[发明专利]一种利用生物质还原钒钛磁铁矿联产合成气的方法

说明书

本发明提出一种采用生物质替代煤炭作为还原剂还原钒钛磁铁矿联产合成气的方法，利用生物质活性好、杂质少、排放低等特点，以达到含铁原料的低温、快速、高效还原的目的。同时，利用铁氧化物中的晶格氧以及铁矿物对焦油等大分子组分裂解的催化性能，实现生物质组分的资源化转化。此外，将获得的预还原含铁原料与合成气一起经过热压成型工序，利用合成气的还原性，有利于保护预还原含铁原料在热压成型工序中被氧化。该方法不仅对实现含铁原料的高效综合利用具有重要意义，而且还可缓解我国能源供应的紧张局面，显著降低多种污染物的排放，带来巨大的能源和环境效益。

技术领域

本发明涉及一种钒钛磁铁矿的分离提取方法，具体涉及一种利用生物质还原钒钛磁铁矿联产合成气的方法，属于矿物质的分离技术领域。

背景技术

从世界范围看，目前对含铁原料的处理方法有：(1)高炉炼铁流程，包括烧结/球团、焦化、高炉等多个环节，其中的焦化和烧结等辅助工序能耗高(约占钢铁生产能耗的60％-70％)、污染严重，是环境治理的主要对象，国家在《钢铁产业调整和振兴规划》中将“加强非高炉冶炼新流程清洁工艺技术研发和试验”等作为推进钢铁行业节能减排的重点任务；(2)非高炉流程，其中煤基直接还原工艺条件要求苛刻，效率低、产品质量不稳定、还原效果不理想；气基直接还原工艺，须以天然气资源为原料，极大的限制了该工艺在世界范围的推广应用。

在上世纪50年代，我国就开始了直接还原技术的研究与开发。由于天然气资源的匮乏，主要立足于煤基回转窑工艺的试验研究，但由于运行费用高、生产控制及维护要求高、生产规模难以扩大等原因，发展极为缓慢。且多数产品质量不稳定，严重降低了DRI的使用价值，对我国钢铁工业以及装备制造业的发展产生不良的影响。

钒钛磁铁矿为一种铁、钒、钛等多金属元素共生的复合矿，具有很高的综合利用价值。目前我国钒钛磁铁矿资源已探明储量达300亿吨以上，由于其矿相复杂、结构稳定具有较高的固态还原难度，极大的限制了该资源的有效开发利用。

从上世纪80年代开始，我国便对转底炉煤基直接还原技术进行了大量研究，但均未实现工业化生产。近年来，随着含铁尘泥的处理和复合矿综合利用以及扩大产能的需要，转底炉工艺受到人们的关注。用于复合矿的综合利用(四川龙蟒、攀枝花、日照)，含铁粉尘利用(马钢、沙钢)，生产预还原炉料(山西翼城、莱钢、天津荣程)的多座转底炉已投产。其主体设备类似于环型加热炉，结构复杂，运行费用较高；生产的控制要求较高，生产的稳定性(产品的质量、设备的运行)未达到人们预期的水平。转底炉以含碳球团或含碳压块为原料，由于煤灰的渗入，其产品铁品位低，含S高，难以满足电炉炼钢生产的需要，仍处于发展开发阶段。

生物质是光合作用产生的有机可燃物的总称，具有低硫、低氮的特点，其反应活性好，是冶金领域中十分优良的还原剂，且产生的CO₂参与大气的碳循环，其代替焦粉、无烟煤等化石能源，既可以缓解我国能源供应的紧张局面，还可显著降低多种污染物(CO_x、SO_x、NO_x)的排放。同时，生物质受热分解产生的生物质炭、生物油和含烃气相等三类产物，在铁氧化物(晶格氧)的参与下可高效地资源化转化，且部分含铁矿物对焦油等大分子组分的裂解表现出良好的催化性能。相比于代价高昂的生物质富氧转化具有明显的经济和技术优势。

现有技术中针对含铁矿的直接还原工艺中，都是采用煤炭作为还原剂，存在反应温度高、反应时间长、产品质量差等难以克服的问题。目前，国内外针对铁矿生物质还原的研究多以生物质炭(生物质热解产物之一)作还原剂为主。相比于结构致密的块状煤焦而言，生物质炭具有多孔隙、高比表面积的特点，其燃烧性、反应性等特性明显好于煤炭。使用生物质炭作还原剂的还原过程具有更低的反应温度、更高的反应速率且产品具有更高的还原度及更低的杂质含量。在低品位矿磁化焙烧、高磷铁矿的脱磷、高金属含量粉尘的处理和含碳球团的直接还原等方面，生物质炭均表现出较高的研究价值和应用前景。然而，对于生物质热解的另外两种产物(生物油、气相)在还原中的转化利用尚未引起关注。

发明内容