懸浮式閃速磁化焙燒技術(shù)

左榮寶 李永恒

(湖南長(zhǎng)拓高科冶金有限公司)

懸浮式閃速磁化焙燒技術(shù)

左榮寶 李永恒

(湖南長(zhǎng)拓高科冶金有限公司)

懸浮式閃速磁化焙燒技術(shù)旨在解決低品位弱磁性鐵礦資源以及含鐵尾礦尾渣資源的選礦難題。該技術(shù)具有磁化速度快、產(chǎn)品鐵礦物磁化率高、選別精礦鐵回收率高、原料適應(yīng)范圍廣、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、成本低、投資省、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。介紹了該技術(shù)的應(yīng)用方向及實(shí)際工業(yè)應(yīng)用情況，對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

弱磁性鐵礦石 懸浮式閃速磁化焙燒 應(yīng)用

現(xiàn)在中國(guó)鋼產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的一半，是世界上最大的鐵礦石進(jìn)口國(guó)。2014年中國(guó)鐵礦石進(jìn)口量9.325億t，對(duì)外依存度達(dá)78.5%。據(jù)業(yè)內(nèi)人士估算，全球三大礦業(yè)巨頭的鐵礦石生產(chǎn)成本為30～60美元/t。中國(guó)礦山企業(yè)鐵礦石平均生產(chǎn)成本約85美元/t。由于我國(guó)鐵礦石總產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了其需求量，以及我國(guó)鐵礦石平均生產(chǎn)成本高，中國(guó)對(duì)國(guó)際鐵礦石的定價(jià)幾乎沒(méi)有話語(yǔ)權(quán)。

目前，我國(guó)現(xiàn)有各類大型尾礦庫(kù)2 700多座，鐵尾礦尾渣的累積堆存量超過(guò)50億t。多數(shù)尾礦含鐵高，尚有分選價(jià)值，這些含鐵尾礦中鐵一般呈粉狀或泥狀的低品位弱磁性難選鐵礦物形式存在。以前沒(méi)有合適的選礦工藝，這些尾礦堆存在尾礦庫(kù)中，用之不能，棄之可惜，且堆存量逐年增加，占用土地、污染環(huán)境，很多尾礦庫(kù)在超負(fù)荷或違規(guī)超期服役，存在重大安全隱患。

在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，磁化焙燒是提高鐵礦物磁性最有效的技術(shù)方法之一。當(dāng)前在選礦行業(yè)中使用的豎爐、回轉(zhuǎn)窯等磁化焙燒裝置，存在著入窯原礦粒度粗，磁化反應(yīng)難以深入完全，已還原的焙燒礦在排料與冷卻過(guò)程中，部分被再氧化，磁化率低；粉狀礦不能直接入窯；單窯產(chǎn)能低，大規(guī)模生產(chǎn)需數(shù)臺(tái)窯爐并列，占地面積大，需要的操作工人多，生產(chǎn)成本高等固有缺陷。

為解決低品位弱磁性鐵礦和含鐵尾礦尾渣的選礦難題，中國(guó)工程院余永富院士于2002年提出“懸浮式磁化焙燒工藝”設(shè)想。該技術(shù)是目前從低品位弱磁性難選鐵礦石或含鐵尾礦尾渣中回收鐵較為經(jīng)濟(jì)有效的方法。2012年，湖南長(zhǎng)拓高科冶金有限公司在長(zhǎng)沙投資建設(shè)5萬(wàn)t/a懸浮式閃速磁化焙燒工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)線，2013年初成功完成工業(yè)試驗(yàn)，生產(chǎn)指標(biāo)超過(guò)預(yù)期。

1 懸浮式閃速磁化焙燒過(guò)程

以菱鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦等低品位弱磁性難選鐵礦石或含鐵尾礦、尾渣等為原料，干磨成粉(不必造球)，原料礦粉經(jīng)多級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器與磁化焙燒爐排出的熱廢氣換熱后，進(jìn)入高溫、弱還原性氣氛的懸浮式磁化焙燒反應(yīng)爐。微細(xì)粒干礦粉在懸浮狀態(tài)下與CO接觸并發(fā)生反應(yīng)，使弱磁性的鐵氧化物瞬間轉(zhuǎn)化為強(qiáng)磁性的四氧化三鐵。磁化焙燒后的礦粉經(jīng)多段弱磁選后得到高品位鐵精礦產(chǎn)品。煤、天然氣、煤制氣、可燃廢氣等都可以作為懸浮式閃速磁化焙燒爐的燃料。

