处理钒钛磁铁矿的系统和方法与流程

本发明属于化工冶金
技术领域：
，具体而言，本发明涉及处理钒钛磁铁矿的系统和方法。
背景技术：
：钒钛矿作为一种复合铁矿资源，具有极高的综合利用价值，如何用好钒钛矿，发挥资源的最大优势，全面回收铁钒钛一直是冶金界科研工作者努力目标。采用传统的高炉流程以及国外的非高炉煤基直接还原流程冶炼钒钛矿，只回收了铁和钒，钛进入高炉渣，其中的钛品位太低暂无经济合理的回收价值，造成钛资源的大量流失。同时，采用高炉必须用焦炭，但是全世界炼焦煤资源紧张，且炼焦过程会产生大量粉尘和有害气体，严重污染环境；而采用非高炉流程一方面还原气压力较高，对设备的承压能力要求高，另一方面整个流程能耗高、工艺流程长，经济性不明显。因此现有处理钒钛磁铁矿的技术有待进一步改进。技术实现要素：本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种处理钒钛磁铁矿的系统和方法。该系统将煤化工与冶金生产有机结合，既可以实现钒铁钛资源的高效回收，还可显著降低生产成本，使得生产成本降低26元/吨海绵铁以上，生产设备投入减少25％以上，能耗降低10％以上。在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理钒钛磁铁矿的系统，根据本发明的实施例，该系统包括：破碎装置，所述破碎装置具有原料煤入口和原料煤颗粒出口；细磨装置，所述细磨装置具有钒钛磁铁矿入口和钒钛磁铁矿颗粒出口；快速热解装置，所述快速热解装置具有原料煤颗粒入口、钒钛磁铁矿颗粒入口、尾气出口以及含有半焦和钒钛海绵铁混合物料出口，所述原料煤颗粒入口与所述原料煤颗粒出口相连，所述钒钛磁铁矿颗粒入口与所述钒钛磁铁矿颗粒出口相连；磁选装置，所述磁选装置具有混合物料入口、钒钛海绵铁出口和半焦出口，所述混合物料入口与所述含有半焦和钒钛海绵铁混合物料出口相连。根据本发明实施例的处理钒钛磁铁矿的系统通过煤和钒钛磁铁矿供给至快速热解装置中，采用煤热解产生的热解气中的还原气对钒钛磁铁矿进行还原，不仅可以制备得到高品质的半焦产品，而且可以实现钒钛铁资源的高效回收。由此，采用该系统既实现了钒钛磁铁矿中钒钛铁资源的高效回收，还可显著降低生产成本，使得生产成本降低26元/吨海绵铁以上，生产设备投入减少25％以上，能耗降低10％以上，显著提高了本技术的生产竞争力。另外，根据本发明上述实施例的处理钒钛磁铁矿的系统还可以具有如下附加的技术特征：在本发明的一些实施例中，所述快速热解装置为热解炉，优选辐射管电或气加热式热解炉。由此，可以实现钒钛磁铁矿中钒钛铁资源的高效回收。在本发明的再一个方面，本发明提出了一种采用上述处理钒钛磁铁矿的系统处理钒钛磁铁矿的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将原料煤供给至所述破碎装置进行破碎处理，以便得到原料煤颗粒；(2)将钒钛磁铁矿供给至所述细磨装置进行细磨处理，以便得到钒钛磁铁矿颗粒；(3)将所述原料煤颗粒供给至所述快速热解装置中进行热解处理，以便得到热解气和半焦，然后将所述钒钛磁铁矿颗粒供给至所述快速热解装置中与所述热解气接触发生还原反应，得到尾气和钒钛海绵铁；(4)将步骤(3)得到的含有半焦和钒钛海绵铁的混合物料供给至所述磁选装置中进行磁选分离，以便得到半焦和钒钛海绵铁。根据本发明实施例的处理钒钛磁铁矿的方法通过煤和钒钛磁铁矿供给至快速热解装置中，采用煤热解产生的热解气中的还原气对钒钛磁铁矿进行还原，不仅可以制备得到高品质的半焦产品，而且可以实现钒钛铁资源的高效回收。由此，采用该方法既实现了钒钛磁铁矿中钒钛铁资源的高效回收，还可显著降低生产成本，使得生产成本降低26元/吨海绵铁以上，生产设备投入减少25％以上，能耗降低10％以上，显著提高了本技术的生产竞争力。另外，根据本发明上述实施例的处理钒钛磁铁矿的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述原料煤颗粒的粒径为0.5-4mm。由此，有利于提高原料煤颗粒的热解效率。