專利名稱：一種利用生物質(zhì)焦制備海綿鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)焦的制備及其用于直接還原鐵氧化物生產(chǎn)海綿鐵的方法，屬于礦物加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國鐵礦石總儲量約為462. 32億t (不包括臺灣省)，占世界總儲量的17. 86%。我國鐵礦石貧礦多、富礦少，礦石平均品位低，貧礦占總儲量的97. 5% ;礦石類型復(fù)雜，氧化礦、多金屬共生礦石及難選礦石多，且嵌布粒度細，幾乎全部開采的礦石都需經(jīng)選礦處理，而貧、細、雜的鐵礦在選礦領(lǐng)域也存在很多技術(shù)難題，從而影響著冶金行業(yè)的原料使用。目前，我國磁鉄礦的選礦工藝主要有階段磨礦、細粒高梯度磁選、反浮選等工藝，對于細粒嵌布、與脈石結(jié)構(gòu)關(guān)系復(fù)雜的磁鉄礦，采用上述工藝都存在選礦成本高、精礦品位和回收率不能雙保等問題。褐鐵礦由于受自然性質(zhì)的制約，采用物理選礦方法鐵精礦品位很難達到60. 00%，且難以獲得較高的金屬回收率，屬于復(fù)雜難選的鐵礦石之一。
針對此類貧、細、雜難選別的鐵礦物，近幾十年發(fā)展起來的磁化焙燒技術(shù)和直接還原技術(shù)可部分有效地解決精礦品位和回收率雙保的問題，由于直接還原技術(shù)可直接生產(chǎn)鐵精粉含量較高的鐵精礦，可省去冶金行業(yè)的煉鐵步驟，故對于后續(xù)冶金過程來說直接還原技術(shù)又優(yōu)于磁化焙燒技術(shù)。但是，目前磁化焙燒技術(shù)和直接還原技術(shù)基本是煤基還原，這對我國乃至全球的化石燃料煤產(chǎn)生巨大的依賴，而化石燃料煤的不可再生性又直接影響著直接還原技術(shù)的發(fā)展。因此，尋找一種可再生資源替代化石燃料煤成為當(dāng)前亟待解決的問題。生物質(zhì)作為唯一種可再生的碳中性碳源資源分布廣、產(chǎn)量大，與傳統(tǒng)化石能源相比具有巨大的經(jīng)濟、環(huán)保優(yōu)勢和社會效益。生物質(zhì)資源通常具有可磨性差、體積密度小、能量密度低和水分含最高等缺陷，由此限制了其在工業(yè)中的直接利用。目前，大部分研究是在生物質(zhì)的氣化、發(fā)電等方面 ，對于生物質(zhì)焦的制備及其作為還原劑的應(yīng)用研究則較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是制備生物質(zhì)焦及其用于直接還原鐵氧化物生產(chǎn)海綿鐵，將可再生資源生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為還原劑生物質(zhì)焦，替代化石燃料煤，提高生物質(zhì)的利用效率和能量密度，降低能耗和污染，同時減少溫室效應(yīng)，生物質(zhì)焦生成的氣體循環(huán)利用，節(jié)約能源，又可在鐵氧化物還原中加以利用，節(jié)能的同時，強化還原氣氛。一種利用生物質(zhì)焦制備海綿鐵的方法，具體步驟如下
(1)將生物質(zhì)放于氣體循環(huán)電爐中，升溫至450-650°C，恒溫保持30-70min，制得直接還原鐵氧化物的生物質(zhì)焦；生物質(zhì)包括玉米秸桿、松樹鋸末、樹葉、廢紙等；
(2)將鐵氧化物與生物質(zhì)焦混合，其中生物質(zhì)焦用量為鐵氧化物的15-30wt%，生物質(zhì)焦生產(chǎn)海綿鐵的還原溫度為1150-1250°C，保溫時間40-70min，鐵氧化物與生物質(zhì)焦混合物中加入碳酸鈣10-20wt%作為助熔劑，以降低還原溫度并促進還原程度；鐵氧化物包括硫酸燒渣、磁鉄礦、褐鐵礦、鏡鐵礦等；
