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悬浮式闪速磁化焙烧技术简介-1

2015-03-16来源:中国矿冶网点击数:0次

“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磁选生产线”,预计2014年底投产。
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”。

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。
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,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%。
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。
“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。
当前,中国钢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。
“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。
    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。

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%。
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。
 

表1 -原 料 矿 化 学 成 分 (%)

原料矿
TFe
FeO
Fe2O3
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
MnO
 
混合矿
33.93
13.38
33.64
20.26
1.60
5.64
1.34
2.21
 
褐铁矿
35.37
1.39
49.02
25.83
2.42
1.46
0.28
-
 
菱铁矿
31.41
28.92
12.77
13.47
1.03
11.20
3.12
-
原料矿
K2O
Na2O
BaO
P
C
S
烧失
 
 
混合矿
0.17
0.032
0.95
0.029
3.92
0.76
18.2
 
 
褐铁矿
0.21
0.025
4.69
0.025
0.80
1.00
9.39
 
 
菱铁矿
0.10
0.024
0.49
0.011
7.43
0.45
25.84
 

表2 - 5万吨工业试验生产线焙烧矿平均试验结果

矿石类型
原矿平均品位%
产品名称
产率%
TFe%
回收率%
 
菱、褐混合铁矿
 
 
33.93
 
弱磁精矿
70.4
58.6
94.89
弱磁尾矿
29.6
6.32
5.11
焙烧矿
100
41.18
100
 
褐铁矿
 
 
35.37
 
弱磁精矿
71.2
57.25
94.22
弱磁尾矿
28.78
6.93
5.78
焙烧矿
100
40.32
100
 
 
菱铁矿
 
 
31.41
 
弱磁精矿
68.03
58.56
94.16
弱磁尾矿
31.97
6.69
5.84
焙烧矿
100
40.91
100

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。
 

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。
悬浮式闪速磁化焙烧炉的高温尾气与常温原料矿粉进行多次气固换热,回收余热。
从悬浮式闪速磁化焙烧系统外排的热废气,送往烘干装置,烘干原矿。
高度磁化的焙烧矿从磁化炉出口排出,进入间接换热冷却器,换热产生的热空气作为热风炉的助燃空气再次利用。
在整个磁化焙烧过程中,焙烧炉的高温尾气预热原料;预热器的外排尾气用于烘干原矿;高温焙烧矿显热回收等技术的实施,实现了较高的能源综合利用率。
细粉状的原料矿在高温下被烧结,沉降速度快,精、尾矿都实现干堆。尾矿渣可作为水泥原料或用于制砖,解决了尾矿坝带来的环境污染及安全隐患。
7. 建设投资省
“悬浮式闪速磁化焙烧技术”,磁化速度快,生产效率高,单炉生产能力高达250万吨/年。每条悬浮式闪速磁化焙烧与磁选工艺生产线,只需配备1台悬浮式磁化焙烧炉,建设投资省,占地面积小。
悬浮式闪速磁化焙烧与磁选工艺生产线的生产规模,可以按业主要求设计。初定单条悬浮式闪速磁化焙烧与磁选工艺生产线的生产规模、估算的建设投资和占地面积如下(生产规模为原矿处理量):
 

生产规模 (万吨/年)
建设投资 (万元)
占地面积(亩)
30
6000
30
60
9800
40
120
16000
65
250
25000
90

与回转窑磁化焙烧生产线相比,建设投资减少20~40%。生产规模越大,节省建设投资的优势越明显。
8. 生产成本低
据业内人士估算,全球三大矿业巨头——力拓、必和必拓、淡水河谷铁矿生产成本为每吨30~70美元。
据中国冶金矿山企业协会的统计数据,中国矿山企业铁矿生产成本低于100美元/吨的占65%;在100~120美元/吨之间的占15%;其他高于120美元/吨。
悬浮式闪速磁化焙烧与磁选工艺生产线,热效率和生产效率高;单炉产量高,每条生产线只需配备1台悬浮式磁化焙烧炉,投资省,折旧少;生产集中控制度高,操作工人少,因而生产成本低。经济效益分析数据显示:每吨原料矿在生产线的加工成本约108元/吨(包括煤电消耗、人员工资、工厂折旧、应缴税费等各项费用,不含增值税)。
湖北某矿“60万吨/年悬浮式闪速磁化焙烧与磁选工艺”生产线,业主自有矿山开采权,原料矿进厂价60元/吨(不含增值税),2吨原料矿生产1吨铁精矿粉。经济效益分析数据显示:铁精矿的生产成本约336.5元/吨(不含增值税),约合53美元/吨。

