高纯氧化铁红湿火一体法装置及高纯氧化铁红的制备方法

摘要

本发明涉及高纯氧化铁红技术领域，是一种高纯氧化铁红湿火一体法装置及高纯氧化铁红的制备方法；该高纯氧化铁红湿火一体法装置，包括湿法球磨机、酸浸罐、一级过滤机、除钙镁罐、二级过滤机、预浓缩器、浆料吸收塔、水解煅烧炉和回转煅烧窑；湿法球磨机的出料端和酸浸罐的进料端通过第一管线固定连接在一起。本发明利用火法冶金设备回转煅烧窑生产高纯氧化铁红，产生的含氯高温烟气既为水解煅烧窑提供了热量，又实现了湿法除尘，脱除了烟气中的HCl及粉尘；利用湿法冶金的酸浸技术，完成了菱铁矿中杂质的脱除，本发明中的盐酸能够循环利用，不引入其他介质，无副产品产生，没有二次污染，从而降低了生产成本，实现了低品位菱铁矿的综合利用。

说明书

技术领域

本发明涉及高纯氧化铁红技术领域，是一种高纯氧化铁红湿火一体法装置及高纯氧化铁红的制备方法。

背景技术

湿法冶金就是金属矿物原料在酸性介质或碱性介质的水溶液中进行化学处理或有机溶剂萃取、分离杂质、提取金属及其化合物的过程。湿法冶金的优点是原料中有价金属综合回收程度高，并且生产过程较易实现连续化和自动化。火法冶金用燃料、电能或其他能源产生高温，在高温下，从矿石中提取和精炼金属或其化合物。火法冶金一般分矿石准备、冶炼、精炼和烟气处理等步骤。火法冶金的主要化学反应是还原-氧化反应。火法冶金具有工艺成熟，容易规模化生产，在冶金行业具有统治地位。但火法也存在着对矿石品位要求高、能耗高，高温烟气难以彻底处理的问题，从而增加了生产成本。

而湿法对低品位矿石具有适用性、对相似金属矿物难分离矿物具有适用性以及有价金属综合利用收率高，处理污染彻底的特点，对火法冶金是有力的补充。但湿法冶金中所用的酸性介质、碱性介质或者其他介质无法循环再生，必将形成副产物无法处理，大多形成固体、液体废弃物排出，会对环境造成危害。

我国菱铁矿资源十分丰富，但平均含铁30%至35%，矿石采、选、冶均较困难，所以利用率不高。目前行业技术人员研究重点为选矿技术，主要包括：浮选、强磁选等单一流程和焙烧—磁选等联合流程。但经过多年的实践表明，现有技术均存在着操作成本高，产生二次污染等问题，导致多数菱铁矿均处于闲置状态。

发明内容

本发明提供了一种高纯氧化铁红湿火一体法装置及高纯氧化铁红的制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有技术均存在操作成本高，产生二次污染，导致菱铁矿均处于闲置状态的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种高纯氧化铁红湿火一体法装置，包括湿法球磨机、酸浸罐、一级过滤机、除钙镁罐、二级过滤机、预浓缩器、浆料吸收塔、水解煅烧炉和回转煅烧窑；湿法球磨机的出料端和酸浸罐的进料端通过第一管线固定连接在一起，酸浸罐的出料端和一级过滤机的进液端通过第二管线固定连接在一起，一级过滤机的出液端和除钙镁罐的进料端通过第三管线固定连接在一起，在除钙镁罐的上部固定安装有除杂剂管，除钙镁罐的出料端和二级过滤机的进液端通过第四管线固定连接在一起，二级过滤机的出液端和预浓缩器的进料端通过第五管线固定连接在一起，预浓缩器的出料端和水解煅烧炉的进料端通过第六管线固定连接在一起，在水解煅烧炉的下方通过支架固定安装有螺旋输送机，水解煅烧炉的出料端和螺旋输送机的进料端相对应，螺旋输送机的出料端和回转煅烧窑的进料端通过第七管线固定连接在一起；在浆料吸收塔的进液端和第二管线之间固定连接有第八管线，在浆料吸收塔的出液端和酸浸罐的上部之间固定连接有第九管线，预浓缩器的出气端和浆料吸收塔的进气端通过第十管线固定连接在一起，在第二管线、第四管线和第六管线上分别固定安装有泵。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述在预浓缩器的外侧分别有盐酸吸收塔和尾气洗涤塔；浆料吸收塔的出气端和盐酸吸收塔的进气端通过第十一管线固定连接在一起，盐酸吸收塔的出气端和尾气洗涤塔的进气端通过第十二管线固定连接在一起，在第十二管线上固定安装有风机；在酸浸罐的上部和第十一管线之间固定连接有第十三管线；在尾气洗涤塔的出气端上固定连接有出气管，在尾气洗涤塔的进液端上固定连接有进水管，尾气洗涤塔的出液端和盐酸吸收塔的进液端通过第十四管线固定连接在一起，在盐酸吸收塔的出液端和第九管线之间固定连接有第十五管线，在第十四管线和第十五管线上分别固定安装有泵，在第二管线和第八管线上分别固定安装有阀门。

