СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗА ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ И (ИЛИ) ПЕРЕДЕЛЬНОГО ЧУГУНА ИЗ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ФОСФОРА Российский патент 2015 года по МПК C21B13/00 C22B1/11 

Область техники

Изобретение относится к получению железа прямого восстановления и, в частности, к процессу, способу и устройству для производства железа прямого восстановления и (или) передельного чугуна из железных руд с высоким содержанием фосфора. В соответствии с настоящим изобретением способ и устройство обеспечивают эффективный процесс удаления содержащегося в железных рудах фосфора, делая их пригодными для использования в процессе прямого восстановления железных руд. Железная руда с низким содержанием фосфора может быть использована в производстве стали, например, она может быть использована в качестве исходного сырья в процессе электродугового производства стали или может быть расплавлена для получения передельного чугуна в электрических восстановительных печах или вагранках.

Уровень техники

Прямое восстановление оксида железа в виде, например, блоков или кусков руды различного размера в металлическое железо в твердом состоянии стало практически возможным во всем мире в последние тридцать лет. В настоящее время общее ежегодное производство на действующих установках прямого восстановления превышает пятьдесят миллионов метрических тонн железа прямого восстановления. Железо прямого восстановления используется как исходный материал для производства стали в электродуговых печах. Можно ожидать, что мировая потребность в железе прямого восстановления значительно возрастет в следующие несколько лет по мере ввода в строй дополнительных установок для производства стали в электродуговых печах.

Однако существуют трудности, связанные с необходимостью удаления фосфора из матрицы оксида железа. Многие из процессов обогащения железа приводят также к увеличению содержания фосфора. Известные процессы прямого восстановления оксида железа до металлического железа могут начаться при установленном содержании фосфора в железной руде и (или) кусках железной руды меньшем, чем приблизительно 0,05%. Так как фосфор непосредственно связан с железом в матрице железной руды, железная руда с обогащением по фосфору большим, чем приблизительно 0,05%, не годится для производства железа прямого восстановления. В результате огромные отвалы сырой железной руды с высоким содержанием фосфора и высоким содержанием железа накапливаются на территориях рудников и не могут быть пущены в дело. Трудности в отделении фосфора от сырой железной руды создают запасы сырой железной руды, которая не может быть использована для производства стали в электродуговых печах и (или) печах для производства передельного чугуна.

Раскрытие изобретения

Желательно обеспечить способ производства железа прямого восстановления и (или) передельного чугуна из железных руд с высоким содержанием фосфора. Полученная руда может быть использована как исходное сырье для процессов прямого восстановления. Получившийся в результате продукт, представляющий собой восстановленную железную руду, пригоден для использования в электрических сталеплавильных печах и печах для производства передельного чугуна.

Первой целью изобретения является выделение фосфора из железных руд, имеющих высокое содержание фосфора, путем смешивания последних со щелочным раствором.

Другая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ рафинирования железа из железных руд с высоким содержанием фосфора. В предлагаемом способе: смешивают руду, содержащую высокофосфористый оксид железа, и щелочной раствор со значением рН, лежащим приблизительно между 12,5 и 13,5, получая смесь из щелочного раствора с высоким содержанием фосфора и твердой фракции низкофосфористой железной руды; сортируют смесь за счет гравитации, чтобы отделить щелочной раствор с высоким содержанием фосфора от низкофосфористой железной руды; разбавляют щелочной раствор с высоким содержанием фосфора до значения рН, лежащего приблизительно между 11,5 и 12,5, с выпадением при этом в осадок твердой фракции с высоким содержанием фосфора из первого разбавленного щелочного раствора; и восстанавливают низкофосфористую железную руду природным газом.

В другом варианте способ содержит стадию обработки известью, включающий добавление к низкофосфористой железной руде негашеной извести, гидратированной извести, карбоната кальция или их смесей; подачу смешанной с известью низкофосфористой железной руды в реактор восстановления и приведение в контакт низкофосфористой железной руды с природным газом для получения восстановленной железной руды.

