專利名稱：高純度磁鐵礦形成方法和設(shè)備及其產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種從赤鐵礦(hematite)中生產(chǎn)高純磁鐵礦(magnetite)的方法及采用該方法制成的高純度磁鐵礦產(chǎn)品。具體而言，本發(fā)明涉及一種通過甲烷或天然氣還原粉末赤鐵礦為磁鐵礦的方法，其中赤鐵礦在加熱裝置中通過甲烷或天然氣的逆流或者順流流動(dòng)進(jìn)行還原，同時(shí)在ー溫度下保持該固體特定時(shí)間從而達(dá)到將其還原成磁鐵礦的目的。本發(fā)明進(jìn)ー步涉及ー種完成本發(fā)明方法的加熱裝置。
背景技術(shù)：
多年以來已經(jīng)知道將赤鐵礦，F(xiàn)e2O3組合物，轉(zhuǎn)化為磁鐵礦，F(xiàn)e3O4組合物。人造赤鐵礦是ー種基本紅棕色鐵礦物，其常常作為在以下操作中的鹽酸再生過程的副產(chǎn)品獲得，該操作為在下一過程之前使用所述酸進(jìn)行清洗或酸洗鋼材。人造磁鐵礦由于其具有磁性和顔料淀積性能而被使用。赤鐵礦向磁鐵礦的轉(zhuǎn)化是在氫氣或一氧化碳?xì)怏w或液體存在的情況下發(fā)生的，其中液體可以為石油。氫氣或一氧化碳?xì)怏w或液體產(chǎn)物作為還原劑起作用并還原赤鐵礦，從而使得磁鐵礦形成。眾所周知，噴射焙燒氯化亞鐵從而生產(chǎn)赤鐵礦，?；摮噼F礦，然后在加熱裝置中在大約900°C至1000°C的溫度下還原該赤鐵礦為磁鐵礦。該還原用一氧化碳和氫氣進(jìn)行，該還原氣流與赤鐵礦粒的流向逆流，該赤鐵礦粒在與燃燒器火焰相對的方向被送入反應(yīng)器，在該赤鐵礦粒通過反應(yīng)器腔吋，被加熱到更高的溫度，在產(chǎn)物出ロ附近獲得最高溫度。還原環(huán)境優(yōu)選為貫穿整個(gè)反應(yīng)器，如通過在產(chǎn)物出ロ附近噴射附加還原氣體。舉例如下，美國專利US5，348，160和US5，794，791。然而，對操作環(huán)境如氣固比率、流速或純凈級別并沒有指導(dǎo)。還眾所周知的是，在溫度為大約200至700°C下在非鐵無機(jī)化合物粉末存在的情況下采用還原氣體還原赤鐵礦，在還原的約中段時(shí)停止粉末的還原從而產(chǎn)生部分還原粉末，然后通過含氧氣體氧化部分還原粉末的表面，產(chǎn)生包括磁鐵礦和鐵的復(fù)合物粉末。該還原氣體可以為氫氣，ー氧化碳，甲烷或こ烷。參見，例如，美國專利US6，827，757，上述方法的純度大約為83%。還眾所周知的是，采用有機(jī)液體或低溫含水泥漿還原赤鐵礦，參見美國專利US6, 302，952，US5, 512，195，US4, 376，714 和 US3, 928，709。在相近領(lǐng)域還眾所周知的是，采用其它物質(zhì)還原赤鐵礦，如石油殘余物，醇類和蒸汽，典型地在低于700°C的溫度。參見例如，美國專利US4, 311，684，US2, 693，409和US672, 192。在已知需要低溫的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的使用中，還原劑不是甲烷或天然氣，同時(shí)其缺少對與赤鐵礦數(shù)量相關(guān)的還原劑的使用數(shù)量的指導(dǎo)，通過赤鐵礦的還原生產(chǎn)的磁鐵礦的純度典型地最多在80%范圍內(nèi)。另外，所述方法可能需要許多的附加步驟來合理的完成該還原過程，因而導(dǎo)致在エ業(yè)規(guī)模上進(jìn)行生產(chǎn)變得困難。因此，存在對ー種改良方法的真實(shí)的和巨大的需要，該方法用于生產(chǎn)高純磁鐵礦，也提供了ー種具有明確的指導(dǎo)方針的方法，該指導(dǎo)方針使用起來是簡單、有效和高效率的，該方法進(jìn)ー步可以容易地?cái)U(kuò)大到エ業(yè)規(guī)模。發(fā)明概述 本發(fā)明已能夠滿足上文所述需要。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，公開了ー種生產(chǎn)高純度磁鐵礦組合物的方法，該方法通過將赤鐵礦，更優(yōu)選的為赤鐵礦粉，供給加熱裝置的第一端ロ以便移動(dòng)通過，同時(shí)將甲烷供給加熱裝置的第二端ロ以便移動(dòng)通過，使甲烷與赤鐵礦逆流或順流移動(dòng)，優(yōu)選將該加熱裝置加熱至約700-1300°C的溫度。還公開了一種通過上述方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。