上述在水解煅烧炉的外侧分别有煤气发生炉和旋风分离器；煤气发生炉出气端和水解煅烧炉的进气端通过第十六管线固定连接在一起，水解煅烧炉的出气端和旋风分离器的进料端通过第十七管线固定连接在一起，旋风分离器的出气端和预浓缩器的进气端通过第十八管线固定连接在一起，在旋风分离器的出料端上固定连接有下料管，下料管的出料端位于螺旋输送机的上方并相对应；在回转煅烧窑的进气端和第十六管线之间固定连接有第十九管线，在回转煅烧窑的出气端和水解煅烧炉的下部之间固定连接有第二十管线；在第十六管线和第十九管线上分别固定安装有阀门。

上述在回转煅烧窑的出料端上固定连接有出料管，在出料管上固定安装有阀门。

上述在酸浸罐上固定安装有搅拌器；在除钙镁罐上固定安装有搅拌器。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种高纯氧化铁红的制备方法，按下述步骤进行：第一步，将菱铁矿加入湿法球磨机中进行球磨, 球磨后通过第一管线进入酸浸罐中的酸浸液中进行酸浸，酸浸液为盐酸水溶液，酸浸液的温度为85℃至95℃，酸浸液的PH值为4至5，酸浸后得到一次浆料；第二步，一次浆料分别通过第二管线和第八管线进入一级过滤机和浆料吸收塔中，浆料吸收塔中的一次浆料和烟气反应后通过第九管线回到酸浸罐中，进入一级过滤机中的一次浆料过滤后得到一级滤液，一级滤液通过第三管线与除杂剂管中的氟化铵水溶液在除钙镁罐中进行反应得到二次浆料，一级滤液和氟化铵水溶液的反应温度为78℃至82℃，氟化铵水溶液中氟化铵的物质的量为一级滤液中钙镁离子总物质的量的1.2倍至1.3倍；第三步，二次浆料通过第四管线进入二级过滤机中进行过滤，过滤后得到二级滤液，二级滤液通过第五管线进入预浓缩器中进行浓缩得到浓缩液，浓缩液的体积为二级滤液体积的70%至85%；第四步，浓缩液通过第六管线进入水解煅烧炉中进行水解反应，水解反应后的固相通过螺旋输送机和第七管线进入回转煅烧窑中进行煅烧，煅烧后得到质量百分含量为99.4%至99.9%的高纯氧化铁红。

下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：

上述煤气发生炉产生的煤气分别通过第十六管线和第十九管线进入水解煅烧炉和回转煅烧窑中进行燃烧，回转煅烧窑中的烟气通过第二十管线进入水解煅烧炉中，水解煅烧炉中的烟气通过第十七管线进入旋风分离器中进行分离，分离后的固相通过下料管进入螺旋输送机中，分离后的烟气通过第十八管线进入预浓缩器中与二级滤液进行反应，预浓缩器中反应后的烟气通过第十管线进入浆料吸收塔中与一次浆料进行反应，浆料吸收塔中反应后的烟气通过第十一管线进入盐酸吸收塔中与盐酸吸收塔中的液相进行反应，盐酸吸收塔中反应后的烟气通过第十二管线进入尾气洗涤塔中与进水管中的水进行反应后从出气管排出，尾气洗涤塔反应后的烟气中HCl浓度小于5PPm，尾气洗涤塔中反应后的液相通过第十四管线进入盐酸吸收塔中，盐酸吸收塔中反应后的液相通过第十五管线进入酸浸罐中，酸浸罐中的气体通过第十三管线进入盐酸吸收塔中。