Другая цель настоящего изобретения состоит в создании устройства для рафинирования железа из железных руд с высоким содержанием фосфора. Предлагаемое устройство содержит: вращающийся реактор для смешивания высокофосфористой железной руды и щелочного раствора со значением рН, лежащим приблизительно между 12,5 и 13,5; ситовый отстойник, предназначенный для гравитационного разделения твердой фракции низкофосфористой железной руды и щелочного раствора с высоким содержанием фосфора; станцию разбавления, на которой к щелочному раствору с высоким содержанием фосфора добавляют воду для выпадения в осадок твердой фракции с высоким содержанием фосфора из первого разбавленного щелочного раствора; фильтр, предназначенный для отделения твердой фракции с высоким содержанием фосфора от первого разбавленного щелочного раствора; разделительную станцию, служащую для промывки низкофосфористой железной руды водой, на которой твердая фракция низкофосфористой железной руды отделяется от второго разбавленного щелочного раствора, содержащего малые частицы твердой фракции низкофосфористой железной руды; фильтр, предназначенный для отделения малых частичек твердой фракции низкофосфористой железной руды от второго разбавленного щелочного раствора; испаритель, предназначенный для снижения содержания воды в первом и втором разбавленных щелочных растворах для образования выпаренного щелочного раствора; станцию смешивания, предназначенную для повышения концентрации выпаренного щелочного раствора до значений рН, лежащих приблизительно между 12,5 и 13; и возвратный питатель, предназначенный для повторной подачи во вращающийся реактор щелочного раствора со значением рН, лежащим приблизительно между 12,5 и 13.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением устройство для рафинирования железа из железных руд с высоким содержанием фосфора может содержать: ленту транспортера; реактор предварительного восстановления, содержащий сушильную станцию, нагревательную станцию и питатель природного газа, причем по конвейерной ленте низкофосфористая железная руда подается в реактор предварительного восстановления; реактор восстановления, содержащий питатель природного газа и нагреватель; и магнитное поле, величина которого составляет приблизительно от 100 до 200 гаусс.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых схематически показано:

на фиг.1 - предлагаемое в настоящем изобретении устройство для производства железа прямого восстановления из железных руд с высоким содержанием фосфора;

на фиг.2 - предлагаемый в настоящем изобретении и не являющийся ограничением упрощенный вариант производства низкофосфористой железной руды из высокофосфористой железной руды; и

на фиг.3 - не являющийся ограничением вариант выполнения, включающий восстановление низкофосфористой железной руды.

Подробное описание осуществления изобретения

Изобретение относится к получению железа прямого восстановления и, в частности, к процессу, способу и устройству для производства железа прямого восстановления и (или) передельного чугуна из железных руд с высоким содержанием фосфора. Высокофосфористую железную руду смешивают с щелочным раствором, чтобы отделить железную руду с низким содержанием фосфора от щелочного раствора с высоким содержанием фосфора. Полученную низкофосфористую железную руду затем восстанавливают. Восстановленная железная руда пригодна в качестве исходного материала в процессе производства стали в электродуговых печах и (или) процессе производства передельного чугуна.

Далее в описании сокращение “ЖПВ” используется для обозначения железа прямого восстановления. ЖПВ является альтернативным источником получения железа за счет нагрева железной руды до температуры, достаточно высокой, чтобы выжигать содержащиеся в руде углерод и кислород, но лежащей ниже точки плавления железа, равной 1535°С. Выходной продукт поставляется в виде окатышей или брикетов и содержит от 90 до 97 процентов чистого железа, при этом остальное содержание представляет собой главным образом углерод с малым количеством других примесей. Далее ЖПВ рафинируют в печи для превращения его в сталь.

Ниже в описании термин “передельный чугун” используется в отношении металлического полуфабриката, полученного из железной руды в доменной печи. Выходной продукт содержит приблизительно от 92 до 94 процентов железа, большое количество углерода, обычно от 2,0 до 4,0 процентов, и остальное составляют в основном марганец и кремний плюс небольшие количества фосфора, серы и других примесей. Затем передельный чугун рафинируют в печи для превращения его в сталь.

В описании данного изобретения термины “ЖПВ” и “передельный чугун” (известные также как “металлы”) могут использоваться как взаимозаменяемые.

Способ и устройство для снижения содержания фосфора в железной руде начинается с шага выщелачивания руды щелочным раствором с высоким значением рН и (или) реагентом выщелачивания на основе оксида кальция. Раствор с высоким значением рН понижает содержание фосфора в железной руде с получением низкофосфористой железной руды, пригодной для использования в процессе прямого восстановления железа и (или) в процессе производства передельного чугуна, то есть для использования в процессе производства стали в электродуговых печах.

Железную руду с высоким содержанием фосфора получают с горнорудных предприятий. Исходная железная руда с высоким содержанием фосфора может состоять из фракций различного размера в диапазоне приблизительно от 100 микрон до 5 миллиметров. Содержание фосфора в исходной высокофосфористой железной руде составляет приблизительно от 0,06% до 0,17%. Исходную высокофосфористую железную руду с различным размером фракций загружают во вращающийся реактор/смеситель вместе с щелочным раствором с высоким значением рН. Значение рН раствора составляет приблизительно 12 или более. Раствор подают в соотношении от 1 до 2 м/тонну руды, предпочтительно в соотношении от одной тонны оксида железа на кубический метр щелочного раствора до трех тонн оксида железа на кубический метр щелочного раствора.

