本发明包括于矿物/冶金内且涉及一种用于由铁矿粉和来自生物质的可再生碳源获得高性能产物的方法。所述方法允许获得高铁含量产物，其具有高物理和冶金性能以用于还原炉(高炉和直接还原)和熔融炉(熔化器和电弧炉)，旨在可持续生产铁和钢。
背景技术：
1、聚结技术的发展起因于回收细粒的需要，此允许商业利用此类粒子以及使由细粉状或粒状材料的生产所引起的环境影响降至最低。
2、聚结工艺的最频繁的应用是利用：
3、·细粒精矿或矿，而不对装载物的渗透性和冶金炉中的气体-固体反应条件造成损害；
4、·来自其它矿物/冶金工艺的废料或细料副产物，以使其以适当方式再使用或回收；和
5、·金属废料(铜、铁、钛)和其它材料(纸、棉、木材)，以进行运输或回收。
6、铁矿和其部分或全部还原化合物的聚结操作打算赋予待馈入至还原反应器和/或熔化器中的装载物合适形状和机械阻力，所述合适形状和机械阻力适合于向下固体装载物和加热气体和/或向上还原剂的对向流动，以及适合于在装载至还原反应器和熔化器中以生产生铁或生钢之前的运输、存储和贮藏方法(transport,storage,and ensilingprocess)。钢铁工业中的用作还原炉和熔化器中的装载物的铁矿和其还原产物的最常见聚结工艺为：烧结和粒化(对于氧化铁)和压块(对于氧化铁和金属铁-dri)。
7、粒化为最新的聚结工艺，其为需要使用来自某些铁矿的磁铁矿的细粒精矿的结果。铁矿集结粒通过使尺寸小于45μm的粒子聚结从而在圆盘或转筒中形成8至16mm的集结粒来产生。除恒定湿度外，待聚结的材料需要具有高比表面积(2,000cm2/g)。这些集结粒通常通过热处理来硬化并且用作高炉馈料或用于直接还原。除高耗能外，这一硬化工艺还具有高资金成本。
8、压块由以下组成：借助于压缩、通过粘合剂辅助使细粒聚结，从而允许达成具有适当形状、大小和机械参数的压实产物。压制细粒与粘合剂之间的混合物以获得称为团块的聚结物，所述聚结物应具有用于在冶金反应器中堆迭、进一步处理(固化、干燥或燃烧)、运输、操作和使用的适当抗性。除技术益处外，材料体积的减少允许细粉状材料以较佳成本效益运输和存储。
9、除了需要以有成本效益的方式利用在矿石处理中产生的废料和细粒以外，还有对环境问题的关注，产生更严格的法规，已使得压块成为聚结细粉状材料的重要替代方案，从而保证其具有经济价值。
10、当待聚结的材料在经压实之后对压缩和冲击不具有抗性时使用粘合剂进行压块。所使用的压力通常较低，以避免粒子的进一步碎裂。
11、本发明涉及一种用于获得高物理和冶金性能产物的方法，所述产物可聚结或不可聚结。由本发明产生的产物由铁矿粉(包括尾料、预还原和金属化)、生物质、粘合剂、纳米材料、添加剂和催化剂的混合物产生。如果产物聚结，那么聚结工艺可通过在粒化圆盘或滚筒中粒化，通过压块或通过挤压进行。
12、本发明中所使用的碳热还原工艺由以下组成：使用来自携载碳元素的物质，传统地呈矿物煤、焦碳或木炭的“形式”的co(一氧化碳)气体进行氧化物还原的化学处理。
13、现有技术具有若干碳热还原技术。这些技术是基于使用煤、木炭或煤焦炭，在有机和无机粘合剂(焦油、水泥、硅酸盐、沥青、淀粉以及其它物质)大量参与的情况下对铁矿聚结物(集结粒、团块和挤压物)进行碳热还原，旨在提供对于通常在风化条件下处置的最小物理抗性和所使用的工艺中的热化学要求。许多这些技术旨在回收具有高铁含量和/或碳含量的废料(如除尘系统中所收集的水垢、筛分粉、工艺排放粉末、粉和增稠剂淤渣)。自还原聚结物用于常规还原炉，如小/中等高炉和还原-熔化反应器(例如：tecnored、itmk3、hi-sarna和fastmet)。供应用于进行直接还原和碳气化反应(在>850℃的温度下的溶损)的热量在常规炉中通过固体燃料(焦碳、煤和生物质)的燃烧和通过气体(lpg、ng和在钢工艺中产生的气体，如焦炉气、高炉气和炼钢气)的燃烧来供应。
14、本发明经由使用微波炉代替常规炉使一些问题最小化，常规炉中使用排放ghg的固态燃料和气体；需要高剂量的粘合剂；用于产物还原的时间较长，对与水接触的抗性较低，通过运输和处置的产粉率较高，通过热冲击的产粉率较高，以及某些粘合剂导致不合需要的元素污染产物。本发明引入降低capex和opex成本的单元操作的简化方法。
15、特定说来，本发明在途径3上带来优于现有技术文件的显著优点。
16、其是指缺少对大量基础混合物的先前聚结，从而显著降低方法成本(capex和opex)。现有技术中不存在能够在工业上进行碳热还原而不暗含铁矿粉和生物质的混合物的先前聚结的技术。因此，本发明证明为显著创新的，且显示高还原效率(金属fe>50％，依图5中所示)。
17、本发明相比于工业上通常使用的工艺带来许多优势，如：
18、·能够使用不同来源的铁矿粉(烧结物馈料、集结粒馈料和/或超细尾料)；
19、·能够使用不同类型的生物质，包括热解或非热解；