在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述原料煤为选自高阶煤、中阶煤和低阶煤中的至少之一。由此，有利于提高本工艺的适用范围。在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述钒钛磁铁矿颗粒的粒径为10-150微米占比80％以上。由此，有利于提高钒钛磁铁矿颗粒的还原效率。在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述热解处理的温度为700-900摄氏度。由此，可进一步提高钒钛磁铁矿颗粒的还原效率。在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述原料煤颗粒与所述钒钛磁铁矿颗粒的加入速度比为(3～6)：1。由此，可进一步提高钒钛磁铁矿颗粒的还原效率。在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，当所述热解气使得所述快速热解装置内压力为0.15～1Mpa时，再将所述钒钛磁铁矿颗粒供给至所述快速热解装置。由此，可进一步提高钒钛磁铁矿颗粒的还原效率。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本发明一个实施例的处理钒钛磁铁矿的系统结构示意图；图2是根据本发明一个实施例的处理钒钛磁铁矿的方法流程示意图。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理钒钛磁铁矿的系统，根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：破碎装置100、细磨装置200、快速热解装置300和磁选装置400。根据本发明的实施例，破碎装置100具有原料煤入口101和原料煤颗粒出口102，且适于将原料煤进行破碎处理，以便得到原料煤颗粒。具体的，将原料煤送至破碎装置中进行破碎处理，然后进行烘干以除去原料煤颗粒中的水分。发明人发现，通过将原料煤进行破碎，可显著提高原料煤颗粒的比表面积，由此，有利于提高原料煤颗粒在后续快速热解装置中的热解效率，通过对原料煤颗粒进行烘干处理，可除去原料煤颗粒中的水分，由此可提高原料煤颗粒热解所得热解气的还原性，进而提高后续快速热解装置中钒钛磁铁矿颗粒的还原效率。根据本发明的一个实施例，原料煤颗粒的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，原料煤颗粒的粒径可以为0.5-4mm。发明人发现，若原料煤颗粒过细，使得后续所得产品半焦与钒钛海绵铁难以分，而若原料煤颗粒过粗，导致传热速度慢，热解速度低，降低热解气产率。由此，采用本申请范围的原料煤颗粒不仅可以显著提高热解气产率，而且可以显著提高后续所得钒钛铁的收率。根据本发明的再一个实施例，原料煤的具体类型并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，原料煤可以为选自高阶煤、中阶煤和低阶煤中的至少之一。具体的，高阶煤可以为褐煤，中阶煤可以为烟煤，低阶煤可以为无烟煤。由此，可显著提高本工艺的经济适应性。根据本发明的实施例，细磨装置200具有钒钛磁铁矿入口201和钒钛磁铁矿颗粒出口202，且适于将钒钛磁铁矿进行细磨处理，以便得到钒钛磁铁矿颗粒。发明人发现，通过将钒钛磁铁矿进行细磨处理，可显著提高钒钛磁铁矿颗粒的比表面积，由此可显著提高钒钛磁铁矿颗粒的还原效率。根据本发明的一个实施例，钒钛磁铁矿颗粒的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，钒钛磁铁矿颗粒的粒径可以为10-150微米占比80％以上。发明人发现，若钒钛磁铁矿颗粒过细，出炉热解气带出钒钛磁铁矿及钒钛DRI粉尘量大，造成铁矿资源浪费；而颗粒过粗，炉内钒钛磁铁矿与热解气及煤接触面积小、传热速度慢，还原速度降低，还原效果差。由此，采用本申请粒径范围的钒钛磁铁矿颗粒可以实现后续钒铁钛资源的高效回收。