2 懸浮式閃速磁化焙燒技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

(1)磁化速度快，生產(chǎn)效率高。進(jìn)入懸浮式閃速磁化焙燒爐的原料礦為細(xì)粉，比表面積大，在懸浮狀態(tài)下可快速完成鐵礦物的磁化反應(yīng)，生產(chǎn)效率高。單爐產(chǎn)能達(dá)250萬(wàn)t/a以上，是回轉(zhuǎn)窖的5倍，磁化反應(yīng)速度是回轉(zhuǎn)窖的百倍。

(2)磁化率高，無(wú)二次高溫氧化。微細(xì)顆粒原料礦粉懸浮在高溫、弱還原性氣氛中，礦粉中凡能被磁化的弱磁性鐵氧化物，幾乎全部轉(zhuǎn)化為有強(qiáng)磁性的四氧化三鐵，磁化反應(yīng)完全，無(wú)夾生現(xiàn)象。而且，從磁化焙燒爐排出的焙燒礦，采用密閉的間接式空氣冷卻器冷卻，已經(jīng)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)磁性的四氧化三鐵，在高溫狀態(tài)下沒(méi)有機(jī)會(huì)接觸有氧空氣，高的磁化率得以保持。懸浮式閃速磁化焙燒工藝的磁化率高達(dá)95%以上。

(3)鐵回收率高，資源得以充分利用。①焙燒礦的高磁化率為實(shí)現(xiàn)高的鐵回收率奠定了基礎(chǔ)；②原礦粉經(jīng)高溫焙燒后，礦物晶格發(fā)生變化，焙燒過(guò)程對(duì)不同礦物晶格產(chǎn)生影響不同，不同礦物間邊界變得明顯，礦物更易單體解離，易于被磨細(xì)和選別回收；③經(jīng)高溫焙燒后，親水性的原礦粉轉(zhuǎn)化為疏水性的焙燒礦粉。在相同的礦漿濃度和磨礦細(xì)度下，焙燒礦漿的黏度遠(yuǎn)低于原礦漿。磁選時(shí)，低黏度的焙燒礦漿對(duì)微細(xì)顆粒鐵礦物向磁輥靠攏的阻力小，易于選別回收；④在低黏度的焙燒礦漿中，微細(xì)顆粒磁性礦物容易形成磁團(tuán)聚，磁性增強(qiáng)，在磁選中容易回收。因此，懸浮式閃速磁化焙燒工藝的鐵回收率可達(dá)90%以上，鐵礦資源的利用率比回轉(zhuǎn)窯提高10～15個(gè)百分點(diǎn)。

(4)原料適應(yīng)范圍廣。塊狀、粒狀、粉狀、泥狀的原礦,甚至尾礦、尾渣都可作為懸浮式閃速磁化焙燒工藝生產(chǎn)線的原料。而粉狀礦不能直接入豎爐或回轉(zhuǎn)窯，因?yàn)榧?xì)礦粉容易被豎爐或回轉(zhuǎn)窯的氣流帶走，或影響豎爐通風(fēng)，或在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)結(jié)圈堵塞。

(5)操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定。懸浮式磁化焙燒爐系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，有較寬的操作范圍，運(yùn)行穩(wěn)定可控，投產(chǎn)即可形成生產(chǎn)能力。懸浮式磁化焙燒爐與預(yù)熱器無(wú)動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)部件，故障率低，維修工作量少，年運(yùn)轉(zhuǎn)率高。

(6)投資省，生產(chǎn)成本低。每條懸浮式閃速磁化焙燒與磁選工藝生產(chǎn)線，只需配備1臺(tái)懸浮式磁化焙燒爐，占地面積小。與回轉(zhuǎn)窯磁化焙燒生產(chǎn)線相比，建設(shè)投資可減少20%～40%，生產(chǎn)規(guī)模越大，投資節(jié)省優(yōu)勢(shì)越明顯。懸浮式閃速磁化焙燒技術(shù)生產(chǎn)集中控制度高、操作工人少、設(shè)備折舊少、工藝熱效率高、設(shè)備故障率低、維修量少。懸浮式閃速磁化焙燒與磁選生產(chǎn)線，原料礦的加工成本約 100元/t。

(7)節(jié)能環(huán)保。在整個(gè)磁化焙燒工藝過(guò)程中，產(chǎn)生的高溫廢氣被全部利用，實(shí)現(xiàn)了較高的能源綜合利用率。如：焙燒爐的高溫尾氣經(jīng)多級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器與冷態(tài)原礦粉換熱，從旋風(fēng)預(yù)熱器外排的熱廢氣送入原礦磨機(jī)，作為熱源用于烘干原礦。高溫焙燒礦采用間接式空氣冷卻器回收余熱，換熱產(chǎn)生的熱空氣一部分作為熱風(fēng)爐的助燃空氣，另一部分作為烘干熱源送入磨煤機(jī)。懸浮式磁化焙燒系統(tǒng)為完全密閉生產(chǎn)，無(wú)粉塵外逸，焙燒系統(tǒng)的熱廢氣用于烘干原礦后，溫度降低，采用高效率的袋式收塵器凈化達(dá)標(biāo)后排入大氣。焙燒礦沉降速度快，易于脫水，精、尾礦都可實(shí)現(xiàn)干堆。

