[发明专利]一种利用生物质焦制备海绵铁的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质焦的制备及其用于直接还原铁氧化物生产海绵铁的方法，属于矿物加工技术领域。

背景技术

我国铁矿石总储量约为462. 32亿t（不包括台湾省），占世界总储量的17. 86%。我国铁矿石贫矿多、富矿少，矿石平均品位低，贫矿占总储量的97.5%；矿石类型复杂，氧化矿、多金属共生矿石及难选矿石多，且嵌布粒度细，几乎全部开采的矿石都需经选矿处理，而贫、细、杂的铁矿在选矿领域也存在很多技术难题，从而影响着冶金行业的原料使用。

目前，我国磁鉄矿的选矿工艺主要有阶段磨矿、细粒高梯度磁选、反浮选等工艺，对于细粒嵌布、与脉石结构关系复杂的磁鉄矿，采用上述工艺都存在选矿成本高、精矿品位和回收率不能双保等问题。褐铁矿由于受自然性质的制约，采用物理选矿方法铁精矿品位很难达到60. 00%，且难以获得较高的金属回收率，属于复杂难选的铁矿石之一。    

针对此类贫、细、杂难选别的铁矿物，近几十年发展起来的磁化焙烧技术和直接还原技术可部分有效地解决精矿品位和回收率双保的问题，由于直接还原技术可直接生产铁精粉含量较高的铁精矿，可省去冶金行业的炼铁步骤，故对于后续冶金过程来说直接还原技术又优于磁化焙烧技术。但是，目前磁化焙烧技术和直接还原技术基本是煤基还原，这对我国乃至全球的化石燃料煤产生巨大的依赖，而化石燃料煤的不可再生性又直接影响着直接还原技术的发展。因此，寻找一种可再生资源替代化石燃料煤成为当前亟待解决的问题。

生物质作为唯一种可再生的碳中性碳源资源分布广、产量大，与传统化石能源相比具有巨大的经济、环保优势和社会效益。生物质资源通常具有可磨性差、体积密度小、能量密度低和水分含最高等缺陷，由此限制了其在工业中的直接利用。目前，大部分研究是在生物质的气化、发电等方面，对于生物质焦的制备及其作为还原剂的应用研究则较少。

发明内容

本发明的目的是制备生物质焦及其用于直接还原铁氧化物生产海绵铁，将可再生资源生物质转化为还原剂生物质焦，替代化石燃料煤，提高生物质的利用效率和能量密度，降低能耗和污染，同时减少温室效应，生物质焦生成的气体循环利用，节约能源，又可在铁氧化物还原中加以利用，节能的同时，强化还原气氛。

一种利用生物质焦制备海绵铁的方法，具体步骤如下：

（1）将生物质放于气体循环电炉中，升温至450-650℃，恒温保持30-70min，制得直接还原铁氧化物的生物质焦；生物质包括玉米秸秆、松树锯末、树叶、废纸等；

（2）将铁氧化物与生物质焦混合，其中生物质焦用量为铁氧化物的15-30wt%，生物质焦生产海绵铁的还原温度为1150-1250℃，保温时间40-70min，铁氧化物与生物质焦混合物中加入碳酸钙10-20wt%作为助熔剂，以降低还原温度并促进还原程度；铁氧化物包括硫酸烧渣、磁鉄矿、褐铁矿、镜铁矿等；

（3）将还原产品采用两段磨矿，一段磨矿细度为-0.074mm占70-80%，二段磨矿细度为-0.043mm占85-90%，两段磁选磁场强度均为70-100kA/m。

所述步骤（1）中用于生产生物质焦的生物质玉米秸秆、树叶、废纸破碎至3-5mm（长轴长度）以满足制备生物质焦的生物质的粒度要求。

步骤（1）中制备生物质焦所采用的气体循环电炉是由可翻转筛板1、加料口2、.进气口3、排气口4、炉膛5、炉身6、旋钮7、排料口8组成；由排料口排出的焦油，与玉米秸秆、松树锯末、树叶、废纸等生物质混合，由加料口进入炉膛，开始加热，生成的废气由排气口排出，循环利用，既可由进气口进入，加热生物质，又可通入流化床，作为还原剂和热源加热铁氧化物。形成的焦油经筛板流出排料口，再次与生物质混合碳化制成生物质焦；生物质在气体循环电炉中完成加热保温后，控制旋钮使可翻转筛板翻转，生成的生物质焦由排料口排出。

所述步骤（1）中收集制备生物质焦产生的焦油，混入下一批生物质中进行二次炭化，实现资源的充分利用。

所述步骤（1）中制备生物质焦产生的废气在炉内循环使用，也可在铁氧化物还原中利用，以降低能量损失，节约成本。

所述步骤（1）中制备的生物质焦产率22-32%，固定碳70-85%（高于烟煤），灰分0.8-2.0%，其质量优于烟煤，可与无烟煤媲美，且N、S含量低，空气污染小。

所述步骤（2）中生物质焦对铁氧化物的直接还原过程在隧道窑、回转窑、流化床、竖炉等设备中均可实现。