生物質氣化氣還原提取白云鄂博礦粉中鈮的方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用生物質氣化氣還原提取白云鄂博礦粉中鈮的方法，屬于新能源及冶金【技術領域】。本發明工藝過程包括生物質高溫蒸汽氣化爐、氣化氣凈化、氣基還原爐、破碎磁選分離和金屬熱還原爐系統。采用生物質高溫蒸汽氣化爐對生物質進行氣化，氣化氣經凈化系統凈化制備出CO+H2>90%的高品質還原氣，還原氣在氣基還原爐內對白云鄂博礦粉礦粉進行選擇性還原，還原氣化礦粉中的S、P、K、Na元素，并還原礦粉中的鐵氧化物生成固體物料；將固體物料送入破碎磁選系統將金屬鐵與富鈮渣分離，把鈮分離到渣中形成不含碳和有害元素的富鈮渣；富鈮渣在金屬熱還原爐內經還原得到不含碳及P、S的鈮鐵合金。實現白云鄂博礦中鈮的有效綜合利用。
【專利說明】生物質氣化氣還原提取白云鄂博礦粉中鈮的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種生物質氣化氣還原提取白云鄂博礦粉中鈮的方法，特別是涉及一種利用生物質高溫蒸汽氣化產生還原氣選擇性還原提取白云鄂博礦粉中的鈮生成富鈮的鈮鐵合金的系統工藝，屬于新能源及冶金新【技術領域】。
【背景技術】
[0002]白云鄂博鐵礦中鈮總含量很大，但具有一些其他國家鈮礦所不具備的特殊性:組分結構復雜，鑲嵌顆粒細，含鈮品位低(0.12~0.14%)。給提取綜合利用帶來了很多困難。白云鄂博礦提鈮研究從包鋼建廠初期就開始了，一直到今天，幾代人不斷探索取得了許多成功的提煉方法:高爐一轉爐一電爐一電爐冶煉工藝成功地以平爐渣為原料生產出含鈮13~15%的鈮鐵合金，該工藝流程長，鈮收得率低；含碳冷固結球團兩步電爐冶煉鈮鐵生產工藝，生產出鈮含量大于35%的鈮鐵合金，鈮總收得率達到74.39%，是八五期間一項重要成果，該工藝流程長，成本很高，沒有得到推廣應用；等離子爐冶煉鈮鐵工藝，用鈮精礦通過磁化焙燒后把鐵磁選出去生成鈮鐵精礦后，對富鈮的精礦在等離子爐內熔煉得到鈮鐵合金，這種方法的不足是需要鈮礦中礦相簡單，嵌布粒度大，才可以通過選別分離出鐵；特別是近期人們探討在隧道窯中用煤基直接還原，能夠把鐵鈮分離，但是由于煤粉帶入的灰分與含鈮渣分離困難、殘留碳的存在使分離出的富鈮渣進行熔融還原時形成了含碳的鐵鈮合金，有害元素P、S殘留在鈮鐵合金中，對鐵鈮合金在鈮鋼生產時以合金加入碰到了問題，氣基直接還原也有成功的研究經驗，但用CO或H2等氣體又存在還原氣體來源問題，無法實現規模化生產，制約白云鄂博礦鈮資源有效地綜合利用。

【發明內容】

[0003]本發明解決的技術問題是:應用高溫蒸汽氣化技術解決過去氣基還原氣源問題，而且通過氣基還原氣化分離礦粉中一些有害元素，通過破碎研磨磁選與還原的金屬鐵分離，從而實現了生產不含碳和S、P等有害元素的清潔富鈮渣，再通過金屬熱還原法生產出不含碳鈮鐵合金，本發明是一種合理高效利用生物質氣化氣還原提取白云鄂博礦粉中鈮的方法，能有效的降低提取白云鄂博礦中鈮的成本。
[0004]技術解決方案:
