复杂难选铁矿石渣铁分离还原冶选联合工艺技术的应用

复杂难选铁矿石渣铁分离还原冶选联合工艺技术的应用 周 伟1 陶立群2 唐竹胜2 （1 鞍钢集团矿业公司；2沈阳博联特熔融还原科技有限公司） 摘 要：针对我国复杂难选铁矿资源开发运用现状，阐述了复杂难选铁矿石渣铁分离还原冶选联合工艺技术研究现状及技术进展，具体介绍了40万t/a废弃硫酸渣回收运用工程、50万t/a高磷鲕状赤铁矿渣铁分离还原冶选联合工艺技术中试基地工程。 关键词：复杂难选铁矿石 渣铁分离还原 冶选联合工艺 工业应用 我国铁矿资源的重要特点是贫、细、杂，复杂难选铁矿资源占中国铁矿资源的93%以上，由于国内优质铁矿资源匮乏、复杂难选铁矿石运用率低、铁矿石生产公司产能局限性，致使国内铁矿石供需矛盾日趋紧张，已成为制约我国经济可连续发展的资源瓶颈。因此，合理有效地开发国内铁矿资源，特别是受当前常规选矿技术限制而未能有效运用的复杂难选铁矿资源，成为国内矿业和冶金行业面临的关注重点。 近年来，国内对复杂难选铁矿石的高效开发运用开展了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果，但能实现工业应用的成果并不多。在复杂难选铁矿资源合理开发运用过程中，由于选冶综合运用工艺技术不完善，装备水平相对落后，导致铁精矿品位、金属化率、回收率较低，难以满足低成本冶炼的规定。为此，针对某些复杂难选铁矿石，我国相关科研工作者将矿物加工、冶金和冶金物理化学等多学科有机结合，突破“选矿—球团(烧结)—高炉冶炼”的传统理念，提出“渣铁分离还原冶选联合工艺技术”解决复杂难选铁矿石，取得了一定的成绩，并实现工业应用。 l 复杂难选铁矿石渣铁分离还原冶选联合工艺技术简介 复杂难选铁矿石渣铁分离还原技术是指将不能直接作为高炉原料的复杂难选铁矿石在比磁化焙烧更高的温度和更强的还原气氛(有的需要借助反映助剂或其他外加剂的作用)，将复杂难选铁矿石中的三价铁或二价铁还原成单质铁，并使单质铁生长到一定粒度的金属铁颗粒(金属铁)，以便于后续选冶解决[1～2]。 “直接还原”特指在高炉软熔带以下的固体碳与熔体中三价铁或二价铁直接发生还原反映生成金属铁的过程。“熔融还原”是指不用高炉而在高温熔融状态下还原铁矿石，获得与高炉铁水相似的液态铁水的过程。直接还原和熔融还原对原料规定较高，通常为高品位块矿、铁精矿或氧化球团。 渣铁分离还原是介于“直接还原”和“熔融还原”之间的一种状态，该工艺包含复杂难选铁矿石中的铁氧化物还原和金属铁颗粒长大两个过程，其产品为金属铁颗粒，不同于直接还原产品(DRI)和熔融还原产品(液态铁水)。渣铁分离还原的原料是复杂难选铁矿石，原料成分复杂，还原过程不仅包含铁氧化物的还原相变，还存在其他矿物的还原及矿物之间更复杂的反映，将复杂、很细的难选铁矿物在较低的还原温度下，将其还原成金属铁的同时，使金属铁颗粒长大，通过磨选，实钞票属铁与脉石分离，从而获得品位90%以上、金属化率93%以上、回收率93%以上的金属铁产品。因此，渣铁分离还原与非高炉炼铁中的“直接还原”和“熔融还原”有本质的区别，为避免与已有概念发生混淆，将其称为“渣铁分离还原”更为合适。 因此，复杂难选铁矿石渣铁分离还原冶选联合工艺技术是指将复杂难选铁矿石渣铁分离还原后得到的金属铁颗粒和硅酸盐混合物，经磨选或筛分后，再经非高炉高温熔融冶炼，获得液态半钢铁水产品的过程。 2 复杂难选铁矿石渣铁分离还原冶选联合工艺技术进展 近年来，相关科研单位采用渣铁分离还原冶选联合工艺技术解决复杂难选铁矿石，取得了一定的成绩。