Вращающийся реактор/смеситель может представлять собой смесительное устройство, широко известное в предшествующем уровне техники, такое как вращающийся барабан или вращающаяся печь.

После смешивания следующим шагом в процессе является сортировка очищенной от фосфора руды или низкофосфористой руды с технологической водой на вибрационном сите. В отстойнике со скользящим ситом использованный для выщелачивания щелочной раствор отделяется от руды. Щелочной раствор пропускается через фильтрационную систему для очистки и затем возвращается в реактор/смеситель. Он готов для использования со следующей порцией/навеской исходной высокофосфористой железной руды.

Щелочной раствор может состоять из гидрооксида натрия, гидрооксида аммония, гидрооксида калия, амина и их смесей. Ячейка сита может иметь любой подходящий размер, известный в предшествующем уровне техники, например приблизительно 100 микрон. Фильтрационная система может представлять собой любую широко известную в предшествующем уровне техники систему, такую как центрифужная или вакуумная. Отстойник со скользящим ситом может быть любым отстойником, широко известным в предшествующем уровне техники, таким как, например, декантатор или декантатор с отводом.

Фиг.1 иллюстрирует устройство и способ превращения высокофосфористой железной руды в железо прямого восстановления и (или) передельный чугун. Устройство содержит бункер (10), в который поступают оксиды железа с высоким содержанием фосфора в виде частиц различного размера. Оксиды железа с высоким содержанием фосфора подаются из бункера (10) во вращающийся реактор/смеситель (14). Щелочной раствор поступает в систему по подающей магистрали (12). Магистраль (12) подает щелочной раствор в смеситель (14). Высокофосфористая железная руда и щелочной раствор смешиваются. При контакте с щелочным раствором фосфор, распределенный в матрице оксида железа, растворяется и переходит в раствор. Фосфор в смесителе (14) переводится в жидкое состояние, то есть фосфорная составляющая выщелачивается щелочным раствором. Чтобы произвести выщелачивание как можно большего количества фосфора, смесь оставляют в реакторе/смесителе (14) на срок от 10 до 20 минут, предпочтительно от 12 до 16 минут. При недостаточно продолжительном времени смешивания не будет достигнут перевод в жидкое состояние максимального количества фосфора. Если время смешивания слишком продолжительно, используемое оборудование и (или) раствор оказываются не соответствующего размера, количества, качества или концентрации. Смешивание выполняется так, чтобы получить в результате поток от 0,8 кг железной руды/м с до приблизительно 2,0 кг железной руды/м²с. Щелочной раствор имеет рН между 12,5 и 13,5, предпочтительно между 12,5 и 13. Экономически не выгодно использовать щелочной раствор с рН, большим 13, однако, если рН щелочного раствора слишком низко, фосфор останется в твердом состоянии в матрице железа.

В соответствии с фиг.1 после реактора (14) смесь проходит по магистрали (16) в отстойник (18) со скользящим ситом. Твердая фракция железной руды с низким содержанием фосфора отделяется от раствора за счет гравитации. Раствор с высоким содержанием фосфора покидает отстойник через выход (20). Для снижения рН до значения между 11,5 и 12,5 к раствору с высоким содержанием фосфора через магистраль (22) добавляют воду. Воду добавляют в количестве от 5 до 10 кубических метров на тонну твердой фракции железной руды. Снижение значения рН обеспечивает то, что фосфорные соединения выпадают в осадок из первого разбавленного щелочного раствора. Фосфорные соединения отделяются от первого разбавленного щелочного раствора в центробежном фильтре (24). Фосфорные твердые фракции и фосфорные соединения затем хранятся на позиции (28), куда поступают по магистрали (26). Фосфорные твердые фракции и фосфорные соединения могут быть использованы в различных применениях, таких как производство удобрений или высокофосфористого передельного чугуна.

