线 磁赤铁矿 磁铁矿B 磁铁矿A 磁铁矿A 磁铁矿B 磁赤铁矿 磁赤铁矿 磁铁矿B 磁铁矿A 3 00℃ 325℃ 350℃ -15 -10 -5 0 5 10 15 -15 -10 -5 0 5 10 15 -15 -10 -5 0 5 10 15 - 1 -1 矿 速度/mm•s 图4.4 不同温度下磁铁 速度/mm•s氧化产品的穆斯堡尔谱 - 1 速度/mm•s 1 00 90 8 0 0 0 300 °C 325 °C 8 6 4 2 0 0 0 0 0 350 °C 6 6 0 0 0 4 3 20 0 -20 -40 -60 -80 Ms=90.5 emu/g Mr=3.3 emu/g Ms=81.8 emu/g Mr=3.3 emu/g Ms=69.5 emu/g Mr=3.3 emu/g Hc=41.6 Oe - 30 60 -20 -40 3 00℃ 3 25℃ H =34.7 Oe c 350℃ H c =33.1 Oe - -60 - 100 -90 -20000 - 20000 -10000 0 10000 20000 -10000 0 10000 20000 -80 图4.5 不同温度下磁场强铁/O矿e 氧化产品的磁滞回线-20000 -10000 0 10000 20000 场强/Oe 场强/Oe 当氧化温度为300~350℃时,磁铁矿的氧化产物为磁赤铁矿(γ-Fe2O3),其含量随 着温度的升高而逐渐增大。当氧化温度进一步升高至375~400℃时,赤铁矿开始形成。 4.2 悬浮磁化焙烧技术相关基础研究 —— 悬浮焙烧炉还原腔内气固流动特性-冷态试验 图4.6 流化风速对压降影响 压降物理模型 随着流化风速增加,流化室底部压强P3逐 渐减小, ΔP随之减小 随着给料速度增加,流化室底部压强P3逐 渐增大, ΔP随之增大 图4.7 给料速度对压降影响 4.2 悬浮磁化焙烧技术相关基础研究 —— 悬浮焙烧炉还原腔内气固流动特性-数值模拟 还原腔气固流动数值模拟结 果表明,在气固流态化初期,流 化室底部出现气泡。在流态化中 期,气泡合并、长大,并向上运 动。在流态化后期,气固流动状 态稳定。 4.3 悬浮磁化焙烧技术工程化研究进展 难选铁矿现有工艺与悬浮磁化焙烧技术指标对比 现有工艺(%) PSRM(%) 差 值(%) 矿石 品位 回收率 品位 回收率 品位 回收率 东鞍山 铁矿石 6 3 60~65 66.60 79.72 +3.60 +15~20 酒钢粉矿 4 1 4~46 64~66 60.59 85.62 +14~16 +19~21 鞍钢东部 尾矿 — — — 0~12 65.69 58.67 55.33 +55.33 酒钢尾矿 21.52 - 57.82 91.36 +57.82 +13~15 — 酒钢块矿 5 9~60 76~78 60.50 --- +0.5 国外某铁矿 +8~9 5 6 64~65 95~98 4.3 悬浮磁化焙烧技术工程化研究进展 目前,已完成国内鞍钢矿业集团、酒泉钢铁集团、河北钢铁集团、 山东钢铁集团、中国中钢集团、海南矿业公司等单位及国外阿尔及利 亚,摩洛哥,塞拉利昂等国矿山企业十余种内典型劣质铁矿资源的预 富集-悬浮焙烧-磁选试验,均取得了良好的焙烧效果和分选指标。 4.3 悬浮磁化焙烧技术工程化研究进展 —— 悬浮磁化焙烧进入工业化  悬浮磁化焙烧技术入选2016年世 界钢铁工业十大技术要闻,多年来 唯一入选的铁矿选矿技术。  酒钢粉矿悬浮焙烧项目一期工程投 资4.8亿元,已建成年处理粉矿165 万吨的悬浮焙烧选矿生产线。 4.3 悬浮磁化焙烧技术工程化研究进展 建成国际上首条大型 化铁矿悬浮磁化焙烧生产线, 为难选氧化铁矿资源高效利 用提供示范。该项目已列为 甘肃省重点建设工程。 研究团队在酒钢悬浮磁化焙烧炉工业生产调试现场 4.3 悬浮磁化焙烧技术工程化研究进展 悬浮磁化焙烧技术有效处理常规选矿无法不能分选的赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿、 菱铁矿等难选铁矿石,可盘活国内铁矿资源100亿吨以上。 