(3)將還原產(chǎn)品采用兩段磨礦，一段磨礦細度為-0.074mm占70_80%，二段磨礦細度為-o. 043mm占85_90%，兩段磁選磁場強度均為70_100kA/m。所述步驟(I)中用于生產(chǎn)生物質(zhì)焦的生物質(zhì)玉米秸桿、樹葉、廢紙破碎至3-5mm(長軸長度)以滿足制備生物質(zhì)焦的生物質(zhì)的粒度要求。步驟(I)中制備生物質(zhì)焦所采用的氣體循環(huán)電爐是由可翻轉(zhuǎn)篩板1、加料口 2、.進氣口 3、排氣口 4、爐膛5、爐身6、旋鈕7、排料口 8組成；由排料口排出的焦油，與玉米秸桿、松樹鋸末、樹葉、廢紙等生物質(zhì)混合，由加料口進入爐膛，開始加熱，生成的廢氣由排氣口排出，循環(huán)利用，既可由進氣口進入，加熱生物質(zhì)，又可通入流化床，作為還原劑和熱源加熱鐵氧化物。形成的焦油經(jīng)篩板流出排料口，再次與生物質(zhì)混合碳化制成生物質(zhì)焦；生物質(zhì)在氣體循環(huán)電爐中完成加熱保溫后，控制旋鈕使可翻轉(zhuǎn)篩板翻轉(zhuǎn)，生成的生物質(zhì)焦由排料口排出。所述步驟(I)中收集制備生物質(zhì)焦產(chǎn)生的焦油，混入下一批生物質(zhì)中進行二次炭化，實現(xiàn)資源的充分利用。所述步驟(I)中制備生物質(zhì)焦產(chǎn)生的廢氣在爐內(nèi)循環(huán)使用，也可在鐵氧化物還原中利用，以降低能量損失，節(jié)約成本。所述步驟(I)中制備的生物質(zhì)焦產(chǎn)率22-32%，固定碳70-85% (高于煙煤)，灰分
0.8-2. 0%，其質(zhì)量優(yōu)于煙煤，可與無煙煤媲美，且N、S含量低，空氣污染小。所述步驟(2)中生物質(zhì)焦對鐵氧化物的直接還原過程在隧道窯、回轉(zhuǎn)窯、流化床、豎爐等設(shè)備中均可實現(xiàn)。
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本發(fā)明將可再生資源生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為還原劑生物質(zhì)焦，替代化石燃料煤，提高生物質(zhì)的利用效率和能量密度，降低能耗和污染，同時減少溫室效應(yīng)，生物質(zhì)焦生成的氣體循環(huán)利用，節(jié)約能源，又可在鐵氧化物還原中加以利用，節(jié)能的同時，強化還原氣氛。用生物質(zhì)焦作為還原劑直接還原鐵氧化物制備海綿鐵，海綿鐵品位達到90%以上，回收率85%以上。該方法中生物質(zhì)焦具有低N、低S的優(yōu)點，且可減少CO2排放量。對于錳、鉻、釩等金屬化合物該方法也具有較好效果。


圖1是本發(fā)明制備生物質(zhì)焦設(shè)備，氣體循環(huán)電爐的示意圖。1.可翻轉(zhuǎn)篩板；2.加料口 ；
3.進氣口 ；4.排氣口 ；5.爐膛；6.爐身；7.旋鈕；8.排料口 圖2是本發(fā)明生物質(zhì)焦及海綿鐵的工藝流程圖。
具體實施例方式以下實例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是對本發(fā)明范圍的限制。具體操作方法
實施例1
將玉米秸桿破碎至3-5mm置于自行設(shè)計的氣體循環(huán)電爐中加熱，升溫至500°C，恒溫保持50min，制得的生物質(zhì)焦產(chǎn)率28%，固定碳70_85%，灰分1. 2%。收集制備生物質(zhì)焦產(chǎn)生的焦油，混入下一批破碎后的玉米秸桿中進行二次炭化，實現(xiàn)資源的充分利用；制備生物質(zhì)焦產(chǎn)生的廢氣在爐內(nèi)循環(huán)使用，以降低能量損失，節(jié)約成本。將鐵品位為55%的硫酸燒渣與生物質(zhì)焦混合，其中硫酸燒渣、生物質(zhì)焦、助熔劑碳酸鈣配比為20 5 4，混勻后放入隧道窯升溫至1150°C，恒溫保溫70min，然后自然冷卻。采用兩段磨礦，一段磨礦細度為_0. 074mm占70-80%，二段磨礦細度為-0. 043mm占85_90%，兩段磁選磁場強度均為90kA/m。磁選產(chǎn)品烘干后稱量、化驗，獲得鐵品位90. 1%、回收率87. 37%、含硫0. 05%的精礦。實施例2