上述氟化铵水溶液的质量百分比浓度为20%至40%；或/和，第一步中，菱铁矿球磨后的粒径为60目至100目。

上述回转煅烧窑的煅烧温度800℃至900℃；或/和，水解煅烧炉的底部温度600℃至700℃，水解煅烧炉的顶部为350℃至450℃，出水解煅烧炉的固相中氧化铁的质量百分含量为94.5%至96.5%。

上述菱铁矿中铁的质量百分含量为30%至45%，氧化镁的质量百分含量小于1%，氧化钙的质量百分含量小于2%，氧化铝的质量百分含量小于1%。

本发明利用火法冶金设备回转煅烧窑生产高纯氧化铁红，产生的含氯高温烟气既为水解煅烧窑提供了热量，又实现了湿法除尘，脱除了烟气中的HCl及粉尘；利用湿法冶金的酸浸技术，完成了菱铁矿中杂质的脱除，本发明中的盐酸能够循环利用，不引入其他介质，无副产品产生，没有二次污染，从而降低了生产成本，实现了低品位菱铁矿的综合利用。

附图说明

附图1为本发明的工艺流程示意图。

附图中的编码分别为：1为湿法球磨机，2为酸浸罐，3为一级过滤机，4为除钙镁罐，5为二级过滤机，6为预浓缩器，7为浆料吸收塔，8为水解煅烧炉，9为回转煅烧窑，10为第一管线，11为第二管线，12为第三管线，13为除杂剂管，14为第四管线，15为第五管线，16为第六管线，17为螺旋输送机，18为第七管线，19为第八管线，20为第九管线，21为第十管线，22为泵，23为盐酸吸收塔，24为尾气洗涤塔，25为第十一管线，26为第十二管线，27为风机，28为第十三管线，29为出气管，30为进水管，31为第十四管线，32为第十五管线，33为煤气发生炉，34为旋风分离器，35为第十六管线，36为第十七管线，37为第十八管线，38为下料管，39为第十九管线，40为第二十管线，41为出料管，42为搅拌器。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1，如附图1所示，该高纯氧化铁红湿火一体法装置包括湿法球磨机1、酸浸罐2、一级过滤机3、除钙镁罐4、二级过滤机5、预浓缩器6、浆料吸收塔7、水解煅烧炉8和回转煅烧窑9；湿法球磨机1的出料端和酸浸罐2的进料端通过第一管线10固定连接在一起，酸浸罐2的出料端和一级过滤机3的进液端通过第二管线11固定连接在一起，一级过滤机3的出液端和除钙镁罐4的进料端通过第三管线12固定连接在一起，在除钙镁罐4的上部固定安装有除杂剂管13，除钙镁罐4的出料端和二级过滤机5的进液端通过第四管线14固定连接在一起，二级过滤机5的出液端和预浓缩器6的进料端通过第五管线15固定连接在一起，预浓缩器6的出料端和水解煅烧炉8的进料端通过第六管线16固定连接在一起，在水解煅烧炉8的下方通过支架固定安装有螺旋输送机17，水解煅烧炉8的出料端和螺旋输送机17的进料端相对应，螺旋输送机17的出料端和回转煅烧窑9的进料端通过第七管线18固定连接在一起；在浆料吸收塔7的进液端和第二管线11之间固定连接有第八管线19，在浆料吸收塔7的出液端和酸浸罐2的上部之间固定连接有第九管线20，预浓缩器6的出气端和浆料吸收塔7的进气端通过第十管线21固定连接在一起，在第二管线11、第四管线14和第六管线16上分别固定安装有泵22。湿法球磨机1、酸浸罐2、一级过滤机3、除钙镁罐4、二级过滤机5、预浓缩器6、浆料吸收塔7、水解煅烧炉8和回转煅烧窑9均为现有公知公用的设备。

可根据实际需要，对上述实施例1作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，在预浓缩器6的外侧分别有盐酸吸收塔23和尾气洗涤塔24；浆料吸收塔7的出气端和盐酸吸收塔23的进气端通过第十一管线25固定连接在一起，盐酸吸收塔23的出气端和尾气洗涤塔24的进气端通过第十二管线26固定连接在一起，在第十二管线26上固定安装有风机27；在酸浸罐2的上部和第十一管线25之间固定连接有第十三管线28；在尾气洗涤塔24的出气端上固定连接有出气管29，在尾气洗涤塔24的进液端上固定连接有进水管30，尾气洗涤塔24的出液端和盐酸吸收塔23的进液端通过第十四管线31固定连接在一起，在盐酸吸收塔23的出液端和第九管线20之间固定连接有第十五管线32，在第十四管线31和第十五管线32上分别固定安装有泵22，在第二管线11和第八管线19上分别固定安装有阀门。风机27保证了本发明高纯氧化铁红湿火一体法装置处于微负压状态。