[0005]本發明采用生物質高溫蒸汽氣化爐對生物質進行氣化，產生的氣化氣經氣化氣凈化系統凈化后制備出還原氣，還原氣在氣基還原爐系統內對礦粉進行選擇性還原，還原氣化礦粉中的S、P、K、Na元素，并還原礦粉中的鐵氧化物為金屬鐵；將還原后產生的固體物料送入破碎磁選系統，經球磨機研磨，磁選機磁選，將金屬鐵與富鈮渣分離，把鈮分離富集到渣中形成不含碳和有害元素的富鈮渣；富鈮渣在金屬熱還原爐系統內經還原得到不含碳及P、S的鈮鐵合金。
[0006]進一步:氣化氣通過凈化系統得到C0+H2>90%的高品質還原氣體。
[0007]進一步:選擇性`礦粉還原爐為沸騰床、回轉窯、轉底爐或流化床。[0008]進一步:富鈮渣精煉爐采用惰性氣體保護爐或真空爐。
[0009]有益效果:本發明與目前正在開發的煤基直接還原法相比，用生物質高溫蒸汽氣化爐產生C0+H2>90%的高品質直接還原氣體；在含鈮礦粉沸騰爐中進行氣基選擇性還原，氣化分離礦粉中P、S、K、Na等有害元素，把鐵氧化物還原為金屬鐵，生產出不含碳及有害元素P、S的純凈鈮鐵合金，通過控制系統可以實現鈮收得率高于90%。鈮鐵合金可以作為冶煉鈮鋼的合金料直接在冶煉后期的合金化期加入鋼液中得到合格的鈮鋼，也可以深加工生產鈮金屬，整合并實現白云鄂博礦中鈮的有效綜合利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的生物質氣化氣還原提取白云鄂博礦粉中鈮的工藝流程示意圖；
[0011]圖2為本發明的生物質高溫蒸汽氣化爐系統圖；
[0012]圖3為氣化氣凈化系統圖；
[0013]圖4為氣基還原爐系統圖；
[0014]圖5為破碎磁選分離系統圖；
圖6為金屬熱還原爐系統圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0016]本發明提供了一種利用生物質氣化氣還原提取白云鄂博礦粉中鈮的方法，工藝流程如圖1。包括生物質高溫蒸汽氣化爐系統1、氣化氣凈化系統2、氣基還原爐系統3、破碎磁選分離系統4、金屬熱還原爐系統5。
[0017]本專利技術由兩大塊構成。
[0018]第一塊是白云鄂博礦粉氣基還原氣的制備，包括生物質高溫蒸汽氣化爐系統(圖
2)和氣化氣凈化系統(圖3)。生物質高溫蒸汽氣化爐系統包括:生物質前處理系統1-9、供料系統1-7、上料系統1-8、高溫蒸汽氣化爐本體1-10，生物質經生物質前處理系統1-9粉碎處理后通過上料系統1-8給供料系統1-7供料進入高溫蒸汽氣化爐本體1-10內，通過第一高溫蒸汽入口 1-1、第二高溫蒸汽入口 1-3將由蓄熱式熱風爐產生的1000°C的高溫蒸汽送入高溫蒸汽氣化爐本體1-10內，通過空氣入口 1-2將800~1000°C的高溫空氣送入高溫蒸汽氣化爐本體1-10內將生物質氣化，產生的粗氣化氣由氣化器出口 1-6排出，高溫蒸汽氣化爐本體內設有爐篦子1-4，生物質氣化后殘余的灰分可以通過爐篦子1-4掉下來，通過生物質灰分排灰口 1-5排除。由氣化器出口 1-6排出的粗氣化氣進入氣化氣凈化系統(圖
3)，氣化氣凈化系統包括:包括一級旋風除塵器2-1，噴淋洗滌塔2-2，二級旋風脫水器2-3，凈氣化儲氣罐2-4。粗氣化氣進入一級旋風除塵器2-1初步凈化除去固體雜質，然后經噴淋洗滌塔2-2噴淋除酸過程去除掉硫氧化物等酸性物質，再進入二級旋風脫水器2-3旋風脫水及焦油后產生精氣化氣、最后進入凈氣化氣儲罐2-4，制備出C0+H2>90%的高品質還原氣，為氣基還原提供充足的氣源保證。