將松樹鋸末置于自行設(shè)計的氣體循環(huán)電爐中加熱，升溫至450°C，恒溫保持70min，制得的生物質(zhì)焦產(chǎn)率32%，固定碳70%，灰分2. 0%。收集制備生物質(zhì)焦產(chǎn)生的焦油，混入下一批松樹鋸末中進行二次炭化，實現(xiàn)資源的充分利用；制備生物質(zhì)焦產(chǎn)生的廢氣在爐內(nèi)循環(huán)使用，以降低能量損失，節(jié)約成本。將鐵品位為37%的褐鐵礦與生物質(zhì)焦混合，其中褐鐵礦、生物質(zhì)焦、助熔劑碳酸鈣配比為20 6 3，混勻后放入回轉(zhuǎn)窯升溫至1200°C，恒溫保溫50min，然后自然冷卻。采用兩段磨礦，一段磨礦細度為-0. 074mm占70_80%，二段磨礦細度為-0. 043mm占85_90%，兩段磁選磁場強度均為70kA/m。磁選產(chǎn)品烘干后稱量、化驗，獲得鐵品位90. 32%、回收率85. 52%的精礦。實施例3
將樹葉破碎至3-5mm，置于自行設(shè)計的氣體循環(huán)電爐中加熱，升溫至550°C，恒溫保持40min,制得的生物質(zhì)焦產(chǎn)率27. 5%，固定碳80. 6%，灰分0. 94%。收集制備生物質(zhì)焦產(chǎn)生的焦油，混入下一批破碎后的樹葉中進行二次炭化，實現(xiàn)資源的充分利用；制備生物質(zhì)焦產(chǎn)生的廢氣在爐內(nèi)循環(huán)使用，以降低能 量損失，節(jié)約成本。將鐵品位為35%的鏡鐵礦與生物質(zhì)焦混合，其中鏡鐵礦、生物質(zhì)焦、助熔劑碳酸鈣配比為20 4 3，混勻后放入流化床升溫至12000C,恒溫保溫55min,用制備生物質(zhì)焦的廢氣作為還原氣體,然后自然冷卻。采用兩段磨礦，一段磨礦細度為-0. 074mm占70_80%，二段磨礦細度為-0. 043mm占85_90%，兩段磁選磁場強度均為100kA/m。磁選產(chǎn)品烘干后稱量、化驗，獲得鐵品位90. 5%、回收率91. 45%的精礦。實施例4
將廢紙破碎至3-5mm，置于自行設(shè)計的氣體循環(huán)電爐中加熱，升溫至650°C，恒溫保持30min,制得的生物質(zhì)焦產(chǎn)率22%，固定碳85%，灰分0. 8%。收集制備生物質(zhì)焦產(chǎn)生的焦油，混入下一批破碎后的廢紙中進行二次炭化，實現(xiàn)資源的充分利用；制備生物質(zhì)焦產(chǎn)生的廢氣在爐內(nèi)循環(huán)使用，以降低能量損失，節(jié)約成本。將鐵品位為45%的磁鉄礦與生物質(zhì)焦混合，其中磁鉄礦、生物質(zhì)焦、助熔劑碳酸鈣配比為20 3 2，混勻后放入豎爐升溫至1250°C，恒溫保溫40min，然后自然冷卻。采用兩段磨礦，一段磨礦細度為-0. 074mm占70_80%，二段磨礦細度為-0. 043mm占85_90%，兩段磁選磁場強度均為90kA/m。磁選產(chǎn)品烘干后稱量、化驗，獲得鐵品位91%、回收率88. 98%的精礦。
權(quán)利要求