Из гравитационного отстойника частично или полностью освобожденная от фосфора железная руда выходит по магистрали (32) и затем подается на сито (36), где она промывается технологической водой, поступающей по магистрали (34). Содержание фосфора в низкофосфористой железной руде составляет приблизительно от 0,03% до 0,06%. Второй разбавленный щелочной раствор, содержащий мелкие частицы низкофосфористой железной руды, направляется в центробежный фильтр (44) по магистрали (42). Мелкие частицы низкофосфористой железной руды отделяются от второго разбавленного щелочного раствора. Низкофосфористая железная руда осаждается на сите (36), и частицы низкофосфористой железной руды, оставшиеся после фильтрации на позиции (44), поступают на склад (40) по магистрали (28). Низкофосфористая железная руда со склада (40) теперь готова для восстановления в ЖПВ.

Далее в соответствии с фиг.1 первый и второй разбавленные щелочные растворы выходят с фильтров (24) и (44) по магистралям (30) и (48). Разбавленные растворы подаются по магистрали (50) в испаритель (52). В испарителе (52) разбавленные растворы концентрируются путем удаления воды испарением и через магистраль (54) смешиваются со свежим щелочным раствором. После смешивания и доведения рН до значения между 12,5 и 13,5, предпочтительно между 12,5 и 13, свежий щелочной раствор возобновляет цикл путем подачи в систему по магистрали (12).

Частично освобожденная от фосфора низкофосфористая железная руда затем подается со склада (40) по магистрали (60) в систему прямого восстановления для освобождения от кислорода. В системе восстановления используются восстанавливающие агенты, такие как водород и оксид углерода, получаемые преобразованием природного газа на частично восстановленном слое самого железа.

В частности, обращаясь к фиг.1, можно видеть, что низкофосфористая железная руда, накопленная на позиции (40), подается в систему прямого восстановления по ленте (60) транспортера к реактору (62) предварительного восстановления. В реакторе (62) предварительного восстановления материал высушивается, предварительно нагревается и проходит предварительное восстановление, при котором удаляется приблизительно между 30 и 50% кислорода за счет воздействия восстанавливающего газа, поступающего через вход (92). Восстанавливающим газом может служить любой природный газ, широко известный в предшествующем уровне техники, такой как водород, оксид углерода и их смеси. В качестве реактора восстановления может выступать любой реактор восстановления, широко известный в предшествующем уровне техники, такой как вращающаяся печь. Прошедший предварительное восстановление материал затем передается по каналу (64) в ректор (66) восстановления, в котором удаляется приблизительно до 90-97% кислорода за счет воздействия восстанавливающего газа, вырабатываемого в самом реакторе (66) на горячей поверхности восстановленного материала, когда горячий восстанавливающий газ, поступающий по трубопроводу (114), приводится в контакт с горячей поверхностью.

Восстановленный материал выходит из реактора (66) при температуре приблизительно от 500°С до 700°С по трубопроводу (68) и затем проходит сквозь магнитное поле (70). Если температура слишком низка, не произойдет восстановления материала. Если температура слишком высока, материал образует слипшиеся включения, что затрудняет разделение в магнитном поле. Напряженность магнитного поля (70) составляет приблизительно от 100 до 200 гауссов. Если напряженность магнитного поля слишком низка, магнитный материал не будет выделен. Если напряженность магнитного поля слишком велика, немагнитный материал может сцепиться с магнитным материалом, что делает затруднительным отделение немагнитного материала. Немагнитный материал отделяется и накапливается на позиции (71) для последующего смешивания с фосфорными соединениями, хранящимися на позиции (28). Выделенный неметаллический материал и фосфорные соединения затем используются для производства высокофосфористого передельного чугуна и (или) в качестве добавки при производстве удобрений. Конечный продукт или доставляется в установку (74) брикетирования, или подается непосредственно в плавильную печь (76).

