镜铁山式难选氧化铁矿石高效利用研究

成果名称：镜铁山式难选氧化铁矿石高效利用研究

成果完成单位：酒泉钢铁（集团）有限责任公司

成果完成人：陈毅琳;韩跃新;高泽宾;刘鹤群;唐晓玲;孙洪硕;李广文;邹成;秦丽娜;李景涛;秦彩霞;刘江涛;李艳军;崔建辉;王义顺;李开绪;魏明星;刘金长;王彩虹;张双爱;李明;叶传勇;周华辉;苏显堂;张利军;曹兵;李宁;何跃;朱霞丽;涂威

所属行业：采矿业

成果登记号：9622022Y0642

成果简介：

一、课题来源与背景
我国铁矿资源丰富，但其中39.3%属于复杂难选氧化铁矿石，其因“贫、杂、细”，难以高效开发利用。酒钢镜铁山铁矿属于典型的复杂难选氧化铁矿石，其原矿铁品位低，铁矿物种类多，共生关系复杂，矿石极其难选。酒钢选矿工艺经过几十年的发展，最终形成了“块矿竖炉磁化焙烧-磁选-反浮选、粉矿强磁选”联合工艺，其中粉矿（-15mm）采用传统的强磁选工艺，存在铁精矿铁品位和金属回收率低的问题。
酒钢迫切需要一种高效磁化焙烧技术，解决自身面临的铁矿资源利用率低的问题。在此背景下，酒钢集团联合东北大学、沈阳鑫博工业技术股份有限公司等单位，以镜铁山矿为研究对象开展难选氧化铁矿石悬浮磁化焙烧关键技术研究和应用，开辟新的解决途径。
二、技术原理及性能指标
（一）技术原理
悬浮磁化焙烧技术是将粉状铁矿石在高速气流形成的悬浮状态下加热至一定温度，再利用还原煤气使矿石中弱磁性铁矿物（Fe2O3、FeCO3、Fe(OH)3）转变为强磁性的磁铁矿（Fe3O4）或磁赤铁矿（γ-Fe2O3），最终利用矿物间磁性差异进行磁选分离的技术。
悬浮磁化焙烧技术原理：预氧化-蓄热还原-保磁冷却-物相调控，具体分为六个阶段：
a.物料干燥段，利用悬浮焙烧尾气余热对物料脱水干燥，充分利用尾气余热，热量梯级利用；
b.预氧化反应段，将褐铁矿、菱铁矿、磁铁矿等不同铁矿物加热的同时，利用高温和氧化气氛使不同铁矿物发生氧化反应，统一转变为赤铁矿，实现铁矿物均质化，同时褐铁矿、菱铁矿分解时产生大量毛细空隙，利于后续还原煤气接触，强化还原效果；
c.蓄热还原段，利用矿石自身余热与还原气体接触发生还原反应，独立还原室精准调控还原气氛，同时加热返灰，提高返灰反应初始温度，保证返灰重复利用，且避免返灰循环富集；
d.保磁冷却段，利用煤气提供还原保护气氛和流化动力，实现粉体物料流态化输送、换热的目的，保磁冷却段延长了还原时间，避免“欠烧”，保证还原效果，同时煤气得到预热、掺烧，可降低能耗；
e.物相调控段，控制接触空气温度、调节氧化气氛使还原生成的磁铁矿发生“微氧化”反应，部分转变为磁赤铁矿，可精确调控焙烧产品物相，利用磁赤铁矿比磁化系数低、矫顽力小的特点，提高焙烧产品可选性，同时可回收反应热，预热空气；
f.水冷制浆段，急剧降温，保留磁赤铁矿晶体结构。
（二）性能指标
悬浮磁化焙烧工业生产示范线生产指标：2021年全年平均精矿品位54.38%、回收率89.12%磁铁精矿，较酒钢原有强磁选工艺精矿品位提高11个百分点、金属回收率提高25个百分点以上，指标先进。
三、技术的创造性与先进性
1.技术的创造性：
(1)通过悬浮磁化焙烧过程铁物相分段精准调控机理研究，开发出“预氧化-蓄热还原-保磁冷却-物相调控”悬浮磁化焙烧工艺，对矿石种类适应性强。
(2)设计开发出工业用大型还原炉和保磁冷却余热回收装置等悬浮磁化焙烧工业化关键装备。解决了非均质颗粒流态化还原和高温粉体物料余热回收难题，实现了加热与还原异步分腔，还原参数精准可控，有效避免了还原产品“过氧化”，同时矿石余热得到充分回收，有效降低焙烧能耗成本和碳排放。
(3)通过几种单矿物以悬浮态的方式开展磁化焙烧-有氧冷却过程物相转变机理研究，查明几种人造磁铁矿“过氧化”温度点，设计开发出物相精准调控技术。控制焙砂与空气接触温度、精确调控氧化气氛，使部分磁铁矿发生“微氧化”反应，物相转变为磁赤铁矿（γ-Fe2O3），可有效提高焙烧产品可选性。
(4)开发出一种除尘灰循环再利用系统。该系统将除尘灰直接返回至还原炉给料口，既能提高除尘灰反应温度，保证磁化效果，又能避免其在悬浮焙烧炉返气系统中循环富集，解决了悬浮焙烧过程中除尘灰再利用难题。
2.技术经济指标的先进性：
与原有强磁选工艺相比，酒钢难选氧化铁矿石采用悬浮磁化焙烧成套技术，精矿铁品位提高11个百分点，回收率提高25个百分点，技术经济指标先进。
四、技术的成熟程度，适用范围和安全性
该技术主要应用于难选氧化铁矿石资源的高效利用，具有理论研究充分、工艺路线合理、技术指标先进、能耗低、排放达标等多方面的优势，并且建成了165万吨/年悬浮磁化焙烧工业生产线，可有效回收利用高温烟气及物料余热，拥有完整、高效、环保的工业生产体系，经过实践验证，技术的成熟程度高，安全可靠。
五、应用情况及存在的问题
应用情况：酒钢粉矿悬浮磁化焙烧生产线于2019年12月份交工验收，生产过程稳定、精矿指标波动小、能耗低、烟气排放达到2020年甘肃省工业炉窑深度治理要求。目前该生产线可获得铁品位55%以上，金属回收率89%以上的磁选精矿指标。
存在的问题：目前悬浮磁化焙烧供料系统采用湿法制粉，入料水份在10%左右，入炉前需烘干。若采用干式制粉工艺，降低入料水份，其煤气单耗可进一步降低。但该工艺还需进一步研究工业应用可行性，为后期悬浮焙烧炉系统设计提供思路。
六、历年获奖情况
获得2021年甘肃省冶金有色工业科技进步一等奖；获得2021年酒钢集团公司技术创新成果特等奖。