同時(shí)提供了利用上述方法和生產(chǎn)上述產(chǎn)品的設(shè)備，該設(shè)備具有ー加熱裝置，該加熱裝置具有第一端口和第二端ロ，第一端ロ略高于第二端ロ，一具有第一端口和第二端ロ的加熱設(shè)備，第一端ロ與第二端ロ相比略高，ー毗鄰于加熱裝置第一端ロ的給料區(qū)用于將赤鐵礦供給加熱裝置中，ー毗鄰于加熱裝置第二端ロ的排料區(qū)用于接收高純度磁鐵礦，在加熱裝置中至少存在兩處溫度區(qū)，在加熱裝置中存在多個(gè)加熱元件，多個(gè)加熱元件與加熱裝置一起運(yùn)作用于加熱具有第一溫度的第一溫度區(qū)和具有第二溫度的第二溫度區(qū)，其中第ニ溫度區(qū)具有比第一溫度區(qū)更高的溫度，第二溫度區(qū)開始和結(jié)束于從加熱裝置的第一端ロ至第二端口和加熱裝置的第二端ロ的距離的約15%之間，同時(shí)具有用于將氣體傳輸進(jìn)入加熱裝置中的氣體通道。該設(shè)備在第一和第二端ロ具有氣閘，從而能有效的提供直到約5英寸水柱的氣密性。本發(fā)明的ー個(gè)目的為提供一種生產(chǎn)高純度磁鐵礦的方法，該方法通過甲烷或天然氣的逆流或順流流動(dòng)還原赤鐵礦，以及通過該方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。本發(fā)明的ー個(gè)目的為提供ー種方法及其產(chǎn)品，其包括特定的氣固比率范圍，從而允許決定赤鐵礦和/或甲燒進(jìn)入加熱裝置的流速，從而提供簡單的獲得聞純磁鐵礦的指導(dǎo)方法。本發(fā)明的另為ー個(gè)目的為提供ー種方法及其產(chǎn)品，其包括一更優(yōu)選的約750-1200°C的最大溫度范圍，和ー最優(yōu)選的約800-900°C的溫度范圍，從而提供ー最佳性能的水平。本發(fā)明的另外ー個(gè)目的為提供ー種方法及其產(chǎn)品，包括溫度梯度，其中最高的溫度保持在第二區(qū)中，同時(shí)在第一區(qū)中保持預(yù)加熱溫度，其中在第二區(qū)之后存在至少ー個(gè)附加區(qū)，該附加區(qū)具有低于第二區(qū)的溫度，從而保證產(chǎn)品不是在最高溫度離開加熱裝置。本發(fā)明的另外ー個(gè)目的為提供ー種方法及其產(chǎn)品，包括兩種溫度梯度，其中最高的溫度保持在第二區(qū)中，同時(shí)在第一區(qū)中保持預(yù)加熱溫度。本發(fā)明的另外ー個(gè)目的為提供ー種產(chǎn)品，其為至少97%的純磁鐵礦，進(jìn)一歩具有大于85. Oemu/g的磁飽和度。本發(fā)明進(jìn)一歩的ー個(gè)目的為提供ー種可升級的方法，其可以在大規(guī)模エ業(yè)生產(chǎn)水平進(jìn)行生產(chǎn)大量的高純度磁鐵礦，或者可以進(jìn)一歩降低規(guī)模進(jìn)行更小規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明的這些和另外的發(fā)明目的通過以下對本發(fā)明的說明將會被更好的充分理解，相關(guān)的附圖作為參考。


圖IA為本發(fā)明方法的示意圖，圖示了所用的加熱設(shè)備和反應(yīng)物，其中赤鐵礦和氣體相互逆流傳輸；圖IB為本發(fā)明方法的示意圖，圖示了所用的加熱設(shè)備和反應(yīng)物，其中赤鐵礦與氣體相互順流傳輸； 圖2為本發(fā)明可使用的設(shè)備的部分剝離形式的正視圖；圖3為圖2的頂視圖；圖4為圖2的部分放大圖，圖示了給料區(qū)；圖5為本發(fā)明可使用的內(nèi)部管的部分剝離形式的透視圖；圖6為圖示了在700°C進(jìn)行的反應(yīng)中的甲烷與赤鐵礦的氣固比率的曲線圖；圖7為圖示了在750°C進(jìn)行的反應(yīng)中的甲烷與赤鐵礦的氣固比率的曲線圖；圖8為圖示了在800°C進(jìn)行的反應(yīng)中的甲烷與赤鐵礦的氣固比率的曲線圖；圖9為圖示了在830°C進(jìn)行的反應(yīng)中的甲烷與赤鐵礦的氣固比率的曲線圖；圖10為圖示了在850°C進(jìn)行的反應(yīng)中的甲烷與赤鐵礦的氣固比率的曲線圖；圖11為圖示了在900°C進(jìn)行的反應(yīng)中的甲烷與赤鐵礦的氣固比率的曲線圖；圖12為圖示了在1000°C進(jìn)行的反應(yīng)中的甲烷與赤鐵礦的氣固比率的曲線圖；圖13為圖示了在1100°C進(jìn)行的反應(yīng)中的甲烷與赤鐵礦的氣固比率的曲線圖；圖14為圖示了在1200°C進(jìn)行的反應(yīng)中的甲烷與赤鐵礦的氣固比率的曲線圖；圖15為圖示了在1300°C進(jìn)行的反應(yīng)中的甲烷與赤鐵礦的氣固比率的曲線圖；圖16為圖示了在830°C進(jìn)行的反應(yīng)中的甲烷與赤鐵礦的氣固比率的曲線圖，其中甲烷由氮?dú)庀♂?；圖17為圖示了在830°C進(jìn)行的反應(yīng)中的甲烷與赤鐵礦的氣固比率的曲線圖，其中甲烷沒有被氮?dú)庀♂?；圖18為圖示了在830°C進(jìn)行的反應(yīng)中磁鐵礦的純度級別曲線圖，其表示了臨界過程變化和結(jié)果；圖19為由本發(fā)明所述方法生產(chǎn)的高純度磁鐵礦的顯微照片。
