CN104428066A - 用于铁矿石细粉和超细粉的干式回收的工艺和系统及磁性分离器单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从适用于处理沉积在堰坝中的矿石废物和成堆储存的废物二者的以上采矿操作来完全干式处理铁矿废物的系统及方法。本发明解决了使用湿式和废物增稠方式的磁性分离工艺的问题，通过系统和方法消除了将固体废物丢弃到保持堰坝中的风险，其中矿石的湿度借助于机械搅拌干燥器(使用天然气来防止污染)降低，然后矿石分类成各种部分且最后磁性地分离，其中重要差别为完全干燥过程。

Description

用于铁矿石细粉和超细粉的干式回收的工艺和系统及磁性分离器单元

技术领域

本发明涉及一种用于从铁矿废物盘层干式回收铁矿石细粉和超细粉的工艺及系统。本发明还针对用于由干式工艺分离铁矿细粉的磁性分离单元。

背景技术

在此方面，本发明针对改善仍包含在所述废物中的铁矿石的回收，提供了较高冶金和质量回收。因此，有可能获得商业上优异的产品，更精确地说是具有高于63%的Fe含量的铁精矿石。如果人们考虑历史上由巴西和世界其它地区的采矿业的废物呈现出的风险，则此结果从环境观点来看呈现出显著的进步。

本发明的干式工艺的创新特性有利地满足了采矿业的经济、环境和战略要求，使得能够改善构成较高环境影响的风险的矿石废物的回收，以技术上和经济上可行的方式将它们变为商业产品。在该干式工艺中，没有使用水，且最终的残渣将为堆积的废物，而不需要浪费堰坝。

现有技术的描述

在工业规模的采矿活动的最初时刻，关于处理废物的技术了解很少。由于产生的废物量合理且很少且环境问题也不是本行业的操作考虑的一部分的事实，故对此领域的关注仍较低。

在此方面，废物通常任意丢弃在河流中。然而，随着采矿业的发展，关于环境问题的社会关注的增长，以及废物拦截堰坝的几次事故的出现，从七十年代起，在世界各地，包括巴西，鉴于通过更安全和优化的工程使环境影响最小化且降低事故的风险，采矿公司经历了确保工业装置的操作的挑战。

大体上，三种技术用于处理采矿废物，即：

通过堰坝中的湿法，

通过堆积废物中的干法，或

通过使用浆料填充技术。

湿法处理与干法处理之间的差别在于，通过堰坝湿法，仍存在拦截液体与丢弃的固体材料结合。高强度磁性分离通常用于材料的连续流，如，WHIMS(湿式高强度磁性分离)。

关于浆料填充处理，这是常规实施方式的备选方案，其具有优点如水的较高回收和再循环、较大静止保护（rest angel）以及对环境的较小影响。然而，该工艺以较高建造和操作成本执行。

例如，巴西专利申请BR PI 0803327 - 7公开了一种磁选工艺，其具有较低的水消耗和较低的废物浆料生成。湿式磁性分离和磁性废物处理可减少将大量固体废物丢弃到倾倒堰坝中。然而，所述工艺并未针对废物的回收。所以，不存在有效降低活动中固有的环境风险。

另一个文献(专利申请BR PI0103652-1)描述了从氧化铁回收残渣的工艺。这些残渣可能从冶金还原过程和来自向钢铁公司提供铁矿石的公司返回的偏差细粉来回收细粉而直接地获得。材料载入进料仓中，且穿过滑槽和传送带进入旋转的干燥箱中。干材料从原料卸载，而未经过任何分类/精选过程，或其通过传送带系统直接地被引导至还原炉。

关于干燥/解集废物来用于随后分离的步骤，现有技术通常使用转鼓式干燥器。通过该技术，干燥器中的细粉的存在导致在干燥器内形成显著量(30%到50%)的球团(其明显与回收细粉的目标相反)，导致设备对于粗颗粒的低效率，且甚至对于细颗粒的更大的无效。

对于粗颗粒建议流体床干燥器，其使得能够形成流体床，且不可能对于细颗粒形成流体床。

喷雾干燥现今在陶瓷行业中广泛使用，用于制备制造瓷制地板过程中的物质。然而，为了在喷雾干燥中干燥，需要以50%的固体形成浆料，以用于促进颗粒喷雾针对热空气流喷射。给送500吨/h的进料需要多于300m³的水，这使得操作成本不可行。

