Способ термической обработки измельченной железной руды перед восстановлением

 

Измельченную влажную железную руду пропускают сначала через зону сушки, при этом температура руды на выходе из зоны сушки составляет от 120 до 400^oС. Затем руду нагревают непосредственным контактом с горячим газом до температуры от 700 до 1100^oС прежде, чем подают ее в зону восстановления. Руду, выходящую из зоны сушки, полностью или частично пропускают через разделительное устройство и отделяют крупнозернистую фракцию руды от мелкозернистой фракции. Мелкозернистую фракцию руды загружают в грануляционное устройство и получают гранулят железной руды, который подают в зону сушки. Крупнозернистую фракцию руды нагревают до температуры от 700 до 1100^oС прежде, чем подают ее в восстановительную зону. Реализация изобретения позволит провести восстановление руды, не содержащей мелких фракций в количествах, создающих помехи. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу термической обработки измельченной влажной железной руды, заключающемуся в том, что руду пропускают через зону сушки, при этом до подачи в зону восстановления руду, температура которой на выходе из зоны сушки составляет от 120 до 400^oС, нагревают при непосредственном контакте с горячим газом до температуры от 700 до 1100^oС.

Способы такого типа известны, например, из патентов США 5527379, 5560726 и 5603748. При этом термическая обработка служит для подготовки руды для загрузки в восстановительное устройство, которое работает с одним или несколькими псевдоожиженными слоями. В качестве псевдоожижающего газа применяют обогащенный водородом газ, который в качестве другого восстанавливающего компонента может содержать еще и окись углерода.

При этом установлено, что фракции руды, имеющие особенно мелкую зернистость, препятствуют проведению восстановительного процесса и снижают качество продукта, поскольку преимущественно эти мелкозернистые фракции выносятся из псевдоожиженного слоя. Вследствие этого время их пребывания в зоне восстановления сокращается настолько, что они уже не восстанавливаются в достаточной мере.

В основу изобретения положена задача создания способа термической предварительной обработки железосодержащей руды или рудного концентрата для того, чтобы руда, подаваемая в зону восстановления, не содержала мелких фракций в количествах, создающих помехи. Эта задача решается согласно изобретению вышеуказанным способом посредством того, что руду, поступающую из зоны сушки, полностью или частично пропускают через разделительное устройство и отделяют крупнозернистую фракцию руды от мелкозернистой фракции, при этом мелкозернистую фракцию руды загружают в грануляционное устройство и получают гранулят железной руды, который подают в зону сушки, а крупнозернистую фракцию руды нагревают до температуры от 700 до 1100^oС прежде, чем подавать ее в зону восстановления. В качестве разделительного устройства могут использоваться, например, сито или воздушный сепаратор.

Особенно мелкозернистая руда, присутствие которой в восстановительной установке нежелательно, образуется разными путями. Во-первых, во время сушки и нагрева измельченной руды образуется пыль, в том числе мелкая фракция получается вследствие растрескивания крупных зерен во время нагрева. Кроме того, необогащенная руда, предназначенная для восстановления в псевдоожиженном слое, еще до сушки измельчается на частицы оптимального размера от 0,1 до 3 мм. Для этого могут использоваться, например, известные сами по себе роликовые прессы, однако при этом неизбежно образуются также мелкие частицы руды. Просеивание и гранулирование этой мелкозернистой фракции, как, например, предлагается в патенте США 5560762, не решает полностью проблемы мелких фракций, поскольку мелкие фракции вновь образуются при сушке и термической предварительной обработке вследствие истирания и растрескивания. Способ согласно изобретению эффективно и экономично препятствует попаданию мелких частиц в восстановительное устройство в количестве, создающем проблемы.

Обычно стремятся к тому, чтобы по меньшей мере 50% руды, поступающей из зоны сушки, направлялось в разделительное устройство для отделения мелкозернистой фракции руды. В разделительном устройстве целесообразно обратить внимание на то, чтобы отделенная мелкозернистая фракция руды по меньшей мере на 80 вес. % состояла из частиц размером не более 0,2 мм. Предпочтительно, чтобы гранулят руды, выходящий из грануляционного устройства, по меньшей мере на 50 вес. % состоял из частиц размером не менее 0,3 мм. Если уже до сушки из необогащенной руды отсеивают мелкозернистую фракцию, то эту необогащенную мелкую руду можно также загрузить в имеющееся грануляционное устройство. Необогащенная мелкая руда содержит обычно по меньшей мере 80 вес.% частиц размером не более 0,2 мм.