具體實(shí)施例方式當(dāng)在此使用吋，“赤鐵礦”含義為赤鐵礦或者為在向磁鐵礦轉(zhuǎn)變過程中的赤鐵礦，并且在此可能包括赤鐵礦和磁鐵礦的組合物。當(dāng)在此使用吋，“氣體”在其前面不前綴“天然”意味著甲烷氣或者天然氣或者其組合物，或者任何另外的氣體，另外的氣體其中一部分為甲烷，其中氣體可能進(jìn)ー步被氮?dú)饣蛘咂渌亩栊詺怏w稀釋。當(dāng)在此使用吋，“加熱裝置”含義為ー種設(shè)備，其適合于為本方法的溫度獲取所需要的熱能，并且適合于傳輸和/或允許赤鐵礦與氣體相互逆流或者順流移動(dòng)，特別地包括但是并不局限于窯或者流化床反應(yīng)器。當(dāng)在此使用吋，術(shù)語“給料區(qū)”和“排料區(qū)”涉及毗鄰于加熱裝置的區(qū)域，在這兩個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行赤鐵礦進(jìn)入加熱裝置和磁鐵礦離開加熱裝置，如在附圖中表示的那樣。然而，應(yīng)該理解的是本發(fā)明可以采取不同的可變的配置，除非有特別相反的限定。還應(yīng)該理解的是附圖中圖示的和以下說明書中敘述的具體元件是本發(fā)明的示范性的實(shí)施方案。因而，這兒公開的實(shí)施例涉及的具體的尺寸，方向和其他物理性能不應(yīng)該認(rèn)為是ー種限制，除非進(jìn)行了相反的說明。當(dāng)在此使用時(shí)，以下表述，兩個(gè)或更多部件“連接”到一起意味著部件直接或者通過ー個(gè)或更多個(gè)中間部件結(jié)合到一起在本發(fā)明的方法下，赤鐵礦，優(yōu)選為赤鐵礦粉，其中約90%的赤鐵礦顆粒在
O.15-25 μ m的范圍內(nèi)，進(jìn)入加熱裝置，與甲烷或天然氣逆流或順流傳輸通過，其中甲烷或天然氣可以任選地用氮?dú)饣蛘咂渌栊詺怏w稀釋。加熱裝置優(yōu)選為包括至少兩個(gè)溫度區(qū)，其中加熱裝置的構(gòu)成為，最高溫度區(qū)的溫度范圍為約700-1300°C，更優(yōu)選的范圍為約750-1200°C，最優(yōu)選的范圍為約800-900°C。在這些情況下，赤鐵礦，化學(xué)組成Fe2O3,由甲烷或者其他天然氣還原成磁鐵礦，化學(xué)組成Fe3O4,目前認(rèn)為發(fā)生如下反應(yīng)(I) (I) 12Fe203+CH4 — C02+2H20+8Fe304赤鐵礦通?？梢杂扇魏我阎某噼F礦源獲得，在優(yōu)選的實(shí)施方案中，赤鐵礦由廢鹽酸酸洗溶液再生中獲得，其中酸被蒸發(fā)然后被濃縮為純的濃縮酸，將溶解的氧化鐵產(chǎn)物從溶液中移出，即為細(xì)的赤鐵礦沉淀物。用于從赤鐵礦生產(chǎn)高純度磁鐵礦的方法和設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案如圖IA所不,在這個(gè)實(shí)施方案中，赤鐵礦源，如在方框12中所示，通過給料區(qū)16傳輸進(jìn)入加熱裝置10內(nèi)以便移動(dòng)通過，該赤鐵礦通過依次移動(dòng)穿過溫度區(qū)C，溫度區(qū)D，溫度區(qū)E和溫度區(qū)F通過加熱裝置，如由箭頭A大體表示的。赤鐵礦在加熱裝置10內(nèi)被化學(xué)還原為磁鐵礦，然后作為高純度磁鐵礦離開加熱裝置10進(jìn)入排料區(qū)18，然后可以從排料區(qū)18中作為高純磁鐵礦13收 回。在圖IA中氣體14與赤鐵礦逆流行進(jìn)，其可以為或包含天然氣，其中天然氣優(yōu)選為大部分由甲烷組成。在可替換的實(shí)施方案中，甲烷可以代替或者添加至天然氣中進(jìn)行使用。該氣體通過排料區(qū)18被傳輸進(jìn)入加熱裝置10中。該氣體在加熱裝置10中大體上沿箭頭B所示路徑移動(dòng)，沿箭頭A移動(dòng)與赤鐵礦逆流移動(dòng)，使得該氣體化學(xué)還原赤鐵礦為磁鐵礦，然后分解為廢氣15，該廢氣15通過給料區(qū)16排出。如果需要，在加熱裝置10中可以使用赤鐵礦和氣體均沿方向A順流來化學(xué)還原赤鐵礦為高純度磁鐵礦，如圖IB所示。在這個(gè)實(shí)施方案中，赤鐵礦12和氣體14均通過給料區(qū)16送入加熱裝置10，使得氣體化學(xué)還原赤鐵礦為磁鐵礦，然后分解為排氣15。該排氣15通過排料區(qū)18排出。