关于通常用于现有技术中的磁性分离过程，人们通常使用设备的磁力辊件，或高强度的永磁鼓，其效率对于分离大小高于100μm的材料是令人满意的。

对于具有低于该尺寸(100μm)的大小的材料，高强度磁力辊分离器尽管已经被使用，但已经被证明是低效的。该低效由以下事实引起：在颗粒从传送带排出时，颗粒分离面对颗粒经历的磁力与离心力之间的比例发生。

因此，对于低于大小小于100μm的颗粒，在大多数情况下，磁力高于离心力，这还导致非磁性颗粒传导至旨在接收磁性颗粒的区域。

鉴于27微米的d50的中等废物盘层中的材料的平均粒度分布，即，穿过的材料的50%为27微米，以及51微米的d80，即，穿过材料的80%为51微米，有可能认为极细的材料难以由常规方法干燥。

发明内容

面对上文所述的情形，本发明具有的目的在于提供用于干回收铁矿石的细粉和超细粉的系统及工艺，其效率很高，且不具有目前使用的工艺和系统的环境缺陷，其还具有在本行业中可完美地接受的建造和操作成本。

以相同方式，本发明还针对提供一种磁性分离单元，其对于传统上可通过常用的辊式磁性分离器处理的材料有效。

此目的以绝对有效的方式实现，降低了建造系统的环境的潜在风险、促进了自然资源的合理利用、回收了在堰坝和在堆积物中的事故情况下可能存在环境风险的废物，且与周围环境的相互作用友好。

按照增长的环境需求，本发明以环境上可持续的方式构成了对产生经济效果的挑战的决定性反应，主要特征在于：

·铁的较大质量和冶金回收；

·从铁矿石以＜100目的部分回收细粉，而没有拖动引起的损失；

·清洁燃烧，没有残渣；

·不存在至大气的残渣；

·更有效的铁分离，其中生成了具有较低铁含量的较清洁的废物；

·具有局部处理的物流优化；

·保护了河流和蓄水层；

·堰坝事故的风险最小化；

·减小了用于建造的物理空间；

·低能量消耗；

·系统的模块性和灵活性；

·延长了矿场的使用寿命。

如前文所述，本发明的解决方案的特异性依靠采用完全干式材料处理路线，这需要在将最细的部分给送到磁性分离器之前引入干燥单元。

构成本发明的支柱的路线可归纳为以下：矿石的湿度借助于机械搅拌干燥器(使用天然气以防止污染)来降低，其然后分类成各种部分，且最终磁性地分离，其中重要差别在于完全干式的过程。

附图说明

图1示出示意图；.

图2示出了工艺的操作流程图；

图3示出了在本发明的工艺和系统中使用的具有机械搅拌/机械搅拌系统的快速干燥器；

图4示出了一类旋风分离器的布置；

图5示出了在磁性分离单元的磁力辊上促动的力的分布图；

图6示出了围绕用于磁性分离单元的磁力辊的永磁铁存在的磁场线的图表；

图7为场线与磁铁和间隙的厚度之比的示范图；

图8为根据本发明的磁性分离单元的简图。

具体实施方式

在开始本发明的描述之前，应当指出的是，本文阐明的大小仅通过举例的方式给出，以便他们不会被看作是本发明的范围的限制。面对当前公开的构想，本领域的技术人员将了解如何确定适合具体情况的大小，以便实现本发明的目的。

在图1中，参考标号1到7代表正如他们通常用于现有技术的步骤和构件，以便他们不结合由本发明带来的创新。

在此方面，存在待处理的大量材料1，其由挖掘机2挖掘且置于卡车铲斗3中。卡车3供应仓或料斗4，它们然后由振动传送器5引导至用于执行预先分离的筛6。

筛6可由用于除去污染材料的振动筛构成。以此方式，材料通向肺式堆7。

例如，所述肺式堆7的容量可达到2,000吨的材料。

此外，涉及料斗的雾帘可提供成以便防止灰尘落到料斗的外部部分上。在此方面，带式传送器可被完全包围，因此防止材料的可能损失和灰尘随后发散到大气中。

在肺式堆7下方，可存在导管，其包括振动进料器(未示出)，其提供了矿石传送至带式传送器。

从肺式堆7的带式传送器起，材料然后被引导至构成本发明的所谓的三个独特的操作中的第一个。第一独特操作为颗粒干燥/解集操作。

因此，为了解决细颗粒的干燥/解集的已经提到的问题，且获得颗粒100%独立来实现磁性分离过程中的最高效率，人们提出了使用如图3中所示的具有机械搅拌/机械搅拌系统的快速干燥器9。