1.一種利用生物質(zhì)焦制備海綿鐵的方法，其特征在于具體步驟如下 (1)將生物質(zhì)放于氣體循環(huán)電爐中，升溫至450-650°C，恒溫保持30-70min，制得直接還原鐵氧化物的生物質(zhì)焦；生物質(zhì)為玉米秸桿、松樹鋸末、樹葉、廢紙； (2)將鐵氧化物與生物質(zhì)焦混合，其中生物質(zhì)焦用量為鐵氧化物的15-30wt%，生物質(zhì)焦生產(chǎn)海綿鐵的還原溫度為1150-1250°C，保溫時間40-70min，鐵氧化物與生物質(zhì)焦混合物中加入碳酸鈣10-20wt%作為助熔劑，以降低還原溫度并促進還原程度；鐵氧化物包括硫酸燒渣、磁鉄礦、褐鐵礦、鏡鐵礦； (3)將還原產(chǎn)品采用兩段磨礦，一段磨礦細度為-0.074mm占70_80%，二段磨礦細度為-0. 043mm占85_90%，兩段磁選磁場強度均為70_100kA/m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用生物質(zhì)焦制備海綿鐵的方法，其特征在于所述步驟(I)中用于生產(chǎn)生物質(zhì)焦的生物質(zhì)玉米秸桿、樹葉、廢紙長軸長度破碎至3-5_以滿足制備生物質(zhì)焦的生物質(zhì)的粒度要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用生物質(zhì)焦制備海綿鐵的方法，其特征在于步驟(I)中制備生物質(zhì)焦所采用的氣體循環(huán)電爐是由可翻轉(zhuǎn)篩板(I)、加料口(2)、.進氣口(3)、排氣口(4)、爐膛(5 )、爐身(6 )、旋鈕(7 )、排料口( 8 )組成；由排料口排出的焦油，與玉米秸桿、松樹鋸末、樹葉、廢紙生物質(zhì)混合，由加料口進入爐膛，開始加熱，生成的廢氣由排氣口排出，循環(huán)利用，既能由進氣口進入，加熱生物質(zhì)，又能通入流化床，作為還原劑和熱源加熱鐵氧化物；形成的焦油經(jīng)篩板流出排料口，再次與生物質(zhì)混合碳化制成生物質(zhì)焦；生物質(zhì)在氣體循環(huán)電爐中完成加熱保溫后，控制旋鈕使可翻轉(zhuǎn)篩板翻轉(zhuǎn)，生成的生物質(zhì)焦由排料口排出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用生物質(zhì)焦制備海綿鐵的方法，其特征在于所述步驟(I)中收集制備生物質(zhì)焦產(chǎn)生的焦油，混入下一批生物質(zhì)中進行二次炭化，實現(xiàn)資源的充分利用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用生物質(zhì)焦制備海綿鐵的方法，其特征在于所述步驟(I)中制備生物質(zhì)焦產(chǎn)生的廢氣既能在爐內(nèi)循環(huán)使用，也能在鐵氧化物還原中利用，以降低能量損失，節(jié)約成本。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用生物質(zhì)焦制備海綿鐵的方法，其特征在于所述步驟(I)中制備的生物質(zhì)焦產(chǎn)率22-32%，固定碳70-85%，灰分0. 8-2. 0%。
全文摘要
本發(fā)明屬于鐵氧化物直接還原的礦物加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種生物質(zhì)焦的制備并將其應(yīng)用于鐵氧化物直接還原制備海綿鐵的方法。主要工藝包括生物質(zhì)焦的制備、生物質(zhì)焦直接還原鐵氧化物制備海綿鐵、磨礦、弱磁選等步驟。其特征是將玉米秸稈、松樹鋸末、樹葉、廢紙等生物質(zhì)在設(shè)計設(shè)備中，450-650℃加熱保溫，得到生物質(zhì)焦并收集焦油，廢氣循環(huán)利用，在1150-1250℃下將制得生物質(zhì)焦作為還原劑直接還原鐵氧化物制備海綿鐵，海綿鐵品位達到90%以上，回收率85%以上。該方法中生物質(zhì)焦具有低N、低S的優(yōu)點，且可減少CO2排放量。對于錳、鉻、釩等金屬化合物該方法也具有較好效果。
文檔編號C10B53/02GK103060504SQ201310027418
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者馮雅麗, 李浩然, 張士元, 王維大, 蔡震雷 申請人:北京科技大學(xué)