懸浮式磁化焙燒與選礦生產(chǎn)線外排的尾渣中含鐵量很低，已無(wú)堆積保存價(jià)值。一般有下列幾種方式處置尾渣：①尾渣的主要化學(xué)成分是硅、鈣、鐵等，是燒制水泥熟料的必需元素，可以作為水泥廠硅質(zhì)和鐵質(zhì)原料參與原料配料；②尾渣系高溫焙燒礦物，可以作為火山灰質(zhì)混合材摻入熟料磨制水泥；③在尾渣中摻入少量石灰或水泥，制作免燒磚；④在尾渣中摻入少量黏土，可以用于制作燒結(jié)磚；⑤制作蒸壓灰砂磚；⑥制作加氣混凝土；⑦填埋礦山開(kāi)采的坑洞。

3 懸浮式閃速磁化焙燒技術(shù)的應(yīng)用

3.1 低品位弱磁性難選鐵礦石選別

湖北某礦業(yè)公司鐵礦山儲(chǔ)量約5 000萬(wàn)t，主要含鐵礦物為菱鐵礦和褐鐵礦，原礦全鐵品位為30%～37%。該礦業(yè)公司正在建設(shè)一條60萬(wàn)t/a的懸浮式閃速磁化焙燒與磁選生產(chǎn)線，工程建設(shè)投資約9 500萬(wàn)元，年產(chǎn)全鐵品位61%左右的鐵精粉約30萬(wàn)t，鐵精礦生產(chǎn)成本約303元/t(包括煤電消耗、人員工資福利保險(xiǎn)、工廠折舊、應(yīng)繳稅費(fèi)等，進(jìn)廠原礦按50元/t計(jì)價(jià))，目前該項(xiàng)目已完成土建工程和主體設(shè)備安裝。

3.2 從含鐵尾礦尾渣中回收鐵

尾礦、尾渣的分選難度大于原礦，鐵精礦產(chǎn)率低于原礦；但尾礦、尾渣顆粒細(xì)，可節(jié)省粉磨電耗，且無(wú)礦山開(kāi)采成本。采用懸浮式閃速磁化焙燒工藝從尾礦、尾渣中回收鐵，經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)要優(yōu)于原礦，而且，廢渣治理項(xiàng)目符合“資源節(jié)約、環(huán)境友好”發(fā)展戰(zhàn)略。

3.2.1 從強(qiáng)磁選礦廠尾礦中回收鐵

新疆某強(qiáng)磁選礦廠所處理的原礦鐵品位為29.85%，經(jīng)多級(jí)粉磨與強(qiáng)磁選，年產(chǎn)鐵精礦粉70萬(wàn)～100萬(wàn)t。強(qiáng)磁選礦廠的鐵精礦粉生產(chǎn)成本為750元/t以上(含礦山開(kāi)采)，年均外排尾礦約140萬(wàn)t(廢石除外)。尾礦全鐵品位為24.05%，其中磁性鐵含量為6.38%、赤鐵礦中鐵為15.13%、褐鐵礦中鐵為1.17%、碳酸鐵中鐵為0.92%、黃鐵礦中鐵為0.22%、硅酸鐵中鐵為0.23%，尾礦中-0.074 mm粒級(jí)含量為80%。該尾礦的特點(diǎn)是鐵品位低、粒度細(xì)，擬采用懸浮式閃速磁化焙燒工藝從該強(qiáng)磁選礦廠尾礦中回收鐵。為了提高經(jīng)濟(jì)效益，尾礦首先經(jīng)1次強(qiáng)磁拋廢處理，將鐵品位提高至30%～35%。擬建設(shè)一條80萬(wàn)t/a懸浮式閃速磁化焙燒生產(chǎn)線，與現(xiàn)有強(qiáng)磁選生產(chǎn)線串聯(lián)生產(chǎn)。從選礦廠排出的尾礦，經(jīng)強(qiáng)磁拋廢并脫水處理后，由皮帶輸送機(jī)送往露天堆場(chǎng)儲(chǔ)存。利用當(dāng)?shù)氐膹?qiáng)蒸發(fā)條件自然風(fēng)干。富集尾礦在露天堆積一段時(shí)間，當(dāng)含水量降至約5%時(shí)，露天堆場(chǎng)的橋式刮板取料機(jī)將富集尾礦均勻取出，由皮帶輸送機(jī)送往打散烘干機(jī)。焙燒系統(tǒng)排出的熱廢氣作為烘干熱源送入打散烘干機(jī)，從打散烘干機(jī)排出的礦粉水分含量≤1%。該項(xiàng)目工程建設(shè)估算投資10 500萬(wàn)元，年產(chǎn)全鐵品位為61%左右的鐵精礦粉32萬(wàn)t。