氣體可以采用供給系統(tǒng)通過給料區(qū)16 (圖1B)或排料區(qū)18 (圖1A)被傳輸進(jìn)入加熱裝置10內(nèi)，可以采用本領(lǐng)域已知的任何合適的傳輸設(shè)備。在小容量測試進(jìn)行吋，該供給系統(tǒng)最優(yōu)選為裝備了轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制的高壓氣缸，從而得到穩(wěn)定的和可控的氣流。這將導(dǎo)致能比其它類型的裝置，如，濕式氣體流量計(jì)，獲得更好的低流速控制，例如低于每分鐘一標(biāo)準(zhǔn)立方英尺。關(guān)于更大規(guī)模的生產(chǎn)，本領(lǐng)域內(nèi)不同的氣流控制裝置并不需要高壓氣體供ΛΑるロ O在優(yōu)選的實(shí)施方案中，傳輸進(jìn)入加熱裝置的甲烷的比例在每磅赤鐵礦O. 18-1.8標(biāo)準(zhǔn)立方英尺(scf)甲烷的范圍內(nèi)，該氣體的流速和生產(chǎn)可以由此比例確定，為了使說明更清楚，提供下述實(shí)施例。待處理的赤鐵礦的量為18000磅每小時(shí)(每分鐘300)。為了確定優(yōu)選的甲烷的流速，毎分鐘赤鐵礦的磅數(shù)乘以該比例的上限和下限值。以上提供了使用的毎分鐘的標(biāo)準(zhǔn)立方英尺的上限和下限水平。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中甲烷的流速為約O. 18*300和
I.8*300標(biāo)準(zhǔn)立方英尺姆分鐘(scfm),具體的約54和540scfm。該比例也適用于縮小規(guī)模的運(yùn)行。在一個(gè)非エ業(yè)生產(chǎn)中，其中約20磅每小時(shí)(O. 33磅每分鐘)的赤鐵礦被還原成磁鐵礦，甲烷的流速優(yōu)選為約O. 6-6. O標(biāo)準(zhǔn)立方英尺每分鐘，注意“毎分鐘”術(shù)語并非限制性的，該比例可以類似地用于確定每小時(shí)、毎秒鐘、或者任何其它需要的時(shí)間測量的流速。進(jìn)入到加熱裝置的甲烷或者天然氣可以用氮?dú)膺M(jìn)行稀釋，例如，采用50%氮?dú)夂?0%甲烷和/或天然氣。然而，如下所示，所包含的氮?dú)獾牧繉τ谑褂玫募淄榕c產(chǎn)品的比例具有輕微的影響。氮?dú)饪梢宰鳛槊芊鈿怏w在排料區(qū)使用。傳輸進(jìn)入加熱裝置的赤鐵礦的量可以在本發(fā)明的精神內(nèi)依據(jù)使用的加熱裝置的類型和期望的磁鐵礦的量而廣泛變化。在優(yōu)選的エ業(yè)使用量內(nèi)，約14000至28000磅每小時(shí)的赤鐵礦被傳輸進(jìn)人工業(yè)加熱裝置。然而，使用的赤鐵礦的量可以容易的根據(jù)需要進(jìn)行規(guī)模擴(kuò)大或縮小。加熱裝置10的內(nèi)部具有多個(gè)溫度區(qū)，其中每個(gè)溫度區(qū)對應(yīng)于ー個(gè)不同的溫度梯度，如圖IA和IB中所示，從給料區(qū)16的邊緣至排料區(qū)18的邊緣看去，該四個(gè)區(qū)分別標(biāo)注為溫度區(qū)C，D，E和F。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，如描述的那樣，加熱裝置10被分成4個(gè)相似尺寸的區(qū)。然而，在一個(gè)替換的實(shí)施方案中，溫度區(qū)的數(shù)目和相對尺寸可以在本發(fā)明的精神內(nèi)變化。例如，溫度區(qū)D的位置和溫度范圍可以變化，但是優(yōu)選為區(qū)D無論開始或者結(jié)束在何處均在加熱裝置之內(nèi)，在ー個(gè)區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域優(yōu)選從毗鄰于加熱裝置的給料區(qū)16的邊緣起始在加熱裝置10長度的約15%處開始，到鄰接加熱裝置的排料區(qū)18的邊緣直至加熱裝置10的約100%處結(jié)束。如果溫度區(qū)D在溫度區(qū)C之后延伸至加熱裝置10余下的長度(100% )，那么溫度區(qū)E和F將會被取消。加熱裝置10的區(qū)加熱赤鐵礦將其轉(zhuǎn)化為磁鐵礦，本實(shí)施方案采用四個(gè)不同溫度的區(qū)加熱產(chǎn)品，其中，在溫度區(qū)D中達(dá)到最高溫度梯度，在溫度區(qū)C中達(dá)到第二高梯度，在溫度區(qū)E中達(dá)到第三高梯度，同時(shí)最低溫度在溫度區(qū)F中。在該實(shí)施方案中，赤鐵礦向磁鐵礦的還原的絕大部分發(fā)生在具有最該溫度梯度的溫度區(qū)D中，溫度區(qū)C是ー個(gè)重要的預(yù)加熱步驟，其中赤鐵礦粉被加熱到接近還原反應(yīng)發(fā)生的溫度，典型地為低于750°C。