难选铁矿石闪速磁化焙烧的重大技术突破

选矿领域的重大突破
悬浮式闪速磁化焙烧技术
简介
湖南长拓高科冶金有限公司
二零一四年三月
目录
一、 中国铁矿.............................................1 二、 核心技术.............................................2 三、 工业试验.............................................3 四、 应用领域.............................................3 五、 八大优势.............................................3 六、 经济效果.............................................5 附录一、名词释义..........................................8 附录二、项目历史..........................................9 附录三、技术团队..........................................11
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“悬浮式闪速磁化焙烧技术”，以其优异的性能及低成本优势，将为我国 开发利用复杂难选的低品位铁矿资源和尾矿尾渣作出重大贡献。
二、核心技术
悬浮式闪速磁化焙烧核心技术：以褐铁矿、菱铁矿、赤铁矿等复杂难选的 低品位铁矿或尾矿尾渣等矿物为原料，磨细成粉，经多级预热后进入悬浮式磁 化焙烧反应炉。磁化反应炉内为高温还原性气氛，矿粉在悬浮状态下快速换热 并在几秒钟内快速磁化，获得强磁性的焙烧矿。再经多级弱磁选和反浮选后得 到高品位铁精矿粉产品。
四、应用领域
“悬浮式闪速磁化焙烧技术”以其优异的性能及低成本优势主要应用于以 下领域：
（1）赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等低品位复杂难选铁矿资源选矿领域； （2）以往矿山开采过程中废弃的尾矿资源化利用领域； （3）多元素共生的复合矿在选矿过程中排弃的中矿、尾矿或尾渣资源化利
用领域； （4）含铁 25%以上的工业废渣资源再利用领域。 （5）块状、粒状、粉状或泥状的原矿、尾矿、废渣，都可以作为悬浮式闪 速磁化焙烧工艺生产线的原料。
5.64 1.46 11.20
S 0.76 1.00 0.45
MgO
1.34 0.28 3.12
烧失 18.2 9.39 25.84
表1 MnO
2.21 -
矿石类型 菱、褐混合铁矿
褐铁矿
菱铁矿
5 万吨工业试验生产线焙烧矿平均试验结果
原矿平均品位%
产品名称
产率%
TFe%
弱磁精矿
70.4
58.6
33.93
FeO
13.38
Fe2O3
33.64
SiO2
20.26
Al2O3
1.60
1.39
49.02 25.83 2.42
28.92
12.77 13.47 1.03
Na2O
BaO
P
C
0.032 0.95 0.029 3.92
0.025 4.69 0.025 0.80
0.024 0.49 0.011 7.43
CaO
“悬浮式闪速磁化焙烧技术”的成功，为复杂难选的低品位复杂难选铁矿 资源开辟了一条高效率的、低成本的、经济效益好的选矿途径。该技术的推广 和应用，将使我国几百亿吨因现有选矿技术限制而不能利用的呆矿，变成可利 用的铁矿石资源。与回转窑磁化焙烧相比，采用“悬浮式闪速磁化焙烧技术”， 铁精矿生产成本可以降低 25～35%；选矿生产线的投资减少 20～50%；铁矿资 源的利用率提高约 15 个百分点。而且，由于悬浮式闪速磁化焙烧技术能处理 粉状物料，将促进钢铁工业和有色金属工业尾矿尾渣的资源化再利用。
三、工业试验