干燥器9由加热室87构成，加热室生成引入主体中的热空气(大约1,100℃的最高温度)，具有螺旋桨9.2的两个轮轴9.1设在主体内，这引起颗粒既垂直地又水平地移动。这些气体经过迷宫系统9.5，其迫使加热空气与材料相接触。除促进颗粒与热空气接触来提高干燥过程的效率之外，垂直地移动颗粒进一步便于通过由排气机施加的负压促进的细粉收集的系统来除去细粉。还存在所谓的"细粉废物堰坝"的有效解集步骤。以此方式，颗粒水平地移动，以便干材料沿主体移动直至排放点。

干燥器可基于待干燥的材料的特性来尺寸确定为例如200t/h的能力；例如，干燥器可具有干燥、解集且同时除去细粉的能力，其中低于100目的待给送至干燥器的材料可基于总数达到大约98%。

执行的测试中使用的干燥器的主要特征在下文中列出：

·两个快速干燥器，其分别配备有两个150hp马达；组件具有带减小马达的两个钟摆双重闸阀，各个均具有7.5HPx2=15HP的功率，一个用于将产品给送至干燥器，而另一个用于排放干燥的产品的＞100目的部分。这些阀防止空气进入系统和热气体流出，因此在热气体的温度下保持性能，即，热平衡优异；

·具有导管的两个热气体发生器使发生器与干燥器互连，涂布有耐火材料。仍存在用于冷空气的入口阀，以保持热电偶中测得的温度的平衡。这些温度可在面板上指出和控制；

·用于将旋风分离器互连到套筒过滤器22上的导管，加上用于放出产品的蜗杆螺纹、排气机和烟囱；

·用于系统的电气面板，加上自动化和测量及控制仪器。

干燥器还具有完整的灰尘吸出系统，其中灰尘收集在不同的旋风分离级处，因此防止了颗粒泄漏到环境中。如已经所述那样，为了生成热，人们使用天然气，其与以正确空气/燃料比的空气流的适当控制一起提供了清洁和完整的燃烧，其中气体在穿过压滤器之后排出。

除去含气体的水蒸气和细粉的过程通过布置在电路的端部处的大容量排气机来执行。与排放系统电路相关联，存在整体结合本发明的工艺的所谓的第二独特操作的构件，该操作在于空气分类所述89%的细粉给送。如图4中所示，此构件由串联连接的至少一组旋风分离器10,12,14,16,18和20构成。

旋风分离器收集具有不同粒度的细粉。这些旋风分离器将取决于材料给送的粒度来执行选择性且减小的保持。因此，例如，第一旋风分离器可构造成具有粗颗粒，如44μm，在第二和第三中，保持的材料的粒度将为大约37μm，且在各个旋风分离器处逐渐地远至最后一个旋风分离器，其中保持达到10μm的细颗粒。空气分类发生在旋风分离器处，随各个旋风分离器的速度损失变化。

以所述的举例布置实现的粒度分布在以下的表1中示出。

表1-粒度分布-排气系统-旋风分离器

最后，关于10μm以下的超细颗粒，它们在一组套筒过滤器22中吸收和除去。在不同旋风分离器处收集的产品用于磁性分离，以回收球团分类(100目或在零mm处0.15mm的部分)中的高铁含量的磁性产品。

小于2mm且高于0.15mm的粗部分在干燥器排出口处释放。为了防止热损失，排气然后由两个双级阀控制，干燥材料由传送带收集和运输，直至磁性分离器。

关于分离步骤，更具体地说是磁性分离，其由本发明的工艺的第三独特操作构成。

磁性分离单元的安装容量对于包括辊式磁性分离器的各个干燥单元为高达15吨/h(不限于该值)。在此级下，各个部分具有如下文所述的不同的处理：

·粗部分(小于40mm且高于6.35mm的部分和小于6.35mm且高于2mm的部分)由具有230mm的辊直径的第一和第二磁力高强度分离器来分离，设备具有的磁强度足以保持高达40mm的颗粒在磁力辊的表面上；

·中间部分，其小于2mm且高于0.15mm，将由第三中等强度的鼓式磁性分离器(6.500高斯)分离；

·最后，小于0.15mm的较细部分具有其认作是很大操作难度的磁力干分离，因为磁场线引起非磁性细粉被拖动至磁性部分。在以高速移动时，场线生成电流(涡流)。

该过程用于分离传导金属，例如，在再循环的铝罐中，呈现出对细颗粒的不可见且促动的力。

因此，本发明还提供了设备的高强度磁性分离辊件，尤其用于分离0.15mm到零的粒度的氧化铁细粉。在此磁性分离中，有可能获得具有高Fe(T)含量的产品。例如，在矿石样品的测试中，回收的铁含量为68.82%。各种产品收集在不同的桶中，以用于较好利用且与获得的产品混合。