該預(yù)加熱使得溫度區(qū)D的還原以非常高的速度發(fā)生。溫度區(qū)E和F，其在赤鐵礦的路徑上(方向A)的溫度區(qū)D的下游，具有降低的溫度從而冷卻磁鐵礦產(chǎn)品。在溫度區(qū)E和F中保持還原性氣體氣氛，同時(shí)，冷卻磁鐵礦，目的是抑制磁鐵礦向赤鐵礦的反向反應(yīng)，從而使純磁鐵礦進(jìn)入排料區(qū)18。在這個(gè)實(shí)施方案中，溫度區(qū)D的長度可以變化，但是優(yōu)選地溫度區(qū)D開始和結(jié)束于在加熱裝置的區(qū)域內(nèi)，其中該區(qū)域?yàn)閺慕o料區(qū)向排料區(qū)測量的加熱裝置長度的約15%至60%。在圖IA和圖IB所示的特殊實(shí)施方案中，溫度區(qū)D從自給料區(qū)的邊緣向排料區(qū)的邊緣測量的加熱裝置的長度的約25%延伸至約50%。在進(jìn)ー步的實(shí)施例方案，只有溫度區(qū)E在溫度區(qū)D之后，溫度區(qū)F被除去了，其中溫度區(qū)E的溫度從溫度區(qū)D開始降低。進(jìn)ー步，超過圖IA或IB中描述的4個(gè)溫度區(qū)的附加的加熱區(qū)和溫度梯度可加入加熱裝置。如此，如果該加熱裝置10包含三個(gè)溫度區(qū)C、D和E，溫度區(qū)E鄰接溫度區(qū)D，與溫度區(qū)C相對，溫度區(qū)E的溫度比溫度區(qū)D低，這樣溫度區(qū)D在兩個(gè)具有較低溫度的溫度區(qū)C和E之間。當(dāng)加熱裝置包含毗鄰于溫度區(qū)E，與溫度區(qū)D相對的第四個(gè)溫度區(qū)F吋，上述相同的條件用于所述三個(gè)溫度區(qū)以及第四個(gè)溫度區(qū)F，溫度區(qū)F具有比溫度區(qū)E更低的溫度從而在抑制反向反應(yīng)的同時(shí)進(jìn)一歩冷卻赤鐵礦。在一個(gè)替代實(shí)施方案中，溫度區(qū)D可以從溫度區(qū)C的末端直到排料區(qū)延伸加熱裝置的長度。在整個(gè)延伸中，冷卻溫度區(qū)E和F均被除去。在本實(shí)施方案中，排料溫度區(qū)包括基本不含氧的氣氛，如，氮?dú)鈿夥諒亩乐勾盆F礦氧化回赤鐵礦。冷卻混合物(coolingcompound)如，水熱交換器可以進(jìn)ー步包含在排料區(qū)中從而在磁鐵礦離開加熱裝置時(shí)冷卻它。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，加熱裝置10，如圖2所示，為ー種窯。優(yōu)選的加熱裝置10包括內(nèi)部管30，該內(nèi)部管通常同軸向地放置于外部套管32內(nèi)。內(nèi)部管30沿它的縱向軸旋轉(zhuǎn)，其中旋轉(zhuǎn)是由電動(dòng)機(jī)(未示出)或者其它相似動(dòng)カ源帶動(dòng)的。內(nèi)部管30優(yōu)選地具有傾角取向，其中內(nèi)部管30具有進(jìn)ロ端和排出端，進(jìn)ロ端與排出端相比被抬高。該傾角可以為，例如從約O. 25至5. 00度。赤鐵礦粉通過在給料區(qū)16的給料管22進(jìn)入加熱裝置10的內(nèi)部管30，內(nèi)部管30的旋轉(zhuǎn)、傾角和提升板(lifter)44(圖5)引起赤鐵礦通過加熱裝置10的大體向下的移動(dòng)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，內(nèi)部管30具有狹窄的前沿部分29。加熱元件48、50、52和54加熱內(nèi)部管30。加熱元件48、50、52和54在套管32上、或在其中、或透過套管32而構(gòu)成。加熱元件48、50、52和54優(yōu)選為天然氣燃燒器，但是可以使用本領(lǐng)域已知的其它類型的加熱元件。套管32優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)煙道34、36和38。最優(yōu)選地為具備三個(gè)至四個(gè)煙道用于排出加熱元件48、50、52和54的燃燒產(chǎn)物。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，加熱裝置10包括至少四個(gè)加熱元件48、50、52和54，其能夠在內(nèi)部管30內(nèi)產(chǎn)生至少四個(gè)溫度區(qū)C、D、E和F。該四個(gè)溫度區(qū)C、D、E和F的溫度可以通過對加熱元件48、50、52和54的調(diào)整進(jìn)行控制。溫度區(qū)C、D、E和F的溫度優(yōu)選分別由溫度監(jiān)視設(shè)備(未標(biāo)出)監(jiān)視，該溫度監(jiān)視設(shè)備可以為本領(lǐng)域任何監(jiān)視設(shè)備，如熱電偶。