[发明专利]铁精矿煤基直接还原法及所用的复合粘结剂

说明书

本发明涉及一种用于金属生产的直接还原法，特别是用于铁的还原。

目前，国内外回转窑法直接还原生产铁，都以优质天然块矿或高温氧化焙烧球团矿为炉料。当以氧化焙烧球团矿为炉料时，铁矿粉经造球、预热、干燥后，在回转窑(竖炉内)经1200℃以上高温氧化焙烧、固结，再入回转窑进行高温直接还原(通称“二步法”)，其主要缺点有：生产流程长、高温设备多、建设投资大、能源消耗多、生产效率低、加工成本高，球团还原速度慢、还原过程球团破裂剥落现象较严重；为了解决以上问题，中国专利CN85103346公开了一种利用腐殖酸钠为复合粘结剂的冷固结球团直接还原法，省去了“二步法”中的高温预热氧化固结过程，尽管如此，所使用的复合粘结剂内配煤粉，不利于提高铁的含量，球团不耐湿，在潮湿空气中存放，其强度会明显降低。

为了进一步简化工艺过程，降低能耗、提高产品回收率，本发明提供一种新型的球团还原法及其所使用的复合粘结剂。

本发明提供的复合粘结剂，其组成成份为：固体腐殖酸钠90～96％(重量)，消石灰4～10％(重量)。腐殖酸钠通过以褐煤、NaOH为原料按常规方法制备。

使用复合粘结剂，利用铁精矿直接还原生产铁的工艺流程如下：

在铁精矿中加入1～3％(重量百分比)复合粘结剂，混匀以后将混合料加水湿润，经5～10分钟的碾磨或润磨处理后造球，所得球团可直接进入回转窑还原，也可经低温干燥后入炉还原，球团低温干燥温度为100～300℃，风速为1.0～1.8M/s，时间为20～30分钟。还原采用快速升温制度，升温速度为每分钟7～10℃，在80～100分钟内升温至还原温度1000～1100℃，还原保温时间为160～180分钟。

本发明与传统的采用氧化球团为炉料的“二步法”相比，其主要特点是：

①取消了“二步法”中的球团高温氧化焙烧过程，只经一步高温过程即可得到直接还原铁，设备投资少44.2％、产量可提高37.5％、节约能源33.32％、成本降低21.4％；

②球团的还原速度快，不存在氧化球团所固有的低温还原粉化现象；

③产品质量好，含铁量比采用氧化球团时高2％左右；

④复合粘结剂“一物多用”，既是粘结剂，又是还原剂、催化剂。

本发明与“有机化合物固结球团直接还原法”相比，有如下主要特点：

①粘结剂不同：由单一的有机粘结剂(腐殖酸钠)，改为有机(腐殖酸钠)与无机(消石灰)的混合物；

加入消石灰的主要作用是：

A.还原催化作用：使球团的还原速度明显加快，高温(1050℃)还原40分钟，金属化率即可高达92％以上，与氧化球团相比，达到同样金属化率的时间要提前60分钟左右。正因如此，这种复合粘结剂球团可以不内配煤粉，有利于提高产品质量，还原温度可维持在1100℃以下；

B.改善球团的耐湿性能：单纯用腐殖酸钠为粘结剂的球团，其主要缺点是不耐湿，在空气中存放时间过长会因吸潮而强度明显下降，加入消石灰后在潮湿环境中长期存放而对强度无明显影响，当适当提高消石灰用量时，球团可在水中浸泡；

C.改善球团的高温抗爆裂性能，该球团抗压300N/个左右、落下＞8次/1m、耐磨指数(-300mm)＜3％。

②球团不内配煤粉：内配煤的目的是改善还原剂与铁氧化物的接触条件，提高球团的还原速度。因消石灰的还原催化作用，不内配煤亦能达到很快的还原速度。因不内配煤，产品的含铁量可提高2％到3％；

③可以采用湿球直接入窑：由于石灰加入，球团的高温抗爆裂性能提高，因而可采用湿球入窑还原。使工艺过程可进一步简化、设备投资降低(可取消干燥设施)；

④还原操作制度改进：采用快速升温、较低温度(＜1100)还原的操作制度。

本工艺除用于铁精矿球团直接还原生产海绵铁之外，还可生产预还原球团矿作为高炉炉料，使高炉增产、节能；亦可应用于难选难冶的多金属共生铁矿(如含Zn、Sn、Pb、P、As较高的铁矿)的综合回收利用，有着广阔的应用前景。

实施本发明的最佳方案为：

按重量比为98.5％的铁精矿粉、1.5％的复合粘结剂(按重量比计算，其中消石灰占8％，腐殖酸钠占92％)，加总重量5～6％的水一起混合均匀，经10分钟的润磨(或碾压)后造球，球团Ф8～15mm。湿球经200℃的低温干燥后入窑还原，其还原工艺条件为：650℃时球团进窑，历时100分钟，升温至1050℃，恒温还原80分钟，产品金属化率可达95％以上。