Руда, которую подают в восстановительное устройство, состоит обычно по меньшей мере на 80 вес.% из частиц размером от 0,1 до 3 мм. Это желательно прежде всего тогда, когда первая восстановительная секция выполнена в виде циркулирующего псевдоожиженного слоя, как это имеет место в известных способах, описанных в вышеуказанных патентах США. В циркулирующем псевдоожиженном слое поддерживают относительно высокие скорости газа для псевдоожижения и восстановительного газа. Скорость газа в пустой трубе составляет обычно от 3 до 10 м/с. Целесообразно, чтобы за первой выполненной таким образом восстановительной секцией следовала вторая восстановительная секция, в которой псевдоожиженный слой находится в состоянии плотной фазы. При этом скорость газа для псевдоожижения и восстановительного газа в пустой трубе составляет от 0,3 до 1 м/с.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его выполнения со ссылкой на сопровождающий чертеж, на котором изображена технологическая схема.

По трубопроводу 1 подводят и загружают в сушилку 2 Вентури измельченную влажную железную руду или рудный концентрат. Содержание железа в руде обычно составляет по меньшей мере 60 вес.%. Руда, которую до этого пропустили, например, через устройство для измельчения (не показано), содержит фракции размером не более 10 мм, предпочтительно не более 6 мм. Выгодно, чтобы руда из трубопровода 1 по меньшей мере на 80 вес.% состояла из фракций размером до 4 мм. К сушилке 2 подводят по трубопроводу 3 горячий газ, благодаря чему руду перемещают наверх, осушают и по трубопроводу 5 загружают в циклон 4. Газ, содержащий воду и пыль, отводят в трубопровод 4а и направляют в пылеулавливающее устройство (не показано). Осушенную руду, температура которой составляет обычно от 120 до 400^oС, выводят из циклона 4 по трубопроводу 6 и подают в разделительное устройство, которое в данном случае выполнено в виде воздушного сепаратора 7. Крупнозернистую фракцию удаляют из воздушного сепаратора 7 через трубопровод 10, а мелкозернистую фракцию подают через трубопровод 11 в гранулятор 12. В случае, если осушенную руду не хотят полностью подавать из циклона 4 в воздушный сепаратор 7, можно добавить часть руды через байпасный трубопровод 14 (показан пунктиром) непосредственно к крупной фракции из трубопровода 10.

В случае необходимости в гранулятор 12 вводят через трубопровод 15 вяжущие вещества, например бентонит. Кроме того, можно подать в гранулятор через трубопровод 16 остаток на фильтре (лепешку), полученный из газоочистителя (не показан) и содержащий в большом количестве мелкоизмельченную железную руду. С помощью известного гранулятора 12 получают гранулят железной руды, причем по меньшей мере 50 вес.% гранулята составляют фракции размером по меньшей мере 0,3 мм. Данный гранулят направляют по пути подвода 18 в сушилку 2.

Крупную фракцию руды из трубопровода 10 нагревают до температуры от 700 до 1100^oС, чаще максимум 1000^oС. Для этого служит циркулирующий псевдоожиженный слой в реакторе 20, в который через трубопровод 21 подают твердое, жидкое или газообразное топливо, а через трубопровод 22 - воздух. С помощью горячих газообразных продуктов сгорания твердые вещества перемещают наверх в циклон-сепаратор 23, при этом горячие содержащие пыль газы направляют по трубопроводу 3 в сушилку 2. Нагретую крупную руду выводят из циклона 23 через трубопровод 26 и частично возвращают через трубопровод 27 в нижнюю часть камеры реактора 20. Остаточную руду, схватившуюся при нагревании, подают через трубопровод 28 в восстановительное устройство.

Восстановительное устройство (показано на чертеже схематично) содержит первую восстановительную секцию 30, вторую восстановительную секцию 31 и газоочиститель 32. Первая секция 30 работает с циркулирующим псевдоожиженным слоем, а вторая восстановительная секция 31 выполнена в виде стационарного псевдоожиженного слоя. Существенные признаки такого восстановительного устройства известны из патентов США 5527379, 5560762 и 5603748. Горячий восстановительный газ, который кроме водорода может содержать также окись углерода, вводят в трубопровод 33 и в качестве газа для псевдоожижения подают частично в первую секцию 30 и во вторую секцию 31. Отходящие газы из второй секции 31 подают через трубопровод 34 в первую секцию 30. Отходящий газ, выведенный из первой секции 30 по трубопроводу 35 и содержащий водяной пар и пыль, возвращают для очистки и частично для повторного использования в устройство 32, где также получают свежий восстановительный газ. Руду, частично восстановленную в первой секции 30, через трубопровод 36 подают во вторую секцию 31 для дальнейшего восстановления, а готовый продукт отводят по трубопроводу 37 и обычно подают в не показанное на чертеже устройство для брикетирования и охлаждения.