关于所述磁性分离的功能，该操作由不同磁化率的两种或多种材料与彼此分离的过程构成。主驱动功率为磁力(Fm/Mf)。如图5中所示，除该力之外，其它力也促动颗粒，如，离心力(Fc/Cf)和重力。

因此，颗粒在Fm＞Fc＋Fg时被认作是磁性的，且在Fm＜Fc＋Fg时被认作是非磁性的。对于高于15μm的粗颗粒，在相同速度下，离心力相对于40μm的颗粒较大。

面对该情形，细颗粒的磁性分离通常认作是很难或甚至不可能的。细粒颗粒呈现出较低的离心力，这在以下公式中呈现：

Fc = m . v2 /r

其中：

Fc=离心力

m=质量

v=速度

r=半径。

如本领域的技术人员将认识到的那样，除呈现出较低离心力之外，细颗粒进一步经历磁场的影响，以便其直径越小，该影响越大。当该磁场经历旋转时，生成传导场，其称为涡流，其趋于将细颗粒吸引至磁性部分。图6中示出了由永磁铁产生的磁场线。

用于本发明的磁力辊通过使具有相同极性(北)的磁铁以一定间隙共轭来产生，因此产生了在磁力辊各处改变的磁场线。如图7中呈现的那样，磁铁厚度与间隙厚度之间的比决定称为梯度的磁场的深度。

因此，眼前的事实在于，细颗粒呈现出较低的离心力，且将非磁性部分吸引至由磁场线引起的磁性部分，本发明提供了一种细粉分离方案，其具有克服上文报告的局限性的目标。如图8中所示，该方案包括倾斜磁力辊，以便升高颗粒速度，减小磁场的接触面积，且结果，有助于增大离心力和重力的效果。

此外，为了增大颗粒速度以便克服非磁性部分的吸引，所需的是增大磁场深度，作为3:1的定额(磁铁厚度:间隙厚度)。

在此方面，倾斜角可经历取决于粒度的变化，以便对于较细的颗粒，倾斜角可较大。该角的变化将容易由本领域的技术人员确定，只要他知道本专利中公开的发明构想。

永磁铁磁性分离器呈现出以下特征，其将选择性给予磁性分离过程：

·低梯度；

·最大达到13,000高斯的高磁场强度，磁场强度可取决于布置、磁铁厚度和间隙厚度而更高或更低；

·较大厚度的磁铁与较小厚度的间隙之比提供了较高磁场强度；

·除铁和硼之外，稀土永磁铁具有其成分中的52%的钕。磁饱和水平与钕的量成正比。

该设备的其它特征在下文中呈现：

·磁力辊为高强度、高梯度，构造有抵抗达到80℃的温度的效力过高的钕和高磁导率的钢盘的永久类型；

·磁力辊的促动借助于完整的变速2.0HP AC马达来实现，对于220VCA(VAC)60Hz，该马达具有三相变频器(其可依靠220/380/440 VCA(VAC)运行)。　

·带张力和对准系统可解决关于细带的小直径辊之间的短距离的问题。有可能在几分钟内替换带，而不需要专用工具。使用的三个引导系统使人们能够张紧和对准带，因此延长其使用寿命；

·聚酯织物类型的t形分离带涂布有PU(聚氨基甲酸酯)层，该层具有0.6到1.00mm的厚度；

·对于调节给送速度，辊型给送系统具有2.0HP，220VAC、具有变频器的三相驱动马达。其包括储存仓；该类型的进料器使得能够更受控且一致的给送，尤其是对于具有不同密度或形式的颗粒，且对仓中的材料的水平的变化不敏感。这是优于振动进料器的主要技术优点；

·支承结构，其构造有碳钢轮廓，具有相应的油漆罩面，使得组件为紧凑且容易安装的单元。整个防尘控制面板，包括测量仪器、速度控制器、变频器，反馈电压：220VAC、60Hz、三相。

然而，所有上述情况和特性使得能够在单元中产生改善，根据其，永磁铁辊磁性分离器布置有相对于水平的确定角，以便提供附加的力，其加至离心力，且因此操纵成令人满意地保持非磁性材料。

此布置可在图1中所示的磁性分离器上的参考标号11,13,15,17和21下看到。

同样提到的低梯度由磁铁和间隙的布置引起的磁性深度引起。

实例1

废物样品的分析

鉴于产生已知废物堆的物理化学特征且鉴于证明本发明的设备的技术在其干式处理中的有效性，且具有包含在其中的铁的最高回收可能，人们已经收集所述堆的样品以由专门的实验室分析，使用安装在实验室自身处的电路，模拟由本发明的设备采用的相同操作路线。