如附图1所示，在水解煅烧炉8的外侧分别有煤气发生炉33和旋风分离器34；煤气发生炉33出气端和水解煅烧炉8的进气端通过第十六管线35固定连接在一起，水解煅烧炉8的出气端和旋风分离器34的进料端通过第十七管线36固定连接在一起，旋风分离器34的出气端和预浓缩器6的进气端通过第十八管线37固定连接在一起，在旋风分离器34的出料端上固定连接有下料管38，下料管38的出料端位于螺旋输送机17的上方并相对应；在回转煅烧窑9的进气端和第十六管线35之间固定连接有第十九管线39，在回转煅烧窑9的出气端和水解煅烧炉8的下部之间固定连接有第二十管线40；在第十六管线35和第十九管线39上分别固定安装有阀门。

如附图1所示，在回转煅烧窑9的出料端上固定连接有出料管41，在出料管41上固定安装有阀门。

如附图1所示，在酸浸罐2上固定安装有搅拌器42；在除钙镁罐4上固定安装有搅拌器42。

实施例2，如附图1所示，该高纯氧化铁红的制备方法，按下述步骤进行：第一步，将菱铁矿加入湿法球磨机1中进行球磨, 球磨后通过第一管线10进入酸浸罐2中的酸浸液中进行酸浸，酸浸液为盐酸水溶液，酸浸液的温度为85℃至95℃，酸浸液的PH值为4至5，酸浸后得到一次浆料；第二步，一次浆料分别通过第二管线11和第八管线19进入一级过滤机3和浆料吸收塔7中，浆料吸收塔7中的一次浆料和烟气反应后通过第九管线20回到酸浸罐2中，进入一级过滤机3中的一次浆料过滤后得到一级滤液，一级滤液通过第三管线12与除杂剂管13中的氟化铵水溶液在除钙镁罐4中进行反应得到二次浆料，一级滤液和氟化铵水溶液的反应温度为78℃至82℃，氟化铵水溶液中氟化铵的物质的量为一级滤液中钙镁离子总物质的量的1.2倍至1.3倍；第三步，二次浆料通过第四管线14进入二级过滤机5中进行过滤，过滤后得到二级滤液，二级滤液通过第五管线15进入预浓缩器6中进行浓缩得到浓缩液，浓缩液的体积为二级滤液体积的70%至85%；第四步，浓缩液通过第六管线16进入水解煅烧炉8中进行水解反应，水解反应后的固相通过螺旋输送机17和第七管线18进入回转煅烧窑9中进行煅烧，煅烧后得到质量百分含量为99.4%至99.9%的高纯氧化铁红。控制酸浸的PH值，保证一次浆料的Al合格。二次浆料中Ca离子的平均含量为5PPm，镁离子的平均含量为9PPM。酸浸罐2中盐酸的物质的量为菱铁矿中铁、镁、钙和铝总物质的量的75%至85%，在酸浸罐2中反应时间为1.0h至2.0h。