六、经济效果
以正在建设的湖北某矿“60万吨/年悬浮式闪速磁化焙烧与磁选工艺”生产线为例,作经济效益分析。
业主自有矿山开采权,原料矿为褐铁矿和菱铁矿,含铁量30~37%。
1. 建设规模
设计生产能力:年处理原矿60万吨/年;
年生产铁精矿粉30万吨/年(铁含量60±2%)。
 悬浮式闪速磁化焙烧与磁选工艺生产线建在矿山。
计划建设期:一年。
2. 建设投资
预计建设投资:9708万元;
        其中:自有资金:3398万元;
              银行贷款:6310万元;
建设期利息:  218万元;
预计投产后需流动资金:1853万元。
3.经济指标
经济效益指标与产品铁精矿粉销售价格相关。60万吨/年悬浮式闪速磁化焙烧与磁选生产线,三种不同售价的主要经济指标列入表3。
由表1经济分析指标可以看出:
⑴  铁精矿粉销售价格为683.76元/吨,每年税后利润6066万元,全投资回收期2.48年(所得税后)。本项目有很强的盈利能力。
⑵  即便铁精矿粉销售价格下滑至512.82元/吨,每年税后利润2941万元,全投资回收期3.57年(所得税后)。本项目有很强的抗风险能力。
⑶  按原料矿进厂价60元/吨,2吨原料矿生产1吨铁精矿粉计算,铁精矿粉的生产成本约336.5元/吨。生产成本包括:原料矿进厂价格、煤电消耗、人员工资、工厂折旧、应缴税费等各项费用。
⑷  在生产成本中减去原料矿进厂价格,只计算煤电消耗、人员工资、工厂折旧、应缴税费等各项费用,每吨原料矿在生产线的加工成本约108元/吨。原料矿中含铁量越高,则产品铁精矿粉的生产成本越低。
⑸  经济分析中的煤耗、电耗,系按5万吨/年悬浮式磁化焙烧试验生产线数据计算。60万吨/年悬浮式闪速磁化焙烧工业生产线的产能扩大了12倍,实际煤耗、电耗会显著降低。

表3-60万吨/年悬浮式闪速磁化焙烧与磁选生产线主要经济指标 

指 标 名 称
单 位
售价一
售价二
售价三
原矿处理量
万吨/年
60
60
60
铁精矿粉产量
万吨/年
30
30
30
铁精矿粉销售价格(不含增值税)
/吨
512.82   
598.29  
683.76
原矿到厂价格    (不含增值税)
/吨原矿
60
60
60
铁精矿粉生产成本(不含增值税)
/吨精矿
336.28    
336.21  
336.37
原矿加工成本    (不含增值税)
/吨原矿
108.14
108.11
108.19
年销售收入
万元/年
15308
17859
20410
年销售税金及附加
万元/年
1385
1863
2340
年所得税
万元/年
 980
1502
2022
年税后利润
万元/年
2941
4505
6066
投资利润率
%
32.89
50.38
67.83
投资利税率
%
44.19
65.57
86.92
财务内部收益率: 所得税后
%
39.16
54.65
69.98
                 所得税前
%
47.30
67.51
87.58
全投资回收期:   所得税后
3.57
2.87
2.48
                 所得税前
3.17
2.54
2.20

注:全投资回收期含建设期1年      


 

责任编辑:[中国矿冶网]

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