Time: 2018-10-12

极难选红铁矿闪速(流态化)磁化焙烧成套技术开发与应用

一、项目背景

钢铁是国民经济发展不可缺少的结构性和功能性材料,其消耗量约占金属总消耗量的95%。近年来,其主要原料铁矿石对外依存度不断升高,2002年~2016年由44%提高至87.3%,这种对进口铁矿石原料的过度依赖严重危及国家经济安全。由于缺失价格话语权,在钢铁行业快速发展的2002年~2010年,进口铁矿石价格由20美元/吨爆涨至180美元/吨,我国钢铁工业付出了沉重的代价;近两年因产能过剩钢铁行业处于调整期,则进口铁矿石又以其低质低价冲击我国冶金矿山企业,造成我国1/3以上的铁矿石生产企业退市,带来了社会稳定等负面影响。“利用国内外两种资源,构建铁矿石供给保障新格局。”已经成为钢铁工业可持续健康发展的迫切需要。

我国铁矿石资源储量850.8亿吨,其“贫、散、细、杂”的资源特点,导致开发利用成本高。国家“十一?五”攻关后,我国磁、赤铁矿选矿技术、装备及选矿指标均已达到世界领先水平,但储量近200亿吨的菱铁矿、褐铁矿和极细粒赤铁矿等极难选红铁矿的选矿问题仍未解决,常规物理选矿方法只能得到铁精矿品位45%~55%、回收率45%~60%的很低分选技术指标。研究表明“磁化焙烧-磁选”是处理此类矿石最有效的方法,前期得到工业应用的磁化焙烧方法有竖炉和回转窑。竖炉焙烧处理15mm~75mm的块矿,焙烧时间8h~10h;回转窑焙烧处理粒度0~22mm矿石,焙烧时间60min~90min。这些方法都是在堆积态下进行焙烧、处理的矿石粒度较粗,存在有焙烧时间长、热耗高、焙烧矿质量不均、铁回收率和设备作业率偏低等问题,严重制约了其大规模工业应用。通过技术创新,开发磁化焙烧新工艺和新装备,高效清洁利用储量巨大的上述难选铁矿资源,是提高铁矿石原料自给率的根本办法。

二、开发工作基础扎实,技术成熟可靠

(1)基础理论研究

2002年中国工程院余永富院士提出了细粒铁矿石“闪速磁化焙烧”学术思想并开展相关技术研究。计算表明:相同质量细粒固体物料在流态化状态的固气接触面积,比堆积态增加3000~4000倍,大幅度提高固气传热传质速率和焙烧效率。在国家科技支撑计划、国家重点基础研究发展(973)计划的支持下,项目团队研制了流态化磁化焙烧试验装置,验证了粒度-0.5mm的弱磁性铁矿物在10s~30s时间内快速完成磁性转化。开展了闪速焙烧理论研究,明确焙烧反应机理,建立了磁化焙烧动力学模型,解决了铁矿物快速磁性转化难题,奠定了闪速磁化焙烧技术开发的理论基础。

(2)工艺和装备的开发与优化

开展闪速磁化焙烧技术、装备和试验研究,解决了焙烧炉尾气二次燃烧、余热逐级利用、粉矿循环预热、气氛与温度耦合控制、铁矿物还原度控制、焙烧矿非氧化气氛下冷却、高温还原气氛下物料输送和设备密封、高矫顽力的人造磁铁矿分选等关键技术难题,发明了闪速(流态化或悬浮)磁化焙烧成套技术和装备;进行单元设备数值模拟,明确了流场分布和颗粒运动轨迹、优化了设备结构,提高了设备热效率和固气比,研发了400kg/h连续试验装置并进行试验研究,取得先进的试验指标。

(3)工艺放大与系统技术开发

开展工艺模拟,确定适宜的粉矿循环预热级数和装备放大规律,在逐级放大过程中,解决了各项关键技术的工程化难题。开发了干式均匀制粉技术、流态化无焰燃煤装置,解决了工艺低成本运行难题,形成闪速磁化焙烧成套系统工程技术,实现了装备大型化。完成了5万吨/年工业试验,取得先进的工业试验指标,为产业化应用提供了可靠的设计依据。