Отработанный газ, выходящий из реактора предварительного восстановления по трубопроводу (80), подается в циклон (82) для удаления вынесенных частиц пыли и затем подается в скруббер (86) для охлаждения, промывки и доведения до состояния, пригодного для использования в качестве топлива, поступающего по магистрали (88). Скруббер (88) может представлять собой любой скруббер, широко известный в предшествующем уровне техники, такой как скруббер с трубами Вентури, орошаемый струями воды скруббер или их сочетание. Газ, выходящий из реактора (66) восстановления по магистрали (90), делится на две части, часть, составляющая приблизительно от 30 до 40% и соответствующая приблизительно от 400 до 800 нм³/т восстановленного продукта, поступает по магистрали (92) в реактор предварительного восстановления, и другая часть, составляющая приблизительно от 60 до 70% и соответствующая приблизительно от 800 до 1400 нм³/т восстановленного продукта, возвращается обратно в процесс по магистрали (94). По магистрали (94) газ подается в циклон (96) для удаления вынесенных частиц пыли и затем подается в скруббер (100) для охлаждения, промывки и подачи в газовый компрессор (106) по магистрали (102). До подачи в компрессор (106) некоторое количество газа, соответствующее приблизительно от 200 до 400 нм³/т восстановленного продукта, отбирается в качестве топлива для питания горелок по магистрали (104). Сжатый газ, выходящий из компрессора под давлением, составляющим приблизительно от 1 до 3 бар, подается в нагреватель (110) для поднятия его температуры приблизительно до 700-900°С. Кислород или обогащенный кислородом воздух, поступающий по магистрали (112), вдувается в предварительно нагретый газ для повышения его температуры приблизительно до 900-1150°С, так что рабочий газ, поступающий в реактор по магистрали (114), заключает в себе достаточно энергии для протекания реакции в реакторах восстановления и предварительного восстановления. Если температура слишком низка, рабочий газ не будет содержать достаточно энергии для проведения восстановления. Если температура слишком высока, материал образует слипшиеся включения, что затрудняет восстановление. Если давление газа слишком низко, рабочий газ не будет содержать достаточно энергии для проведения реакций. Реакции преобразования и восстановления трудно выполнимы, если давление газа слишком высоко.

В дополнительном, не служащем ограничением варианте выполнения негашеная известь, гидратированная известь, карбонат кальция, аналогичные соединения и их смеси добавляются в низкофосфористую железную руду перед ее подачей в систему восстановления, так чтобы часть оставшегося фосфора была удалена за счет диффузии из железа в известь. Известь добавляется в пропорции приблизительно от 0,1 до 0,3% от веса руды. Если добавить слишком мало извести, значительное количество фосфора не будет удалено. Нужно следить за тем, чтобы не добавить слишком много извести, так как излишнее ее количество будет влиять на выход реакции восстановления. Часть насыщенной фосфором извести уносится и улавливается в скруббере отходящим газом, покидающим систему восстановления.

В соответствии с данным вариантом выполнения отходящий газ выходит из системы восстановления при концентрации извести, составляющей приблизительно от 5 до 15 г/нм³ газа при температуре приблизительно от 300 до 500°С. Отходящий газ охлаждается до температуры приблизительно от 30 до 40°С в охлаждающем скруббере и возвращается в систему за счет работы компрессора. После сжатия отходящий газ обогащается потоком природного газа при расходе приблизительно между 0,1 и 0,2 нм природного газа/нм отходящего газа. Смесь отходящего газа и природного газа, называемая рабочим газом, нагревается до температуры приблизительно от 700 до 900°С в устройстве предварительного нагрева. Для повышения температуры горячего рабочего газа до значений приблизительно от 900 до 1150°С в него вдувается воздух и (или) кислород. Газ повышенной температуры затем подается в систему восстановления, в которой метан и тяжелые углеводороды, присутствующие в природном газе, конвертируются в водород и оксид углерода, вступающие в реакцию с оксидом железа, удаляя кислород и увеличивая концентрацию железа.

После восстановления продукт, содержащий железо прямого восстановления, проходит сквозь магнитное поле, величина которого составляет приблизительно от 100 до 200 гауссов, для отделения остатков извести, которые не были вынесены газами. Немагнитный материал, отделенный от железа прямого восстановления, и известь, уловленные в скруббере, смешиваются с высокофосфористым осадком для использования в других применениях, таких как производство передельного чугуна, имеющего высокое содержание фосфора, или обработка для получения удобрений. Железо прямого восстановления, свободное от извести, может быть затем непосредственно загружено в сталеплавильную печь или в печь для производства передельного чугуна, или может храниться для последующего использования. Данный способ позволяет производить непосредственное восстановление, при котором частично или полностью освобожденная от фосфора железная руда (низкофосфористая) превращается в железо прямого восстановления.

Другие преимущества настоящего изобретения будут ясны из следующего примера.

Пример

Для демонстрации преимуществ предлагаемых в настоящем изобретении способа и устройства весь способ, включая устройство, раскрыт на фиг.1. На фиг.2 схематически изображено упрощение шагов, необходимых для удаления фосфора из железных руд с помощью предлагаемого в данном изобретении способа. На фиг.3 схематически изображен вариант выполнения без применения извести, включающий восстановление полученной низкофосфористой железной руды.