根据本发明的实施例，快速热解装置300具有原料煤颗粒入口301、钒钛磁铁矿颗粒入口302、尾气出口303以及含有半焦和钒钛海绵铁混合物料出口304，原料煤颗粒入口301与原料煤颗粒出口102相连，钒钛磁铁矿颗粒入口302与钒钛磁铁矿颗粒出口202相连，且适于将原料煤颗粒进行热解处理，得到热解气和半焦，然后钒钛磁铁矿颗粒与热解气接触发生还原反应，得到尾气和钒钛海绵铁，得到的半焦和钒钛海绵铁以混合物料的形式出料。具体的，首先原料煤颗粒从快速热解装置的顶部料仓通过进料螺旋连续加料，原料煤颗粒在快速热解装置内停留3-6s，原料煤颗粒快速受热热解，在下行过程中热解生成固体半焦和热解气，热解气的主要成分为氢气、一氧化碳和甲烷等还原性气体，当快速热解装置内充满快速热解气时，即快速热解装置内的压力达到0.15～1MPa时，从钒钛磁铁矿颗粒料仓连续给料，钒钛磁铁矿颗粒在炉内停留6-15s，钒钛磁铁矿颗粒中的铁氧化物被快速还原为金属铁，同时所得的钒钛海绵铁又可催化热解气中的甲烷裂解为氢气和一氧化碳，如此可进一步提高钒钛磁铁矿颗粒的还原效率。钒钛磁铁矿颗粒被还原为钒钛海绵铁的主要化学反应式为：H2+Fe2O3＝2FeO+H2O(1)H2+FeO＝Fe+H2O(2)CO+Fe2O3＝2FeO+CO2(3)CO+FeO＝Fe+CO2(4)根据本发明的一个实施例，快速热解装置并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，快速热解装置可以为热解炉，优选辐射管电或气加热式热解炉。由此，可显著提高快速热解装置内原料煤颗粒的热解效率和钒钛磁铁矿颗粒的还原效率。根据本发明的再一个实施例，热解处理的温度并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，热解处理的温度可以为700-900摄氏度。发明人发现，若温度过高，会显著增加能耗，而还原及热解反应是吸热反应，温度过低，热力学条件差，热解气量降低，还原效果变差，并且发明人发现本申请温度范围明显优于其他温度条件显著提高钒钛矿的还原效果。根据本发明的又一个实施例，原料煤颗粒与钒钛磁铁矿颗粒的加入速度比并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，原料煤颗粒与钒钛磁铁矿颗粒的加入速度比可以为(3～6)：1。发明人发现，若煤颗粒加入速度过快，煤加入量过量，热耗增加；而煤颗粒加入速度过低，还原气量少，还原效果差。由此，采用本申请范围的加料速度可以显著提高钒钛矿的还原效果。根据本发明的实施例，磁选装置400具有混合物料入口401、钒钛海绵铁出口402和半焦出口403，混合物料入口401与含有半焦和钒钛海绵铁混合物料出口304相连，且适于将含有半焦和钒钛海绵铁的混合物料进行磁选分离，以便得到半焦和钒钛海绵铁。发明人发现，在含有半焦和钒钛海绵铁的混合物料中，半焦和钒钛海绵铁的物性不同，钒钛海绵铁具有磁性，而半焦没有，如此，可通过磁选将半焦和钒钛海绵铁分开，分别得到高利用价值的钒钛海绵铁和半焦。根据本发明实施例的处理钒钛磁铁矿的系统通过煤和钒钛磁铁矿供给至快速热解装置中，采用煤热解产生的热解气中的还原气对钒钛磁铁矿进行还原，不仅可以制备得到高品质的半焦产品，而且可以实现钒钛铁资源的高效回收。由此，采用该系统既实现了钒钛磁铁矿中钒钛铁资源的高效回收，还可显著降低生产成本，使得生产成本降低26元/吨海绵铁以上，生产设备投入减少25％以上，能耗降低10％以上，显著提高了本技术的生产竞争力。在本发明的再一个方面，本发明提出了一种采用上述处理钒钛磁铁矿的系统处理钒钛磁铁矿的方法，根据本发明的实施例，参考图2，该方法包括：S100：将原料煤供给至破碎装置进行破碎处理该步骤中，将原料煤供给至破碎装置进行破碎处理，以便得到原料煤颗粒。具体的，将原料煤送至破碎装置中进行破碎处理，然后进行烘干以除去原料煤颗粒中的水分。发明人发现，通过将原料煤进行破碎，可显著提高原料煤颗粒的比表面积，由此，有利于提高原料煤颗粒在后续快速热解装置中的热解效率，通过对原料煤颗粒进行烘干处理，可除去原料煤颗粒中的水分，由此可提高原料煤颗粒热解所得热解气的还原性，进而提高后续快速热解装置中钒钛磁铁矿颗粒的还原效率。