溫度區(qū)C、D、E和F的溫度可以根據(jù)由監(jiān)視設(shè)備獲得的信息進(jìn)行調(diào)整。加熱元件48、50、52和54可以直接調(diào)節(jié)，遙控調(diào)節(jié)，或用本領(lǐng)域已知的任何方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。在某些實(shí)施方案中，如果需要，溫度是可控的，從遙控位置采用例如計(jì)算機(jī)的控制手段進(jìn)行控制。例如，來自溫度區(qū)C、D、E和/或F和/或監(jiān)視設(shè)備的輸出可以被傳送至計(jì)算機(jī)，將其溫度與已存儲的期望溫度進(jìn)行對比然后給控制器發(fā)送信號操作加熱元件48、50、52和54對溫度區(qū)C、D、E和F的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)至所期望的溫度。優(yōu)選的加熱裝置10優(yōu)選地為間接加熱窯，其由加熱元件48-52進(jìn)行加熱，其中化學(xué)還原赤鐵礦的氣體與在加熱元件48、50、52和54中利用的任何氣體通過內(nèi)部管30進(jìn)行隔離。這通常是通過在內(nèi)部管30外面具有一個(gè)或多個(gè)加熱元件48、50、52和54的同吋，化學(xué)還原赤鐵礦的氣體在內(nèi)部管30的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的。然而，作為替代方案，該加熱裝置10可以為直接加熱窯，其中用于加熱過程的氣體與用于將赤鐵礦還原為磁鐵礦的氣體為相同氣、體。加熱元件48-52的類型、形狀、長度和直徑都可以根據(jù)期望的通過量和駐留時(shí)間進(jìn)行變化。這些參數(shù)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的。通過給料區(qū)16的供料管22，赤鐵礦進(jìn)入加熱裝置10，并在加熱裝置10內(nèi)被化學(xué)還原，同時(shí)沿著箭頭A的方向運(yùn)行，然后作為高純度磁鐵礦離開進(jìn)入排料區(qū)18。在排料區(qū)18，高純度磁鐵礦可以通過本領(lǐng)域的任何已知方法進(jìn)行獲取、儲存和使用。在圖2和3中所示的一個(gè)實(shí)施方案中，排料區(qū)包括漏斗40，該漏斗將高純度磁鐵礦提供給排出滑槽42。高純度磁鐵礦通過排出滑槽42排出，然后以任何期望的方式收集。最終高純度磁鐵礦產(chǎn)品具有期望的藍(lán)/黑顏色。進(jìn)ー步，磁鐵礦可以通過收集之后的磨碎エ藝進(jìn)行磨碎，從而建立期望的顆粒尺寸和/或滿足顏料淀積的需求。在赤鐵礦的處理過程中，氣體可能通過氣體通道44被傳輸進(jìn)入排出滑槽42，通過漏斗40，進(jìn)入內(nèi)部管30，其中其與赤鐵礦逆流移動(dòng)。為了防止氣體從排出滑槽42的底部向 外大量流失同時(shí)為了允許氣流進(jìn)入內(nèi)部管30，在希望排出磁鐵礦時(shí)，優(yōu)選地在排出滑槽42內(nèi)提供ー氣閘(未示出)，其具有上部閥和下部閥，其中上部閥在關(guān)閉時(shí)，下部閥打開在重力的作用下排出磁鐵礦。在排出之前及之后，下部閥關(guān)閉，上部閥打開。該氣閘使得磁鐵礦在離開排出滑槽42時(shí)具有最小的氣體損失。另外，通過關(guān)閉氣閥(未標(biāo)出)停止氣體供應(yīng)，所述氣閥不是氣閘的一部分，同時(shí)磁鐵礦在重力的作用下通過打開排出滑槽42的底部排出。氣體在內(nèi)部管30內(nèi)相對于赤鐵礦順流或逆流流動(dòng)，在圖IA和2中的實(shí)施方案中，氣體與赤鐵礦逆流流動(dòng)，其中氣體通過氣體通道44被傳輸進(jìn)入排料區(qū)18。氣體從排料區(qū)18進(jìn)入加熱裝置10如箭頭B所示與赤鐵礦逆流移動(dòng)通過。該氣體離開給料區(qū)16，優(yōu)選地通過煙道24，在通過內(nèi)部管30后成為排氣。在另外的實(shí)施方案中，其中氣體沿箭頭A的方向與赤鐵礦順流流動(dòng)，氣體優(yōu)選地通過煙道24被傳輸進(jìn)入給料區(qū)16內(nèi)，然后向上通過氣體通道44離開排料區(qū)16。在這里也可以使用如上所述的氣閘，因此在典型的處理中，下部閥將會關(guān)閉同時(shí)上部閥打開，在磁鐵礦排出過程中，下部閥打開同時(shí)上部閥關(guān)閉。圖4示出給料區(qū)16的優(yōu)選的實(shí)施方案，給料區(qū)16包括供料管22，煙道24，螺旋推運(yùn)器管(auger tube) 20,機(jī)架螺旋推運(yùn)器(housingauger) 26,和密封件28。