Как показано на фиг.2, в соответствии с данным способом железная руда (200) с высоким содержанием фосфора, составляющим 0,14%, загружалась в емкость (202) и смешивалась со щелочным раствором (204) гидрооксида натрия при значении рН, равном 13. Состав перемешивался в течение десяти минут и смесь (203) фильтровалась через фильтровальную бумагу (206). Низкофосфористая твердая фракция (205) железной руды отделялась от высокофосфористого щелочного раствора (207). Процентное содержание фосфора в руде (210), прошедшей фильтровальную бумагу (206), было определено равным 0,04%, как показано ниже в Таблице 1. Высокофосфористый щелочной раствор (207) разбавлялся водой (208), подаваемой по магистрали (209) в раствор. По мере снижения рН содержащийся в растворе фосфор начинает выпадать в осадок. Раствор фильтруется на позиции (230) для удаления твердых фракций фосфора и его соединений (212) из разбавленного щелочного раствора (213). Разбавленный щелочной раствор (213) нагревается для выпаривания воды на позиции (214). Концентрированный щелочной раствор (215) затем обрабатывается путем введения дополнительной щелочи (220), пока для него не будет получено значение рН, приблизительно равное 13, и затем раствор возвращается в процесс в качестве исходного щелочного раствора (204).

В соответствии с процессом, представленным на фиг.2, в емкость добавляется железная руда с высоким содержанием фосфора, составляющим 0,14%. Было установлено, что после описанной выше обработки процентное содержание фосфора в руде, осевшей на фильтровальной бумаге, составляет 0,04%.

Измерения показали, что процентное содержание фосфора, удаленного из исходного образца железной руды, составляет приблизительно от 40 до 80% фосфора.

В соответствии с фиг.3 к полученной низкофосфористой железной руде (300) добавлялся 1% извести. Руда (300) по магистрали (302) подавалась непосредственно во вращающуюся печь (304). Сразу после охлаждения образца на позиции (308) было установлено, что он содержит 0,052% фосфора в соответствии с Таблицей 1, представленной ниже. В Таблице 1 приведены результаты рентгеновского дифракционного анализа исходного образца высокофосфористой железной руды, образца низкофосфористой железной руды, обработанного щелочным раствором в соответствии с фиг.2, и низкофосфористого образца, полученного прямым восстановлением и с использованием агента на основе извести. Дифракционный анализ показывает снижение содержания фосфора после описанной в настоящем изобретении обработки, то есть демонстрирует эффективность и новизну предлагаемого в изобретении способа.

Таблица 1 Результаты для данного примера ОБРАЗЕЦ УСТАНОВЛЕННЫЕ КОМПОНЕНТЫ Образец руды с высоким содержанием фосфора (0,14% Р) Гематит (Fe₂О₃) Фосфорнокислое железо (Fe₃(Н₂РО₃) Гетит (Fe(OH)) Вивианит (Fe₃(РO₄)₂(8Н₂O)) диоксид кремния (SiO₂) Эпидот (Ca₂-FeAl₂Si₃O₁₂(OH)) ортофосфат алюминия (АlРO₄) Образец руды, обработанной щелочным раствором (0,04% Р) Гематит (Fe₂O₃) Вивианит (Fe₃(РO₄)₂(8Н₂O)) диоксид кремния (SiO₂) Образец восстановленной руды (0,052% Р) Гетит (Fe(OH)) Вюстит (FeO) Вивианит (Fe₃(РO₄)₂(8Н₂O)) Железо Fe

Способ и устройство для прямого восстановления высокофосфористой железной руды, предлагаемые в настоящем изобретении, могут быть реализованы в других возможных приложениях. Предлагаемый в настоящем изобретении способ может быть использован в общеизвестных металлургических технологиях, производстве керамики и любых приложениях, обеспечивая получение преимуществ за счет разделения и восстановления по настоящему изобретению.

Должно быть понятно, что изобретение не ограничено показанными и описанными иллюстрациями, которые должны считаться просто пояснениями к наилучшим вариантам выполнения изобретения, и которые, как подразумевается, могут изменяться в отношении формы, размера, расположения отдельных частей и деталей выполнения операций. Изобретение скорее предназначено для охвата всех таких изменений, не выходящих за его идею и объем, определенные формулой изобретения.

Изобретение относится к способам и устройству для обработки железных руд с высоким содержанием фосфора. Способ включает смешивание железной руды, содержащей высокофосфористые оксиды железа, со щелочным раствором, значение рН которого лежит приблизительно между 12,5 и 13,5, сортировку смеси за счет гравитации с целью отделения высокофосфористого щелочного раствора от низкофосфористой железной руды и восстановление низкофосфористой железной руды природным газом. Изобретение позволяет эффективно удалять фосфор из железных руд для их последующего использования в процессе прямого восстановления. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 1 пр.