(4)产业化应用及效果

2016年,在黄梅铁矿建成了我国唯一一个闪速(流态化、悬浮)磁化焙烧产业化工程, 60万吨/年产业化工程稳定运行,取得铁精矿品位TFe57.52%、铁回收率90.24%的先进技术指标。由于Ca、Mg、Mn以类质同象存在于铁矿物中,铁精矿具有自熔性(碱度1.144),SiO2含量仅4.76%、品质与鞍本地区TFe66%铁精矿相当,是优质的炼铁原料。与原强磁选生产工艺指标比较,铁精矿品位提高5.68个百分点,尾矿品位降低12.81个百分点,回收率大幅度提高33.37个百分点,资源得到了充分利用。项目原矿焙烧热耗31.22kgce/t,铁精矿加工成本234.36元/吨,在市场行情低迷时,产品仍然具有较强的竞争力。2016年,在调试和试生产期的产业化工程处理原矿27.85万吨,生产铁精矿13.56万吨,年新增产值5612.64万元,年新增利税1067.41万元。预期2017年可新增产值15450万元、新增利税5767.50万元。

三、项目技术创新性显著

项目技术开辟了菱铁矿、褐铁矿和极细粒赤铁矿等难选红铁矿资源高质量、高资源利用率、低成本开发利用的新途径,引领我国乃至世界难选铁矿石选矿技术的进步。与竖炉、回转窑等焙烧方法比较,项目主要技术创新如下:

(1)将流态化技术创新性地应用于弱磁性铁矿石的磁化焙烧,铁矿石的运动状态由传统的堆积态转变为悬浮态,固气接触面积提高3000~4000倍,大幅度提高反应速度,实现了弱磁性铁矿物快速、均匀的磁性转化;并开展了相关理论研究,建立反应动力学模型,奠定了闪速磁化焙烧技术开发理论基础。 

(2)开发出循环预热、尾气二次燃烧的流态化磁化焙烧成套工艺技术与装备,解决了制约工艺稳定运行的关键技术难题,实现了极难选红铁矿的高效分选,铁精矿品位提高5~10个百分点,回收率提高30个百分点以上。

(3)开展单元设备和工艺模拟,优化工艺和装备,在逐级放大过程中,解决关键技术的工程化难题。开发了干式均匀制粉技术、流态化无焰燃煤装置,解决工艺低成本运行难题,形成闪速磁化焙烧成套系统工程技术。

四、技术水平先进 

大量研究表明,与常规物理选矿方法比较,采用闪速磁化焙烧技术分选菱铁矿、褐铁矿、细粒赤铁矿和冶金废渣时,铁精矿品位可分别提高20、8、5和10个百分点以上,回收率均提高30个百分点以上。与竖炉、回转窑磁化焙烧比较,项目技术可提高极难选红铁矿分选回收率5~10个百分点、降低能耗30%以上。与以煤气为流化介质的磁化焙烧方法比较,项目技术成熟度更高、对燃料的适应性更广,仅煤制气的能耗就降低25%以上。锰矿、钛铁矿、菱镁矿、毒重石、重晶石等矿石的闪速焙烧试验,均取得了良好的结果,如:加蓬锰矿还原焙烧,焙烧矿Mn2+/TMn达到97.85%,软锰矿从而可以作为电解金属锰的原料;莫桑比克钛铁矿焙烧磁选,钛品位提高了10.54个百分点,回收率达到89.05%。

项目已获授权专利24件,其中发明专利13件。2016年12月,中国钢铁工业协会主持召开了科技成果评价(鉴定)会。专家组一致认为:该项成果“具有突出的原始创新性,技术指标高、生产成本低,为国内外首创,整体技术达到国际领先水平”。

成套技术获得2017年度中国钢铁工业协会、中国金属学会冶金科学技术奖一等奖。

五、推广前景广阔

以黄梅铁矿、昆钢包子铺铁矿、陕钢大西沟铁矿、武钢大冶尾矿为例,采用闪速磁化焙烧技术进行开发(回收),仅回收率的提高,可多产出3800万吨铁精矿,增加价值约200亿元,彰显了技术的巨大应用价值。项目技术不仅可用于铁矿石的磁化焙烧,还可用于锰矿、钛铁矿、菱镁矿、毒重石、重晶石等矿石的还原(氧化)焙烧。与其它焙烧方法比较,闪速焙烧技术在产品品质、资源利用率、运行成本、装备大型化和建设投资等方面具有明显的优势,且不受燃料的限制,其推广应用前景十分广阔。

余永富陈雯项目组部分专家.png




欢迎来访

湘ICP备11013346号-5 邮编:410012 电话: 0731-88657168

长沙矿冶研究院矿产资源开发利用技术研究所

地址:湖南省长沙市麓山南路966号 

陈雯    所长    邮箱: chen_wen@vip.sina.com

备案图标.png湘公网安备 湘ICP11013346-4 

版权所有:长沙矿冶研究院有限责任公司

Powered by MetInfo 7.0.0beta ©2008-2019  MetInfo Inc.

联盟介绍
优质案例
产业地图
留言反馈