2012 年，湖南长拓高科冶金有限公司在长沙投资建设 5 万吨/年悬浮式闪速 磁化焙烧工业试验生产线。2013 年 1～2 月完成 5 万吨悬浮式闪速磁化焙烧工 业试验生产。工业试验生产的原料矿来自湖北某矿，原料矿的化学成分列入表 1。工业试验生产指标超过预期，原矿磁化率 94～98%，磁化炉设计产量 7.5t/h， 实际产量稳定在 10t/h 以上，并保持良好稳定的运行状态。工业试验生产线未 建磁选车间，采用磁选管（场强 1800 Oe)做焙烧矿选矿试验，试验结果列入表 2。表 2 中，弱磁精矿 TFe%数值，系采用磁选管一次选矿试验的结果。规模工 业生产时，采用多级弱磁选和反浮选，铁精矿的品位可达到 60～63%。
我国现有各类大型尾矿库 2700 多座，累积堆存量超过 50 亿吨，有些尾矿 中的含铁比例尚有分选价值。这不仅造成资源浪费，而且很多尾矿库在超负荷 或违规超期服役，污染环境且存在重大安全隐患。
进入 21 世纪以来，随着我国现代化建设进程的加快，钢铁工业迅猛发展，
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现在中国钢产量约占全球总产量的一半，但所需要的铁矿石大多数依赖全球矿 业巨头。2003 年中国铁矿石进口量超过日本，成为世界上最大的铁矿石进口国。 2013 年中国铁矿石进口量 8.19 亿吨，对外依存度达 72%。中国海关总署最近 公布的数据显示，2014 年 1～4 月，中国进口铁矿石 3.05 亿吨，较上年同期增 长 20.7%，进口铁矿石均价人民币 758.7 元/吨。中国企业经常抱怨外国供应商 “垄断了”铁矿石的定价权。预计到 2016 年，中国铁矿石进口量将达到 9.6 亿吨，相当于我国铁矿石总消费量的 77%。
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五、八大优势
1. 磁化速度快，生产效率高 进入悬浮式闪速磁化焙烧炉的原料矿为细粉，比表面积大，磁化反应速度 快。在悬浮式磁化炉内，铁矿物的磁化反应仅需几秒钟即可完成。磁化反应速 度是回转窖的 100 倍以上。悬浮式闪速磁化焙烧生产效率很高，单炉产能达 250 万吨/年以上，是回转窖的 5 倍。 竖炉、回转窖等磁化焙烧装置的原料矿粒度约 25mm，磁化时间需数十分钟。 回转窖单窑生产能力为 25～50 万吨/年。 2. 磁化率高，无二次高温氧化 进入悬浮式闪速磁化焙烧炉磁化炉内的原料矿为细粉，磁化反应完全，铁 原矿磁化率高达 94～98%。 已磁化的焙烧矿从磁化炉排出，进入密闭式间接换热冷却器，高温铁矿粉 不与空气接触，避免已磁化的焙烧矿再被氧化。可以说，原料矿粉从进入磁化 炉直至从间接换热冷却器排出，再无接触氧气的机会，很高的磁化率得以保持。 焙烧矿经多级磁选和浮选，可获得品位 60±2%的铁精矿。 竖炉、回转窑等磁化焙烧装置的原料矿粒度约 25mm，磁化反应难以深入完 全。而且，已磁化的铁矿石运行到竖炉或回转窑新鲜空气入口时，一部分已磁 化的铁矿又被新鲜空气氧化。因此，竖炉或回转窑等磁化焙烧装置的磁化率上 不去，导致一定量的铁进入尾矿排弃，资源利用率较低。 3.原料适应范围广 块状、粒状、粉状、泥状等各种原矿或尾矿尾渣，都可作为悬浮式闪速磁 化焙烧工艺生产线的原料。 粉状矿不能作为竖炉、回转窑等磁化焙烧装置的原料。因为细矿粉容易被 竖炉或回转窑的气流带走；或影响竖炉通风；或在回转窑内结圈堵塞。 4. 操作简单，运行稳定 悬浮式磁化焙烧炉和预热器无动力运行部件，故障率低，维修工作量少 。 悬浮式磁化焙烧系统操作简单，有较宽的操作范围，运行稳定可控。 5.铁回收率高，资源得以充分利用 悬浮式闪速磁化焙烧炉磁化反应快速完全，又无二次高温氧化，原矿磁化 率高。焙烧矿中铁回收率 90%以上。与回转窑相比，铁矿资源的利用率提高约 10～15 个百分点。 6.节能环保 悬浮式磁化焙烧系统为完全密闭生产，热效率高，无粉尘外逸，节能环保。
湖南长拓高科冶金有限公司是“悬浮式闪速磁化焙烧专利技术”的持有者 及实施方，拥有相关技术专利 20 余项。余永富院士担任公司名誉董事长、董 事、首席科学家。公司主营业务：复杂难选铁矿石分选技术研究；为矿山企业、 选矿企业和钢铁企业提供“悬浮式闪速磁化焙烧技术”使用授权；承担“悬浮 式闪速磁化焙烧与磁选生产线”工程设计、核心装备制造、技术支持等；以及 投资、建设、运营“悬浮式闪速磁化焙烧与磁选生产线”。
弱磁尾矿
29.6
6.32
焙烧矿
100
41.18