1. Способ обработки железной руды с высоким содержанием фосфора, включающий удаление фосфора из железной руды, в котором:
смешивают руду, содержащую высокофосфористый оксид железа, и щелочной раствор со значением pH, лежащим приблизительно между 12,5 и 13,5, с получением смеси из щелочного раствора с высоким содержанием фосфора и твердой фракции низкофосфористой железной руды;
сортируют смесь за счет гравитации для отделения щелочного раствора с высоким содержанием фосфора от низкофосфористой железной руды;
разбавляют щелочной раствор с высоким содержанием фосфора до значения pH, лежащего приблизительно между 11,5 и 12,5, с выпадением при этом в осадок твердой фракции с высоким содержанием фосфора из первого разбавленного щелочного раствора; и
восстанавливают низкофосфористую железную руду природным газом, причем:
на стадии разбавления:
добавляют воду к щелочному раствору с высоким содержанием фосфора;
фильтруют разбавленный раствор с высоким содержанием фосфора для отделения выпавшей в осадок твердой высокофосфористой фракции от первого разбавленного щелочного раствора;
выпаривают первый разбавленный щелочной раствор для повышения его концентрации;
добавляют свежую щелочь к концентрированному первому разбавленному щелочному раствору до достижения значения pH, лежащего приблизительно между 12,5 и 13,5; и
возвращают щелочной раствор со значением pH, лежащим приблизительно между 12,5 и 13,5, на стадию смешивания, или
на стадии сортировки смеси:
просеивают низкофосфористую железную руду, промывают ее водой для получения второго разбавленного щелочного раствора, содержащего мелкие частицы низкофосфористой железной руды и твердую фракцию низкофосфористой железной руды;
фильтруют второй разбавленный раствор для отделения мелких низкофосфористых частиц от второго разбавленного щелочного раствора;
выпаривают второй разбавленный щелочной раствор для повышения его концентрации;
добавляют свежую щелочь к концентрированному второму разбавленному щелочному раствору до достижения значения pH, лежащего приблизительно между 12,5 и 13,5; и
возвращают щелочной раствор со значением pH, лежащим приблизительно между 12,5 и 13,5, на стадию смешивания.

2. Способ по п.1, в котором щелочной раствор присутствует в соотношении от одной тонны руды, содержащей высокофосфористый оксид железа, на кубический метр щелочного раствора до трех тонн руды, содержащей высокофосфористый оксид железа, на кубический метр щелочного раствора.

3. Способ по п.1, в котором щелочной раствор присутствует в соотношении две тонны руды, содержащей высокофосфористый оксид железа, на кубический метр щелочного раствора.

4. Способ по п.1, в котором содержание фосфора в руде, содержащей высокофосфористый оксид железа, больше 0,05%.

5. Способ по п.1, в котором щелочной раствор выбирают из группы, включающей гидрооксид натрия, гидрооксид аммония, гидрооксид калия, амин и их смеси.

6. Способ по п.1, в котором смешивание выполняют при скорости смешивания, обеспечивающей расход приблизительно от 0,8 до 2,0 килограмм железной руды/м²с.

7. Способ по п.1, в котором смешивание выполняют в течение от 10 до 20 минут.

8. Способ по п.1, в котором смешивание выполняют в течение приблизительно от 12 до 16 минут.

9. Способ по п.1, в котором содержание фосфора в низкофосфористой железной руде составляет приблизительно от 0,03 до 0,06%.

10. Способ по п.1, в котором выполняют несколько стадий сортировки и разбавления.

11. Способ по п.1, в котором на стадии восстановления:
подают низкофосфористую железную руду в реактор предварительного восстановления, в котором ее высушивают и предварительно нагревают;
приводят в контакт высушенную и предварительно нагретую низкофосфористую железную руду с природным газом с удалением приблизительно до 30-50% кислорода;
подают прошедшую предварительное восстановление низкофосфористую железную руду в реактор восстановления; и
приводят в контакт прошедшую предварительное восстановление низкофосфористую железную руду с природным газом для получения восстановленной железной руды, из которой удалено приблизительно до 90-97% кислорода.

12. Способ по п.11, в котором на стадии обработки дополнительно пропускают восстановленную железную руду сквозь магнитное поле.

13. Способ по п.12, в котором величина магнитного поля составляет приблизительно от 100 до 200 гаусс.

14. Способ по п.11, в котором восстановленное железо выходит из реактора при температуре приблизительно от 500 до 700°C.

15. Способ по п.1, в котором шаг восстановления выполняют при температуре приблизительно от 900 до 1150°C.

16. Способ по п.1, в котором природный газ имеет высокое содержание метана.