可根据实际需要，对上述实施例2作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，煤气发生炉33产生的煤气分别通过第十六管线35和第十九管线39进入水解煅烧炉8和回转煅烧窑9中进行燃烧，回转煅烧窑9中的烟气通过第二十管线40进入水解煅烧炉8中，水解煅烧炉8中的烟气通过第十七管线36进入旋风分离器34中进行分离，分离后的固相通过下料管38进入螺旋输送机17中，分离后的烟气通过第十八管线37进入预浓缩器6中与二级滤液进行反应，预浓缩器6中反应后的烟气通过第十管线21进入浆料吸收塔7中与一次浆料进行反应，浆料吸收塔7中反应后的烟气通过第十一管线25进入盐酸吸收塔23中与盐酸吸收塔23中的液相进行反应，盐酸吸收塔23中反应后的烟气通过第十二管线26进入尾气洗涤塔24中与进水管30中的水进行反应后从出气管29排出，尾气洗涤塔24反应后的烟气中HCl浓度小于5PPm，尾气洗涤塔24中反应后的液相通过第十四管线31进入盐酸吸收塔23中，盐酸吸收塔23中反应后的液相通过第十五管线32进入酸浸罐2中，酸浸罐2中的气体通过第十三管线28进入盐酸吸收塔23中。水解煅烧炉8排出烟气的平均温度为400℃，其烟气含量（体积分数%）为，HCl：8.15%、H₂O：42.18%、N₂：39.52%，CO₂：7.49%；二级滤液和旋风分离器34中排出的烟气接触后，浓缩液的体积为二级滤液体积的70%至85%，出预浓缩器6的平均烟气浓度为旋风分离器34中排出的烟气浓度的1.28倍，出预浓缩器6的烟气平均含量（质量分数%）为，HCl：5.77%、H₂O：53.26%、N₂：32%；煤气发生炉33为现有公知的二段煤气发生炉，通过对煤气脱硫，平均产生30℃的洁净煤气。进水管30的进水量为盐酸吸收塔23出液量质量的50%至80%，通过第十四管线31进盐酸吸收塔23的液相的平均盐酸浓度为0.1%至0.5%，出盐酸吸收塔23的液相的平均盐酸浓度为5%至6%。

根据需要，氟化铵水溶液的质量百分比浓度为20%至40%；或/和，第一步中，菱铁矿球磨后的粒径为60目至100目。

根据需要，回转煅烧窑9的煅烧温度800℃至900℃；或/和，水解煅烧炉8的底部温度600℃至700℃，水解煅烧炉8的顶部为350℃至450℃，出水解煅烧炉8的固相中氧化铁的质量百分含量为94.5%至96.5%。

根据需要，菱铁矿中铁的质量百分含量为30%至45%，氧化镁的质量百分含量小于1%，氧化钙的质量百分含量小于2%，氧化铝的质量百分含量小于1%。菱铁矿的灼烧失量平均为30%。

本发明中一次浆料的平均浸出率如表1所示；水解反应后的平均固相组成如表2所示；煅烧后得到的平均高纯氧化铁红的组成如表3所示；宝钢一级软磁铁氧体用氧化铁指标如表4所示；从表3可以看出本发明得到的高纯氧化铁红能够达到软磁体用氧化铁产品指标。

本发明在酸浸罐2及水解煅烧炉8中进行的酸浸和水解反应如下：

本发明利用湿法冶金处理低品位矿物的天然优势，可以获得高品位的中间产物作为火法冶金的高品质原材料，借助火法冶金成熟的工艺，最终能够获得高品质的产品；而火法产生的无法利用的高温烟气，可以作为湿法热源的同时，依托湿法进行酸的再生循环及除尘等的处理，形成一系列对低品位矿物的高效利用，形成环境友好，能量高效利用的新工艺。本发明通过低品位矿物的化学选矿，酸介质的再生循环以及热量的梯级利用；借助湿火一体法，利用盐酸对菱铁矿进行酸浸，然后脱除菱铁矿中的硅、铝、钙、镁，获得纯净的氯化亚铁及氯化铁溶液，然后进行高温水解，获得含氯的氧化铁的同时，利用菱铁矿浆料吸收烟气中的HCl，实现了高温酸浸及盐酸的循环再生；而含氯的氧化铁进入回转煅烧窑9中进行高温煅烧，获得高纯氧化铁产品的同时，含氯的高温含尘烟气进入高温水解系统，作为高温水解的热源。而回转煅烧窑9中的含氯、含尘的高温烟气通过旋风分离器34、浆料吸收塔7、盐酸吸收塔23和尾气洗涤塔24进行除尘，实现粉尘及HCl的达标排放；本发明中的盐酸能够循环利用，不引入其他介质，无副产品产生，没有二次污染，从而降低了生产成本，实现了低品位菱铁矿的综合利用。

本发明高纯氧化铁红湿火一体法装置也可适用于低品位菱镁矿和红土镍矿等。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

表1

元素FeAlCaMgSi浸出率/%75至853至520至2525至350至0.05

表2

物质Fe₂O₃Al₂O₃CaOMgOCl含量（%）94.5至96.50至0.0070至0.0150至0.0091.0至5.0

表3

物质Fe₂O₃Al₂O₃CaOMgOCl含量（%）99.4至99.90至0.0090至0.0180至0.0090至0.13

表4

物质Fe₂O₃Al₂O₃CaOMgOSiO₂Cl含量（%）>99.30<0.01<0.02<0.01<0.012<0.15