酒钢悬浮磁化焙烧(PSRM)项目投产后,据估算酒钢集团吨铁矿石成本预计可 降低57.98元,年降低生铁成本3.01亿元,经济效益巨大。 鞍钢集团2800万t/a东部尾矿PSRM项目预计每年可回收合格铁精矿300万t,精 矿成本269元/吨,可年创产值20亿,年创利税12亿元,经济效益巨大。 悬浮磁化焙烧技术除具有良好的社会和经济效益,环境效益同样显著。 污 染 严 重 的 竖 炉 环 境 友 好 悬 浮 炉 汇报提纲 一、铁矿资源可选性的四个层面问题 二、易选铁矿石优质优用技术 三、难选铁矿石常规选矿技术 四、难选铁矿石磁化焙烧技术 五、铁矿石深度还原短流程熔炼技术 5 .1 深度还原技术简介 深度还原 过程 深度还原 技术简介 铁矿物还原-铁颗粒长大示意图 深度还原:指将不能直接作为炼铁原料的复杂难选铁矿石在比磁 化焙烧更高的温度和更强的还原气氛下,使铁矿石中的铁矿物还 原为金属铁,并使金属铁生长为一定粒度铁颗粒的过程。 5 .1 深度还原技术简介 在国内率先 提出了复杂难选 铁矿石的深度还 原高效分选技术, 先后获得国家自 然科学基金重点 项目和面上项目、 科技部863项目、 科技支撑计划项 目的资助。 深度还原铁颗粒SEM照片 深度还原铁颗粒粒度表征 深度还原中试线 深度还原中试试验 5 .2 深度还原技术基础研究进展 图5.1 深度还原技术研究路线图 5.2.1 深度还原铁矿物还原热力学基础 图5.2 铁氧化物还原的平衡图 铁氧化物按照Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe的顺序逐级被还原,要得到稳定的 金属铁产物,还原温度必须高于1000 K。 5.2.1 深度还原磷矿物还原热力学基础 Ca3(PO4)2 (s) + 5C (s) = 3CaO (s) + P2 (g) + 5CO (g) (3.1) (3.2) (3.3) (3.4) Ca3(PO4)2 (s) + 3SiO2 (s) + 5C (s) = 3(CaO·SiO2) (s) + P2 (g) + 5CO (g) Ca3(PO4)2 (s) + 2SiO2 (s) + 5C (s) = 3CaO·2SiO2 (s) + P2 (g) + 5CO (g) 2 Ca3(PO4)2 (s) + 3SiO2 (s) + 10C (s) = 3(2CaO·SiO2) (s) + 2P2 (g) + 10CO (g) 图5.3 反应 (3.1)~(3.4)的ΔGθ与温度的关系 5.2.2 深度还原过程等温动力学研究 等 温 动 力 学 模 型 5.2.2 深度还原过程非等温动力学研究 5.2.2 深度还原过程动力学限制环节 还原前期: Fe2O3 Fe3O4 FeO 界面反应 还原后期: Fe2SiO4 FeAl2O4 固相扩散 5.2.3 深度还原过程中物相转化规律 5.2.4 还原过程中矿石微观结构演化规律 5 min 10 min 20 min 60 min 3 0 min 40 min 矿石微观鲕状结构按照由鲕粒边缘至鲕粒内部的空间顺序逐渐发生破坏。 5.2.4 深度还原过程物相及结构反应模型 5.2.5 还原过程金属铁颗粒形成及调控 5.2.5 还原过程金属相形核及生长行为 5.2.6 还原过程金属铁颗粒微观形貌 还原温度1523 K时还原物料的SEM图片及EDS能谱 a)20 min;(b)40 min;(c)60 min;(d)80 min;(e)1点EDS能谱;(f)2点EDS能谱 ( 5.2.7 还原过程金属铁颗粒生长动力学 5.2.7 深度还原脱磷-富磷工艺处理路线 磷处理路线: 脱 磷 工 艺 • 添加脱磷剂 脱磷剂 •效果显著 • • 脱磷剂用量大 磷资源浪费 P 富 磷 工 艺 富 控制富集 脱磷冶炼 钢材 磷 铁 粉 富磷渣 5.2.8 高磷鲕状赤铁矿深度还原技术指标 表5.1 深度还原-磁选全流程试验结果(质量分数/%) 产品 铁粉 尾渣 合计 产率 48.83 铁品位 89.63 铁回收率 96.21 51.17 3.37 3.79 100.00 45.49 100.00 表5.2 高磷铁粉化学成分分析(质量分数/%) TFe MFe FeO SiO2 Al2O3 CaO MgO 9.63 86.17 2.23 3.52 2.31 0.72 0.22 P S 8 1.82 0.01 对于含磷1.31%的高磷鲕状赤铁矿,采用富磷工艺在最佳条件下可获得铁 品位89.63%,磷含量1.82%的高磷铁粉。