如：湖南高磷鲕状赤铁矿石[3]、吉林临江羚羊铁矿石[4]、白云鄂博氧化矿石[5]、钒钛磁铁矿[6]等复杂难选铁矿石经深度还原(1000℃～1300℃)—磁选后，产品铁品位和铁回收率与磁化焙烧(800℃～950℃)相比，有大幅度的提高，产品铁品位≥80%，铁回收率≥90%，金属化率90%～95%，但技经指标仍然不抱负。 根据已有研究结果，采用渣铁分离还原冶选联合工艺技术解决复杂难选铁矿石可以取得良好的指标，但实验研究转化为工业应用还涉及以下问题：在工艺中如何控制矿石中有害元素和有益元素的走向；如何控制金属铁颗粒生长尺寸，克制金属铁颗粒中含铁硅酸盐的夹杂；如何控制反映进程、提高反映效率、减少反映能耗、减少渣量和其他废气、废水等污染物的排放；如何提高产品的铁品位和质量，以抵消渣铁分离过程中还原剂和能耗的成本；适宜的渣铁分离还原装备等。 针对上述问题，沈阳博联特熔融还原科技有限公司，依托东北大学在冶金领域学科优势，经数年潜心研究，该公司已拥有自主产权的多项发明、专利和整套冶金生产工艺技术，具有生产直接还原铁和熔融还原炼铁项目的整体设计、施工和工程总包的能力。特别是在复杂难选铁矿石渣铁分离还原冶选联合工艺技术方面，独树一帜。采用博联特公司的渣铁分离还原工艺技术和装备，可以解决鲕状赤铁矿、羚羊石铁矿、菱铁矿、赤铁矿、褐铁矿等难选铁矿；钒钛磁铁矿、硼铁矿、红土镍矿、铬铁矿、锰铁矿等复合矿；硫酸渣、氧化铝赤泥、铜渣、铅锌渣、除尘污泥等含铁废料及高硫、高磷、高砷等特殊矿种；在1080℃～1280℃的还原温度下，复杂难选铁矿石经还原—磁选后，获得TFe≥90%、金属化率93～98%、铁回收率93～98%的三个90%指标金属铁产品。自主创新和研发的复杂难选铁矿石渣铁分离还原冶选联合工艺技术处在行业领先地位，设计独自的系列非标专用设备，其核心环节均有自主知识产权，目前尚无竞争者，市场规模和发展潜力巨大。 3 应用实例 3.1 40万t/a废弃硫酸渣回收运用工程 ⑴ 工程概况 内蒙古齐华矿业公司拥有自备硫铁矿矿山，年产22万t硫酸及40万t硫酸渣。硫酸渣又称为黄铁矿烧渣，是化工厂运用黄铁矿生产硫酸时排出的“废渣”。目前，我国对100%的硫酸渣还没找到很好的解决方法，一般采用填埋解决或做水泥工业添加剂，从而出现了晴日红尘飞，雨天红水流的严重污染现象。 近年来，随着铁矿石价格的不断攀升，从硫酸渣中回收铁精矿已成为研究热点。针对不同性质的硫酸渣，进行了磁选、重选、浮选等不同工艺的研究，取得了一定的研究成果，但其共同的局限性是精矿品位、回收率均偏低，硫含量偏高或对硫酸渣的硫含量有限制，没有进行工业应用。 本工程采用焙烧还原+电煤熔分技术，生产熔融还原铁。 熔融还原铁可代替生铁作炼钢原料，更是生产优质钢，纯净钢不可缺少的原料。随着电炉—连铸—连轧短流程钢厂的发展和电炉钢品种中优质钢、纯净钢的比例增长，熔融还原铁成为具有资源条件的地区发展钢铁工业首选项目，也是列为我国钢铁工业发展方向之一的首选项目。 该工程采用沈阳博联特熔融还原科技有限公司提供的“硫酸渣生产熔融还原铁工艺技术”和各项专利技术、直接还原铁和熔融还原铁专有设备，采用三次脱硫、二次还原、一次熔分、余热综合运用的整套工艺技术路线，对硫酸渣实行综合运用，最大限度的做到节能减排、低耗高效、循环经济，为公司延伸产业链，提高经济效益，并为我国硫酸渣合理运用探索出新的途径。 设计采用预解决—烘干—链箅机—回转窑—稳定仓—BLT电煤熔分炉生产熔融还原铁工艺流程；采用首席工程师远程控制系统及PLC现场控制系统，实现所有设备自动化无值守控制，使生产在最佳状态下运营，并提高劳动生产率。工