根据本发明的一个实施例，原料煤颗粒的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，原料煤颗粒的粒径可以为0.5-4mm。发明人发现，若原料煤颗粒过细，使得后续所得产品半焦与钒钛海绵铁难以分，而若原料煤颗粒过粗，导致传热速度慢，热解速度低，降低热解气产率。由此，采用本申请范围的原料煤颗粒不仅可以显著提高热解气产率，而且可以显著提高后续所得钒钛铁的收率。根据本发明的再一个实施例，原料煤的具体类型并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，原料煤可以为选自高阶煤、中阶煤和低阶煤中的至少之一。具体的，高阶煤可以为褐煤，中阶煤可以为烟煤，低阶煤可以为无烟煤。由此，可显著提高本工艺的经济适应性。S200：将钒钛磁铁矿供给至细磨装置进行细磨处理该步骤中，将钒钛磁铁矿供给至细磨装置进行细磨处理，以便得到钒钛磁铁矿颗粒。发明人发现，通过将钒钛磁铁矿进行细磨处理，可显著提高钒钛磁铁矿颗粒的比表面积，由此可显著提高钒钛磁铁矿颗粒的还原效率。根据本发明的一个实施例，钒钛磁铁矿颗粒的粒径并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，钒钛磁铁矿颗粒的粒径可以为10-150微米占比80％以上。发明人发现，若钒钛磁铁矿颗粒过细，出炉热解气带出钒钛磁铁矿及钒钛DRI粉尘量大，造成铁矿资源浪费；而颗粒过粗，炉内钒钛磁铁矿与热解气及煤接触面积小、传热速度慢，还原速度降低，还原效果差。由此，采用本申请粒径范围的钒钛磁铁矿颗粒可以实现后续钒铁钛资源的高效回收。S300：将原料煤颗粒供给至快速热解装置中进行热解处理，然后将钒钛磁铁矿颗粒供给至快速热解装置中与热解气接触发生还原反应该步骤中，将原料煤颗粒供给至快速热解装置中进行热解处理，得到热解气和半焦，然后钒钛磁铁矿颗粒供给至快速热解装置中与热解气接触发生还原反应，得到尾气和钒钛海绵铁，得到的半焦和钒钛海绵铁以混合物料的形式出料。具体的，首先原料煤颗粒从快速热解装置的顶部料仓通过进料螺旋连续加料，原料煤颗粒在快速热解装置内停留3-6s，原料煤颗粒快速受热热解，在下行过程中热解生成固体半焦和热解气，热解气的主要成分为氢气、一氧化碳和甲烷等还原性气体，当快速热解装置内充满快速热解气时，即快速热解装置内的压力达到0.15～1MPa时，从钒钛磁铁矿颗粒料仓连续给料，钒钛磁铁矿颗粒在炉内停留6-15s，钒钛磁铁矿颗粒中的铁氧化物被快速还原为金属铁，同时所得的钒钛海绵铁又可催化热解气中的甲烷裂解为氢气和一氧化碳，如此可进一步提高钒钛磁铁矿颗粒的还原效率。钒钛磁铁矿颗粒被还原为钒钛海绵铁的主要化学反应式为：H2+Fe2O3＝2FeO+H2O(1)H2+FeO＝Fe+H2O(2)CO+Fe2O3＝2FeO+CO2(3)CO+FeO＝Fe+CO2(4)根据本发明的一个实施例，热解处理的温度并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，热解处理的温度可以为700-900摄氏度。发明人发现，若温度过高，会显著增加能耗，而还原及热解反应是吸热反应，温度过低，热力学条件差，热解气量降低，还原效果变差，并且发明人发现本申请温度范围明显优于其他温度条件显著提高钒钛矿的还原效果。根据本发明的再一个实施例，原料煤颗粒与钒钛磁铁矿颗粒的加入速度比并不受特别限制，本领域的技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，原料煤颗粒与钒钛磁铁矿颗粒的加入速度比可以为(3～6)：1。发明人发现，若煤颗粒加入速度过快，煤加入量过量，热耗增加；而煤颗粒加入速度过低，还原气量少，还原效果差。由此，采用本申请范围的加料速度可以显著提高钒钛矿的还原效果。S400：将含有半焦和钒钛海绵铁的混合物料供给至磁选装置中进行磁选分离该步骤中，将含有半焦和钒钛海绵铁的混合物料供给至磁选装置中进行磁选分离，以便得到半焦和钒钛海绵铁。