35.37
弱磁精矿 弱磁尾矿
71.2 28.78
57.25 6.93
焙烧矿
100
40.32
31.41
弱磁精矿 弱磁尾矿
68.03 31.97
58.56 6.69
焙烧矿
100
40.91
表2
回收率% 94.89 5.11 100 94.22 5.78 100 94.16 5.84 100
连续、稳定的生产结果表明，悬浮式闪速磁化焙烧工艺已具备大规模工业 生产的条件。工业试验生产期间，获取了大量重要的生产数据，为规模工业生 产线设计提供依据。
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原料矿
混合矿 褐铁矿 菱铁矿
原料矿 混合矿 褐铁矿 菱铁矿
TFe
33.93 35.37 31.41
K2O 0.17 0.21 0.10
原 料 矿 化 学 成 分 (%)
一方面，国内钢铁企业花巨资购买国外高品位铁矿石；另一方面，国内大 部分低品位铁矿和含铁尾矿尾渣未能开发利用。原因是我国铁矿选矿技术的成 果主要集中在磁铁矿、钒钛磁铁矿、赤铁矿等强磁铁矿的研究上。而传统的强 磁选矿技术对菱铁矿、褐铁矿、共生矿和含铁尾矿等少有磁性的铁矿资源无能 为力。
在现有的技术条件下，磁化焙烧是解决低品位复杂难选铁矿等难选矿物最 有效的技术方法。但竖炉、回转窑等传统磁化焙烧装置，存在着固有的、难以 克服的缺陷，如：入窑原矿粒度一般为 25mm,粉状矿不能入窑；原矿粒度粗， 磁化反应难以深入完全，磁化率低；窑结圈，操作难度大，生产不稳定；单窑 产能低，资源利用率较低等。
选矿领域的重大突破
悬浮式闪速磁化焙烧技术 简介
“悬浮式闪速磁化焙烧技术”是中国工程院余永富院士及其领导的技术 团队，历时十余年研究与实验，在低品位复杂难选铁矿的选矿领域取得重大突 破的高新技术。2006 年，该课题列入国家“十一五”重点科技项目。2008 年 入选“973”国家重点基础研究发展计划课题。得到国家科研资金支持。长沙 矿冶研究院和武汉理工大学完成该技术的理论研究、试验室热态小型试验等工 作。2012 年湖南长拓高科冶金有限公司投资建设“5 万吨/年悬浮式闪速磁化 焙烧工业试验生产线”。2013 年成功完成工业化试验生产。生产结果表明该技 术已具备大规模工业化生产应用条件。2014 年，湖北某矿投资建设“60 万吨/ 年悬浮式闪速磁化焙烧与铁企业应继续在全球铁矿石资产中购买权益，继续利用国际 铁矿石资源。对内则要推广高效率的、生产成本低的选矿方法，开发利用国内 复杂难选的低品位铁矿资源和尾矿尾渣资源。有报道称：中国计划整合国内矿 业，打造铁矿石巨型企业。在未来 10 年，中国铁矿石总消费量的 50%将由国内 供给，降低我国钢铁产业对进口铁矿石的依存度。当国际铁矿石价格高涨时， 减少铁矿石进口量；当国际铁矿石价格低时，则增加铁矿石进口量。打破铁矿 石依赖进口的困局，提升中国对国际铁矿石的定价权。要实现此目标，国内需 新增铁矿石产能超过 2 亿吨/年，大部分产能只能来自复杂难选的低品位铁矿 资源和尾矿尾渣。
工艺过程：原料铁矿经破碎、粉磨后入库储存。精确计量后的原料矿粉 送入磁化焙烧系统。原矿粉与磁化焙烧炉排出的高温尾气进行多次气固换热， 预热后的原矿粉进入悬浮式磁化焙烧反应炉。
从磁化炉排出的高温铁矿粉，采用密闭式间接换热器冷却。 焙烧矿经多级弱磁选、反浮选后得到高品位铁精矿粉。铁精矿粉经沉淀和 过滤处理后，堆放在铁精矿堆棚。 尾矿渣经沉淀和过滤处理后，堆放在尾矿堆场。尾矿渣可做为水泥原料或 用于制砖。 沉淀和过滤后的水循环使用。 悬浮磁化焙烧炉的热源来自热风炉的高温烟气。煤、天然气、煤制气、可 燃废气等，都可以作为热风炉的燃料。
一、中国铁矿
我国已查明铁矿资源储量约 607 亿吨，约占世界铁矿储量的 16%。但我国 铁矿资源储量中约 97.5%为贫铁矿，具有“贫、细、杂”等特点。贫铁矿资源 中约有一半为复杂难选铁矿，共生有赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿、针铁矿等，还 伴生大量物理、化学性质与其相近的含铁硅酸盐等肪石矿物，分选难度很大 。 目前，仅有少部分贫铁矿资源在低水平开采利用，致使宝贵的矿山资源流失于 尾矿中。