该铁粉经脱磷炼钢工艺处理,在获 得钢材的同时,还将获得P2O5大于10%的高磷钢渣。高磷钢渣可作为磷肥使用 或进一步提取磷的原料。 5 .3 深度还原短流程熔炼技术简介  深度还原短流程熔炼是指以煤粉或还原气为还原剂,在低于矿石熔化 温度下,将矿石(物料)中的大部分有用矿物预还原为金属,并通过 升温熔化实现有用矿物的进一步还原及液态金属与脉石渣的分离。 技术特点及优势  将不可选含铁/镍矿石经深度还原、熔池熔炼转化为可深加工的液态金 属,生产流程短、热量利用效率高,各工序无热损失环节。 生产成本低(约1800元/t)、环境友好、无污水、废气经脱硫脱硝处理 达到国家排放标准,废渣可作为生产水泥原料。  5 .3 深度还原短流程熔炼技术简介 不可选含铁/镍矿石 破碎 筛分 混料 高温烟气 非焦煤 铁 回转窑煤基 预还原 矿热炉熔炼 造球 / 镍 水 不可选含铁/镍矿石深度还原短流程熔炼设备链接示意图 5 .3 深度还原短流程熔炼技术简介 朝阳东大矿冶研究院 建设中的50吨/日深度还原短流程熔炼系统 结 语 为国家“一带一路”战略提供铁矿资源利用技术服务 结 语 我国铁矿资源的高度紧缺决定了我们必须开 发利用国内复杂难选铁矿资源并优化铁矿产 业结构。铁矿资源集约化高效利用创新技术将成为 铁矿资源高效利用的重要途径;铁矿资源流态化悬 浮焙烧、不可选铁矿石深度还原短流程熔炼技术、 超级铁精矿制备技术等也将成为重要的学科方向和 新的科研增长点。 谢谢各位领导, 协同创新,合作共赢! 2 011钢铁共性技术协同创新中心 东北大学 韩跃新 最后一部分为新提出悬浮焙烧炉改造后,高品位 铁精矿氢还原-熔分技术,该部分是否介绍、置于 哪个章节,请老师决定。 5 .6 铁精矿清洁还原—熔分技术 —— 技术特点   氢气是公认的清洁能源,作为零碳能源正脱颖而出; 与其他还原剂相比,氢气还原最清洁,除生成水外不会产生 诸如一氧化碳、二氧化碳等对环境有害的污染物质,产物水 无腐蚀性,对设备无损;  氢气取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应。 5 .6 铁精矿清洁还原—熔分技术  金属化率≥60%; 还原铁粉进矿热炉  熔炼; 金属化率≥60% 物料流 废气流 烟气流 氢气流 铁 水 注:成品铁水由于氢还原, C含量低(无),一定程度 上可以称为钢水。 天然气制氢—清洁还原—电炉熔炼工艺设备链接示意图 5 .6 铁精矿清洁还原—熔分技术 650℃ 还原温度试验 还原时间试验 50% 采用TFe品位67.34%的普通铁精 矿,采用氢气直接还原技术,在 650℃,氢气浓度50%,还原时 6 50℃ 间45min条件下,还原产物的金属 化率≥60%。 45min 氢气浓度试验 5 .6 铁精矿清洁还原—熔分技术 —— 技术优势  高品位铁精矿粉氢气悬浮态直接还原,传热传质速度快,还 原效率高;  直接还原铁粉经熔池熔炼转化为可深加工的铁水,生产流程 短、环境友好、各工序能耗循环利用效率高。 热量循环利用 铁精粉 高温 烟气 制 氢 熔池 5 .6 铁精矿清洁还原—熔分技术 高温干馏/焦化 煤 焦炭 烧结/球凹/压团 球团矿 铁精粉 传统铁精矿造团—高炉炼铁工艺设备链接示意图 传统工艺:流程长、能耗高、碳排放量大; 新工艺:流程短、能量循环利用效率高、无碳排放 天然气制氢—清洁还原—电炉熔炼工艺设备链接示意图
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