发明人发现，在含有半焦和钒钛海绵铁的混合物料中，半焦和钒钛海绵铁的物性不同，钒钛海绵铁具有磁性，而半焦没有，如此，可通过磁选将半焦和钒钛海绵铁分开，分别得到高利用价值的钒钛海绵铁和半焦。根据本发明实施例的处理钒钛磁铁矿的方法通过煤和钒钛磁铁矿供给至快速热解装置中，采用煤热解产生的热解气中的还原气对钒钛磁铁矿进行还原，不仅可以制备得到高品质的半焦产品，而且可以实现钒钛铁资源的高效回收。由此，采用该方法既实现了钒钛磁铁矿中钒钛铁资源的高效回收，还可显著降低生产成本，使得生产成本降低26元/吨海绵铁以上，生产设备投入减少25％以上，能耗降低10％以上，显著提高了本技术的生产竞争力。下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。实施例1将原料煤破碎到0.5～3mm，烘干后运送到快速热解炉顶部料仓待用，将钒钛磁铁矿细磨至10-45微米占80％以上，运送到快速热解炉顶部料仓待用，钒钛磁铁矿的主要成分及含量见表1，快速热解炉采用辐射管电加热，热解反应温度为900摄氏度。首先将原料煤颗粒从热解炉顶部通过进料螺旋连续加料，原料煤颗粒在炉内停留时间为4s，原料煤颗粒在下行过程中热解，生成固体半焦和热解气，热解气和半焦的成分分别见表2和表3；当炉内充满快速热解气，即炉内压力达到0.2MPa时，从钒钛磁铁矿颗粒料仓连续给料，原料煤颗粒与钒钛磁铁矿颗粒的加入速度比为4：1，钒钛磁铁矿颗粒在炉内停留时间为10s，以确保使热解气与钒钛磁铁矿颗粒充分混合并发生还原反应，还原后所得的钒钛海绵铁的主要成分见表4，热解炉底部设置磁选装置，根据半焦和钒钛海绵铁的物性的不同分拣收集热态半焦和钒钛海绵铁。整个工艺生产成本降低26元/吨钒钛海绵铁，能耗降低0.22Gcal/t钒钛海绵铁。表1钒钛磁铁矿的主要成分及含量(wt％)成分TFeFeOFe2O3V2O5TiO2含量54.1223.0951.080.6515.77表2热解气的主要成分及含量(vt％)CH4H2COCO2C2H6C2H4C3H8C3H6CnHm20.3048.0221.517.690.181.020.00700.0400.65表3半焦的主要成分及含量(wt％)成分CVadAadMad含量62.87.5528.760.89表4钒钛海绵铁的主要成分及含量(wt％)成分TFeFeOMFeV2O5TiO2含量65.057.6659.090.7818.95实施例2将原料煤破碎到1.5～4mm，烘干后运送到快速热解炉顶部料仓待用，将钒钛磁铁矿细磨至10-45微米占80％以上，运送到快速热解炉顶部料仓待用，钒钛磁铁矿的主要成分及含量见表1，快速热解炉采用辐射管电加热，热解反应温度为750摄氏度。首先将原料煤颗粒从热解炉顶部通过进料螺旋连续加料，原料煤颗粒在炉内停留时间为6s，原料煤颗粒在下行过程中热解，生成固体半焦和热解气，热解气和半焦的成分分别见表5和表6；当炉内充满快速热解气，即炉内压力达到0.9MPa时，从钒钛磁铁矿颗粒料仓连续给料，原料煤颗粒与钒钛磁铁矿颗粒的加入速度比为6：1，钒钛磁铁矿颗粒在炉内停留时间为15s，以确保使热解气与钒钛磁铁矿颗粒充分混合并发生还原反应，还原后所得的钒钛海绵铁的主要成分见表7，热解炉底部设置磁选装置，根据半焦和钒钛海绵铁的物性的不同分拣收集热态半焦和钒钛海绵铁。整个工艺生产成本降低28元/吨钒钛海绵铁，能耗降低0.25Gcal/t钒钛海绵铁。表5热解气的主要成分及含量(vt％)CH4H2COCO2C2H6C2H4C3H8C3H6CnHm22.6946.7221.516.690.181.020.0190.360.77表6半焦的主要成分及含量(wt％)成分CVadAadMad含量64.38.5526.110.88表7钒钛海绵铁的主要成分及含量(wt％)成分TFeFeOMFeV2O5TiO2含量65.544.3462.170.7919.09在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。当前第1页1 2 3