废物堆的矿石样品呈现出极简单的矿物性质，基本上由含铁矿物和非磁性部分构成，其中含铁材料为：磁铁矿、假象赤铁矿、赤铁矿，以及由如下文所示的铁的氧化物和氢氧化物。非磁性部分基本上由二氧化硅构成。这些矿物的百分比在下表2中示出。

表2

在第一步骤中，获得了总铁的70.17%的冶金回收，其对于本行业相当高，其结果可在下表3中看到：

表3-废物样本的第一测试

最高回收可达到70.17%＋17.55%=87.72%。

为了证明该过程的效率，较大体积的新样本被收集和处理。

在处理之后，获得以下结果：

·高于6.35mm的部分实现按重量计19.86%的回收，其中Fe(T)含量为63.75%，这对应于含有的铁的26.33%的冶金回收；

·低于6.35mm且高于2mm的部分按重量计实现11.85%的回收，其中Fe(T)含量为62.63%，其对应于含有的铁的15.44%的回收；

·低于2mm且高于100目的部分具有按重量计14.87%的回收和62.03%的Fe(T)含量，其对应于包含的铁的19.18%的冶金回收；

·低于100目的部分具有按质量计13.86%的回收，且Fe(T)平均含量为68.72%，其对应于包含的铁的19.80%的冶金回收。

因此，在根据形成的流程图和模拟本发明的路线执行的第二测试中，人们实现了按重量计60.45%的回收，具有64.23%的平均Fe(T)含量和包含的铁的80.75%的冶金回收，仍高于第一测试中获得的冶金回收。

实验室中形成的测试的结果明证明了在来自所述废物堆的"倾倒"的过程中本发明的干式磁性回收的技术路线的效力。结果或第二测试在下表4(化学颗粒分析)和4(回收表)中示出。

表4-废物样品的第二测试

表5

此外，在执行测试期间，人们还确定了如下表6中所示的收集的材料的粒度测定轮廓。

图6

设备给送的粒度测定

尽管本发明已经参照其特定特征描述，但很明显，本发明的许多其它形式和改型将对于本领域的技术人员明显。

所附权利要求制作成以便它们可覆盖将在本发明的范围内的此类明显的形式和改型。

Claims (11)

1. 一种用于铁矿石的细粉和超细粉的干式回收的系统，其特征在于，所述回收以完全干式冶金路线来执行，设有具有机械搅拌的干燥器件、用于给送材料的空气分类的至少一组旋风分离器；以及磁性干燥器，其通过布置成倾斜的永磁铁辊，以便增大促动穿过辊的铁矿石颗粒的离心力和重力的合力。

2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冶金路线还包括用于材料给送、矿石的初步还原、运输、储存、筛分、套筒过滤的补充系统。

3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，雾帘提供成防止灰尘落到所述料斗的外侧上。

4. 根据权利要求1所述的用于处理铁矿石废物的系统，其特征在于，所述带式传送器以一种方式被包围，使得其防止材料损失和灰尘散发到大气中。

5. 根据权利要求1所述的用于处理铁矿石废物的系统，其特征在于，所述铁矿石废物沉积在堰坝中。

6. 根据权利要求1所述的用于处理铁矿石废物的系统，其特征在于，所述铁矿石废物成堆储存。

7. 一种用于铁矿石的细粉和超细粉的干式回收的工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：

(a)通过机械搅拌干燥/分解所述矿石；

(b)基于旋风分离操作中的所述材料的颗粒测定法来选择空气分类；以及

(c)借助于倾斜布置的永磁铁辊的磁性分离，以便增大促动穿过所述辊的铁矿石颗粒的所述离心力和所述重力的合力。

8. 根据权利要求7所述的工艺，其特征在于，所述工艺还包括通过所述带式传送器经由设有振动进料器的导管将所述矿石传递至所述干燥/分解系统的储存区域。

9. 根据权利要求7或权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述分离器以可达到3,000高斯的磁场强度操作。

10. 用于分离对应于矿石废物的确定部分的磁性分离单元，其特征在于，所述单元包括布置成倾斜的永磁铁辊，以便增大促动穿过所述辊的所述铁矿石颗粒的所述离心力和所述重力的效果。

11. 根据权利要求11所述的磁性分离单元，其特征在于，所述永磁铁辊包括在中间具有间隙的相同极性(北)的磁铁，后面是中间具有间隙的相同极性(南)的磁铁，具有3:1的磁铁厚度:间隙厚度比。