該密封件28與狹窄的伸出部分29或內(nèi)部管30緊密接觸，防止在其之間出現(xiàn)不期望看到的氣體的泄漏，同時(shí)有利于赤鐵礦從固定的螺旋推運(yùn)器20至旋轉(zhuǎn)內(nèi)部管30的有效的傳送。該密封件可以進(jìn)ー步包括波紋管(bellows)(未標(biāo)出)從而在密封件28和煙道24之間過渡一空隙。為了將赤鐵礦輸送進(jìn)入加熱裝置10內(nèi)，赤鐵礦被送入供料管22內(nèi)，供料管將赤鐵礦輸送進(jìn)入螺旋推運(yùn)器管20，在螺旋推運(yùn)器管中設(shè)置ー螺旋推運(yùn)器26。螺旋推運(yùn)器26通過任何合適的電動(dòng)機(jī)(未標(biāo)出)或類似動(dòng)力源帶動(dòng)以期望的速度旋轉(zhuǎn)，從而使赤鐵礦以與加工處理方法一致的速度前進(jìn)。為了防止赤鐵礦與自身，給料區(qū)16和/或加熱裝置10粘結(jié)，給料區(qū)16的溫度優(yōu)選不超過700°C。在原料進(jìn)入加熱裝置10的時(shí)候過度加熱會導(dǎo)致一部分赤鐵礦分解為方鐵礦(miestite)，其是ー種不合需要的粘性材料，會増加材料在加熱裝置10和給料區(qū)16的累積。方鐵礦典型的以非化學(xué)計(jì)量單位形式存在，如FeOa 947。在下文中，方鐵礦將會被認(rèn)為是FeOa 947或者，為了簡化，F(xiàn)eO。為了控制給料區(qū)16的溫度，可以將空氣作為冷卻手段引入給料區(qū)16中，例如，抵消來自加熱裝置10的過度的熱發(fā)散。
如圖5所示，提升板56、58、60、62和64軸向延伸并且通常為徑向定位，其被固定到內(nèi)部管30的內(nèi)部表面上相互之間留出間隔。提升板56、58、60、62和64具有固定到內(nèi)部管30的內(nèi)部表面上的邊緣，并在內(nèi)部管30內(nèi)總體向內(nèi)延伸，以致當(dāng)如此定位的內(nèi)部管30順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，赤鐵礦在提升板56、58、60、62和64中被抬高。當(dāng)提升板56、58、60、62和64達(dá)到ー個(gè)特別的高度時(shí)，提升板56、58、60、62和64將會落下至少一部分赤鐵礦回到內(nèi)部管30中。對提升板56、58、60、62和64進(jìn)行如下設(shè)計(jì)和排列，在旋轉(zhuǎn)過程中，管內(nèi)至少一部分赤鐵礦粉總是處于移動(dòng)狀態(tài)。提升板56、58、60、62和64通過在赤鐵礦中產(chǎn)生攪動(dòng)防止赤鐵礦粘結(jié)到管上或者形成成塊的赤鐵礦。在內(nèi)部管旋轉(zhuǎn)，材料從提升板卸下時(shí)，提升板56、58、60、62和64還通過產(chǎn)生粉末幕提供氣體與顆粒的高的接觸。當(dāng)圖5描述提升板覆蓋了內(nèi)部管30的部分圓周時(shí)，應(yīng)該理解，提升板的數(shù)量、具體形狀、尺寸和位置在本發(fā)明的精神內(nèi)可廣泛變化，同時(shí)優(yōu)選地間隔于內(nèi)部管30的整個(gè)圓周。進(jìn)ー步，提升板56、58、60、62和64通常與管30的縱向長度共同延伸。如果需要，單獨(dú)的提升板56、58、60、62和64可以沿管的縱向長度延伸或者多個(gè)提升板可以相互鄰近地不同長度地縱向延伸。實(shí)施例I 小規(guī)模試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果如表I所示，赤鐵礦以17磅每小時(shí)的速度被供給窯內(nèi)，如表I所示在試驗(yàn)運(yùn)行1-26中，氣體在O. 071至O. 223scfm的范圍內(nèi)以與赤鐵礦逆流的方式被供給窯內(nèi)。窯的溫度區(qū)D的溫度在700-830°C變化。甲烷被稀釋，使出口氣體的14-50%體積比為甲烷。該表顯示了在測試10、22、24、25和26次后的過程的最終磁鐵礦產(chǎn)品的純度分析?！凹t色/棕色”標(biāo)識表示最終產(chǎn)品的分析通過視覺特征進(jìn)行，紅色=赤鐵礦，黒色=磁鐵礦，紅色/棕色=混合物。表I :エ藝條件/變化/結(jié)果的歸納
權(quán)利要求