3.2.2 從尾礦庫(kù)堆積的尾礦尾渣中回收鐵

湖北某尾礦庫(kù)現(xiàn)有尾礦儲(chǔ)量約4 000萬(wàn)t。經(jīng)強(qiáng)磁富集后，鐵品位提高至39.91%，其中磁性鐵含量為1.81%、赤褐鐵礦中鐵為24.39%、碳酸鐵中鐵為12.3%、硫化物中鐵為0.54%、硅酸鐵中鐵為0.87%。該尾礦顆粒較粗，需進(jìn)行再磨處理，且南方雨季期尾礦水分高，需設(shè)尾礦烘干機(jī)。擬建設(shè)一條120萬(wàn)t/a懸浮式閃速磁化焙燒與選礦生產(chǎn)線，工程建設(shè)投資約15 000萬(wàn)元，年產(chǎn)鐵品位61%±2%的精礦約63萬(wàn)t。

4 懸浮式閃速磁化焙燒工業(yè)試驗(yàn)

2013年2月，湖南長(zhǎng)拓高科冶金有限公司成功完成5萬(wàn)t/a懸浮式閃速磁化焙燒工業(yè)試驗(yàn)，試生產(chǎn)原料來(lái)自湖北某礦。原礦鐵品位為33.93%，其中：磁性物中鐵為0.24%、赤褐鐵礦中鐵為23.20%、假象赤鐵礦中鐵為0.12%、碳酸鐵中鐵為8.64%、硫化物中鐵為0.46%、硅酸鐵中鐵為1.27%。磁化焙燒爐的燃料以煤粉為主，少量煤制氣用于調(diào)節(jié)爐內(nèi)還原氣氛。工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)線的磁化焙燒爐的容積比實(shí)驗(yàn)室爐大得多，因而爐內(nèi)溫度、風(fēng)速和還原性氣氛易于調(diào)節(jié)。試生產(chǎn)指標(biāo)超過(guò)預(yù)期，投料10 h后即達(dá)到磁化爐設(shè)計(jì)產(chǎn)量(7.5 t/h)，投料72 h產(chǎn)量穩(wěn)定在10 t/h以上，并保持良好穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)線未建磁選車間，焙燒礦采用磁選管(磁場(chǎng)強(qiáng)度為143.31 kA/m)1次磁選可獲得鐵品位58.6%、回收率94.89%的鐵精礦。工業(yè)試生產(chǎn)持續(xù)一個(gè)月，期間獲取了大量重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如最經(jīng)濟(jì)的礦粉細(xì)度、焙燒溫度、CO濃度、爐內(nèi)氣流速度等?；菊莆樟巳踹€原性氣氛的低成本調(diào)制、多級(jí)循環(huán)旋流磁化焙燒、高溫粉體防氧化冷卻、操作參數(shù)智能控制等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，為規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)時(shí)采用多段磁選，獲得了理想的精礦指標(biāo)。

5 懸浮式閃速磁化焙燒技術(shù)的應(yīng)用前景

中國(guó)正計(jì)劃整合國(guó)內(nèi)礦業(yè)，打造鐵礦石巨型企業(yè)。爭(zhēng)取在未來(lái)10 a，中國(guó)鐵礦石總消費(fèi)量的50%由國(guó)內(nèi)供給，打破鐵礦石依賴進(jìn)口的困局，提升中國(guó)對(duì)鐵礦石的定價(jià)權(quán)。要實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，我國(guó)需新增鐵礦石產(chǎn)能約2億t/a。限于我國(guó)鐵礦石資源條件，大部分新增鐵礦產(chǎn)能只能來(lái)自低品位弱磁性鐵礦資源和含鐵尾礦尾渣資源。懸浮式閃速磁化焙燒技術(shù)的推廣應(yīng)用，可以使我國(guó)數(shù)百億噸低品位弱磁性鐵礦石資源和數(shù)十億噸含鐵尾礦尾渣資源低成本地生產(chǎn)高品位的鐵精礦成為可能，對(duì)降低我國(guó)鐵礦資源對(duì)外依存度和提高對(duì)國(guó)際鐵礦石定價(jià)話語(yǔ)權(quán)具有重要意義。

2015-05-18)

左榮寶(1953—)，男，總工程師，410005 湖南省長(zhǎng)沙市開(kāi)福區(qū)體育館路36號(hào)。