[0019]第二塊是氣基直接還原分離提取鈮部分，包括氣基還原爐系統(圖4)、破碎磁選分離系統(圖5)和金屬熱還原系統(圖6)。氣基還原爐系統(圖4)采用沸騰床爐結構，該爐的特點是可以連續生產，白云鄂博礦粉料經串罐式供料系統3-1進入氣基還原爐內形成礦粉料層3-4，氣基還原爐系統底部設置透氣石棉網材料的旋轉出料盤3-8。還原氣經還原氣入口 3-7進入還原氣供體風帽3-6通過石棉網滲透到礦粉料層3-4中，礦粉料層3-4中擴散運動滲透出還原氣體，料層則從上而下運動，礦粉料層3-4中的礦粉被電加熱系統3-3加熱，溫度由加熱系統控制，熱礦粉與滲透出的還原氣體反應，到爐體底部的旋轉出料盤3-8時完成還原，生成固體物料，通過出料口 3-5排出。還原后的尾氣從爐體上部還原尾氣出口3-2排出，經過凈化后可循環使用。將氣基還原產生的固體物料送入破碎磁選系統(圖5)給料斗4-1，經過球磨破碎機4-2研磨達到金屬鐵與鈮渣分離粒度后，再經過磁選分離機4-3把金屬鐵與富鈮渣分離(根據需要可以設多級選別)，把鈮分離富集到渣中形成不含碳和有害元素的富鈮渣，經由富鈮渣出口 4-4收集，金屬鐵則通過金屬回收口 4-5收集。將富鈮渣放入金屬熱還原爐(圖6)內進行金屬熱還原處理，金屬熱還原爐爐本體5-1上設有輔助料入口 5-2、惰性氣入口 5-3、出渣口 5-4、鈮鐵合金出口 5-5，惰性保護氣體通過惰性氣入口5-2輸入金屬熱還原爐爐本體5-1內避免還原出的鈮與空氣接觸二次氧化，經還原得到不含碳及P、S的鈮鐵合金。同時通過輔料入口 5-2加入造渣劑調節爐渣的穩定性，最終生成玻璃渣通過出渣口 5-4出渣， 通過鈮鐵合金出口 5-5收集鈮鐵合金。
【權利要求】
1.生物質氣化氣還原提取白云鄂博礦粉中鈮的方法，其特征在于，采用生物質高溫蒸汽氣化爐對生物質進行氣化，產生的氣化氣經氣化氣凈化系統凈化后制備出還原氣，還原氣在氣基還原爐系統內對礦粉進行選擇性還原，還原氣化礦粉中的S、P、K、Na元素，并還原礦粉中的鐵氧化物為金屬鐵 ，生成固體物料；將固體物料送入破碎磁選系統，經球磨機研磨、磁選分離機機磁選將金屬鐵與富鈮渣分離，把鈮分離富集到渣中形成不含碳和有害元素的富鈮渣；富鈮渣在金屬熱還原爐系統內經還原得到不含碳及P、S的鈮鐵合金。
2.根據權利要求1所述的生物質氣化氣還原提取白云鄂博礦粉中鈮的方法，其特征在于，氣化氣通過凈化系統得到⑶+H2>90%的高品質還原氣體。
3.根據權利要求1所述的生物質氣化氣還原提取白云鄂博礦粉中鈮的方法，其特征在于，選擇性礦粉還原爐為沸騰床、回轉窯、轉底爐或流化床。
4.根據權利要求1所述的生物質氣化氣還原提取白云鄂博礦粉中鈮的方法，其特征在于，富鈮渣精煉爐采用惰性氣體保護爐或真空爐。
【文檔編號】C22B5/12GK103725902SQ201310642175
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月3日 優先權日:2013年12月3日
【發明者】陳義勝, 牛永紅, 范秀風, 閆永旺 申請人:內蒙古科技大學