1.一種用于將赤鐵礦粉轉(zhuǎn)化為高純度磁鐵礦的設(shè)備，其包括 加熱裝置，該加熱裝置具有第一端口和第二端ロ ； 毗鄰于加熱裝置第一端ロ的給料區(qū)，用于將赤鐵礦供給加熱裝置中； 毗鄰于加熱裝置第二端ロ的排料區(qū)，用于接收高純度磁鐵礦； 在加熱裝置內(nèi)的至少兩個(gè)溫度區(qū)； 多個(gè)加熱元件，用于加熱具有第一溫度的第一溫度區(qū)和具有第二溫度的第二溫度區(qū)，其中所述加熱元件被配置為將第二區(qū)加熱至比第一區(qū)更高的溫度，第二區(qū)開始和結(jié)束于從自加熱裝置第一端ロ到加熱裝置第二端ロ的距離的約15 %處至自加熱裝置的第一端ロ到加熱裝置的第二端ロ的距離的約100%處的區(qū)域內(nèi)； 用于將氣體傳輸進(jìn)入加熱裝置的氣體通道。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述氣體通道位于排料區(qū)中，用于導(dǎo)入氣體使其與赤鐵礦逆流傳輸。
3.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述氣體通道位于給料區(qū)中，用于導(dǎo)入氣體使其與赤鐵礦順流傳輸。
4.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中加熱裝置為間接加熱窯。
5.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中加熱裝置具有可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部管，該內(nèi)部管從給料區(qū)接收赤鐵礦并具有至少兩個(gè)溫度區(qū)。
6.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中加熱裝置進(jìn)ー步包含第三溫度區(qū)，其毗鄰于第二溫度區(qū)，并且在與第一溫度區(qū)相反的第二溫度區(qū)的ー側(cè)，加熱元件被配置為將第三溫度區(qū)加熱至低于第二溫度區(qū)的溫度，使得第二溫度區(qū)在兩個(gè)較低溫度的溫度區(qū)之間。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中加熱裝置具有第四溫度區(qū)，其毗鄰于第三溫度區(qū)，并且在與第二溫度區(qū)相反的第三溫度區(qū)的ー側(cè)，加熱元件被配置為將第四溫度區(qū)加熱至低于第三溫度區(qū)的溫度。
8.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，進(jìn)一歩包括提供給計(jì)算機(jī)的輸出，該計(jì)算機(jī)有效地與加熱裝置結(jié)合，用于對比已測量的溫度與存儲的預(yù)期溫度，同時(shí)發(fā)布信號給控制器以便從計(jì)算機(jī)接收輸出信號，同吋，當(dāng)需要吋，響應(yīng)接收的輸出信號調(diào)整加熱元件的輸出。
9.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中給料區(qū)包括赤鐵礦供給管和螺旋推運(yùn)器管，該螺旋推運(yùn)器管包括可旋轉(zhuǎn)的螺旋推運(yùn)器用于從供給管將赤鐵礦傳輸至可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部管。
10.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部管具有進(jìn)ロ端徊排出端，該進(jìn)ロ端高于排出端。
全文摘要
本發(fā)明涉及高純度磁鐵礦形成方法和設(shè)備及其產(chǎn)品。具體地，本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)磁鐵礦的方法，其中磁鐵礦為具有超過90％高的純度的磁鐵礦，更典型的高于98％的磁鐵礦。在約700至1300℃的最大溫度下，采用還原赤鐵礦粉為磁鐵礦，其中赤鐵礦粉在加熱裝置中與甲烷或天然氣逆流或順流移動(dòng)，使用的用于還原赤鐵礦的甲烷量可以為約0.18和1.8標(biāo)準(zhǔn)立方英尺甲烷每磅赤鐵礦。本發(fā)明還公開了通過上述方法生產(chǎn)的高純度磁鐵礦產(chǎn)品，其中該磁鐵礦具有小于1μM的直徑，其磁飽和為高于90.0emu/g。本發(fā)明還提供了使用用于赤鐵礦粉的改良供給系統(tǒng)的對應(yīng)設(shè)備。
文檔編號C01G49/08GK102674475SQ20121009275
公開日2012年9月19日 申請日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月15日
發(fā)明者D·L·尼科爾斯, M·E·薩維達(dá), T·E·維揚(yáng)德 申請人:匹茲堡礦物及環(huán)境技術(shù)公司