Если при восстановлении хотят также использовать уголь, то подают мелкоизмельченный уголь по трубопроводу 38 вместе с газом, содержащим О₂ и поступающим по трубопроводу 39, в известное устройство 40 для газификации угля, где производят посредством частичного окисления газовый продукт, содержащий Н₂ и СО. Этот газовый продукт можно направить по трубопроводу 41 (показан на чертеже пунктиром) также в первую восстановительную секцию 30.

Пример В устройстве, показанном на чертеже, но без трубопровода 14 и восстановительного устройства, термически обрабатывают гематитовую мелкую руду, содержание железа в которой составляет 68,5 вес.%. Содержание воды в руде составляет 7 вес.%. В сушилку 2 Вентури подают 100 т/ч указанной руды, измельченной на фракции размером менее 3 мм. Все количественные показатели относятся к сухим твердым веществам, если не указано иное. В сушилку 2 подают по трубопроводу 3 газ, имеющий температуру 900^oС, и по трубопроводу 18 рудный гранулят с содержанием воды 8,5 вес.% в количестве 26 т/ч. Осушенную руду, имеющую температуру 250^oС, отводят по трубопроводу 5 в количестве 126 т/ч. Воздушный сепаратор 7 приводится в действие циркуляцией воздуха, так что обеспечивается подвод и отведение газа. Крупнозернистую фракцию, имеющую нижнюю границу размера зерен 0,1 мм, подают в количестве 106,5 т/ч по трубопроводу 10, а мелкозернистую руду подают в гранулятор 12 в количестве 13 т/ч. Одновременно в гранулятор подают 3100 кг/ч воды, 104 кг/ч бентонита и 11,7 т/ч остатка на фильтре. Остаток на фильтре, полученный из газоочистителя, состоит на 90 вес. % из железной руды и на 10 вес.% из воды. Гранулятор производит 26 т/ч микрогранул, содержащих 8,5 вес.% воды, имеющих максимальный размер гранул 3 мм и средний размер гранул (d₅₀) 0,4 мм. Доля гранул, имеющих размер менее 0,1 мм, составляет 5 вес.% от общего количества произведенных микрогранул. Эти микрогранулы направляют по пути подвода 18 в сушилку 2.

В реактор 20 подают 4536 н м³/ч природного газа и 46600 н м³/ч воздуха, благодаря чему в реакторе создается температура 900^oС. В трубопровод 28 поступает готовая схватившаяся гранулированная железная руда для восстановительного устройства в объеме 106,5 т/ч.

Формула изобретения

1. Способ термической обработки измельченной влажной железной руды, заключающийся в том, что руду пропускают через зону сушки, причем руду, поступающую из зоны сушки при температуре в диапазоне от 120 до 400^oС, нагревают при непосредственном контакте с горячим газом до температуры от 700 до 1100^oС до подачи ее в зону восстановления, отличающийся тем, что руду, поступающую из зоны сушки, полностью или частично пропускают через разделительное устройство и отделяют крупнозернистую фракцию руды от мелкозернистой фракции, при этом мелкозернистую фракцию руды загружают в грануляционное устройство и получают гранулят железной руды, который подают в зону сушки, а крупнозернистую фракцию руды нагревают до температуры от 700 до 1100^oС прежде, чем подают ее в зону восстановления.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, 50% руды, поступающей из зоны сушки, подают в разделительное устройство.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что горячий газ для нагрева крупнозернистой фракции руды получают путем сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива.

4. Способ по п. 1 или по любому из последующих пунктов, отличающийся тем, что содержащую железо руду сначала измельчают, а потом подают в зону сушки.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что отделенная в разделительном устройстве мелкозернистая фракция руды содержит, по меньшей мере, 80 вес. % частиц размером не более 0,2 мм.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что гранулят руды, выходящий из грануляционного устройства, содержит, по меньшей мере, 50 вес. % частиц размером не менее 0,3 мм.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что содержащую железо руду, содержащую, по меньшей мере, 80 вес. % частиц размером не более 0,2 мм, загружают непосредственно в грануляционное устройство.

8. Способ по п. 1 или по любому из последующих пунктов, отличающийся тем, что нагретую до 700-1100^oС железную руду подают в восстановительное устройство, содержащее, по меньшей мере, один псевдоожиженный слой, в который подводят горячий восстановительный газ для псевдоожижения.

РИСУНКИ

Рисунок 1