17. Способ по п.1, в котором восстанавливающий газ получают из преобразованного природного газа.

18. Способ обработки железной руды с высоким содержанием фосфора, включающий удаление фосфора из железной руды, в котором:
смешивают руду, содержащую высокофосфористый оксид железа, и щелочной раствор со значением pH, лежащим приблизительно между 12,5 и 13,5, с получением смеси из щелочного раствора с высоким содержанием фосфора и твердой фракции низкофосфористой железной руды;
сортируют за счет гравитации смесь для отделения щелочного раствора с высоким содержанием фосфора от низкофосфористой железной руды;
разбавляют щелочной раствор с высоким содержанием фосфора до значения pH, лежащего приблизительно между 11,5 и 12,5, с выпадением при этом в осадок твердой фракции с высоким содержанием фосфора из первого разбавленного щелочного раствора;
добавляют материал, выбираемый из группы, включающей негашеную известь, гидратированную известь, карбонат кальция и их смеси, к низкофосфористой железной руде;
подают смешанную с известью низкофосфористую железную руду в реактор восстановления; и
приводят в контакт смешанную с известью низкофосфористую железную руду с природным газом для получения восстановленной железной руды, причем:
на стадии разбавления:
добавляют воду к щелочному раствору с высоким содержанием фосфора;
фильтруют разбавленный раствор с высоким содержанием фосфора для отделения выпавшей в осадок твердой высокофосфористой фракции от первого разбавленного щелочного раствора;
выпаривают первый разбавленный щелочной раствор для повышения его концентрации;
добавляют свежую щелочь к концентрированному первому разбавленному щелочному раствору до достижения значения pH, лежащего приблизительно между 12,5 и 13,5; и
возвращают щелочной раствор со значением pH, лежащим приблизительно между 12,5 и 13,5, на стадию смешивания, или
на стадии сортировки смеси:
просеивают низкофосфористую железную руду, промывают ее водой для получения второго разбавленного щелочного раствора, содержащего мелкие частицы низкофосфористой железной руды и твердую фракцию низкофосфористой железной руды;
фильтруют второй разбавленный раствор для отделения мелких низкофосфористых частиц от второго разбавленного щелочного раствора;
выпаривают второй разбавленный щелочной раствор для повышения его концентрации;
добавляют свежую щелочь к концентрированному второму разбавленному щелочному раствору до достижения значения pH, лежащего приблизительно между 12,5 и 13,5; и
возвращают щелочной раствор со значением pH, лежащим приблизительно между 12,5 и 13,5, на стадию смешивания.

19. Устройство для обработки железной руды с высоким содержанием фосфора, содержащее:
вращающийся реактор для смешивания высокофосфористой железной руды с щелочным раствором, значение pH которого лежит приблизительно между 12,5 и 13,5;
ситовый отстойник для гравитационного разделения твердой фракции низкофосфористой железной руды и щелочного раствора с высоким содержанием фосфора;
станцию разбавления, на которой к щелочному раствору с высоким содержанием фосфора добавляется вода для выпадения в осадок твердой фракции с высоким содержанием фосфора из первого разбавленного щелочного раствора;
фильтр для отделения твердой фракции с высоким содержанием фосфора от первого разбавленного щелочного раствора;
разделительную станцию для промывки низкофосфористой железной руды водой, в которой твердая фракция низкофосфористой железной руды отделяется от второго разбавленного щелочного раствора, содержащего малые частицы твердой фракции низкофосфористой железной руды;
фильтр для отделения малых частичек твердой фракции низкофосфористой железной руды от второго разбавленного щелочного раствора;
испаритель для снижения содержания воды в первом и втором разбавленных щелочных растворах с образованием выпаренного щелочного раствора;
станцию смешивания для повышения концентрации выпаренного щелочного раствора до значений pH, лежащих приблизительно между 12,5 и 13;
возвратный питатель для возврата во вращающийся реактор щелочного раствора со значением pH, лежащим приблизительно между 12,5 и 13.

20. Устройство по п.19, содержащее:
конвейерную ленту;
реактор предварительного восстановления, содержащий станцию высушивания;
станцию нагрева и питатель природного газа, причем по конвейерной ленте низкофосфористая железная руда подается в реактор предварительного восстановления;
реактор восстановления, содержащий питатель природного газа и нагреватель;
магнитное поле, величина которого приблизительно составляет от 100 до 200 гаусс.

21. Устройство по п.20, содержащее станцию обработки известью, в которой к низкофосфористой железной руде добавляют негашеную известь, гидратированную известь, карбонат кальция или их смеси.