20、·由于所获得产物的物理和冶金质量，在还原炉和熔融炉中广泛适用；
21、·能够为公司和其客户提供商业和策略益处的相关技术替代方案；
22、·较大的工艺途径适应性，从而向钢铁客户提供bf(高炉)途径以延长其资产的使用寿命，减少capex，而不损害短期和中期co2减排目标的实现；
23、·铁和钢生产链中的温室气体(ghg)排放的减少；
24、·成本降低，这是归因于粘合剂对于聚结可能消耗较低和可能更多使用具有较高二氧化硅含量的贫铁矿，所述贫铁矿可在稍后阶段通过磁力分离而浓缩，因为由赤铁矿还原所产生的材料为磁性或强顺磁性的。
25、本发明的目的
26、本发明旨在促进一种获得高铁量产物的具有较大工艺途径适应性的新方法，从而向钢铁客户提供其资产的使用寿命的延长，减少capex而不损害减少co2排放的目标的实现。
27、本发明的另一目的为由生物质和铁矿粉获得产物，其具有极佳物理和冶金性能以及在还原炉和熔融炉中具有广泛适用性。
28、本发明的另一目的为减少所产生的环境影响，这是因为除允许利用铁矿尾料(铁矿尾料通常具有在尾料坝中处理的超细部分)之外，还由于通过生物质替代天然气和矿物煤以减少氧化铁，而允许减少铁和钢生产链中的温室气体(ghg)的排放。
技术实现思路
1、依图1所示，本发明揭示一种用于由铁矿粉和来自生物质的可再生碳源获得高铁量产物的方法，所述方法包含以下步骤：
2、a)在强力混合器中混合铁矿粉、生物质、粘合剂、纳米材料、添加剂和催化剂；
3、b)进行由聚结和碳热还原组成的群组中的至少一个步骤；
4、c)进行由以下组成的群组中的至少一个步骤：固体-固体分离、碳热还原和聚结。
5、依图1所示，本发明仍可包含进一步的步骤：
6、a)进行由干燥/固化和涂布应用组成的群组中的至少一个步骤；
7、b)进行碳热还原；
8、c)进行涂布应用。
1.一种由铁矿粉和生物质获得高铁量产物的方法，其包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中将存在另一步骤：
3.根据权利要求1所述的方法，其中在混合步骤之后，可借助于辊压机、辊碎机或另一粉碎装置经由压制进行粉碎步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其中进行以下步骤：
5.根据权利要求1所述的方法，其中进行以下步骤：
6.根据权利要求5所述的方法，其中在碳热还原步骤之后，可经由压块、粒化或挤压进行额外聚结步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其中进行以下步骤：
8.根据权利要求7所述的方法，其中在碳热还原步骤之后，可经由磁力分离或重力分离进行固体-固体分离步骤。
9.根据权利要求1所述的方法，其中进行以下步骤：
10.根据权利要求7和9所述的方法，其中在碳热还原步骤之后，可进行解聚步骤。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在500℃至950℃的范围内的温度下在微波炉或常规烘箱中进行所述碳热还原。
12.根据权利要求1所述的方法，其中在500℃至950℃的范围内的温度下在微波炉或常规烘箱中进行所述碳热还原。
13.根据权利要求2所述的方法，其中可在240℃至400℃的范围内的温度下在微波炉或常规的燃料燃烧烘箱中进行所述干燥/固化。
14.根据权利要求1所述的方法，其中使用至少60重量％的铁矿粉，所述铁矿粉的粒径小于10mm，所述铁矿粉的铁含量(fe总)为30％至68％，所述铁矿粉选自由烧结物馈料、集结粒馈料和超细铁矿尾料组成的群组。
15.根据权利要求1所述的方法，其中使用至多30重量％的可来自桉树、象草、如蔗渣的残余物以及其它物质的生物质。
16.根据权利要求1所述的方法，其中使用至多20重量％的可来自桉树、象草、如蔗渣的残余物以及其它物质的生物质。
17.根据权利要求1所述的方法，其中可使用热解形式的生物质。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质具有20％至80％的固定碳。
19.根据权利要求1所述的方法，其中使用至多15重量％的选自由以下组成的群组的粘合剂：硅酸钠、预糊化木薯淀粉或玉米淀粉、植物树脂、聚合物、地质聚合物以及其它物质。
20.根据权利要求1所述的方法，其中使用至多15重量％的选自由ca、k、na、ni、si和w组成的群组的催化剂。
21.根据权利要求1所述的方法，其中使用至多15重量％的选自由以下组成的群组的纳米材料：纳米碳管、膨胀石墨、官能化微硅酸盐、管状纳米二氧化硅、管状多水高岭土、碳纳米纤维、石墨烯以及其它物质。
22.根据权利要求1所述的方法，其中使用至多15重量％的可基于以下各项的化学添加剂：c、al、ni、含铁高岭石或具有高还原电位的其它材料，如铝矾土、氧化铝、聚合物、乳胶以及其它物质。
23.根据权利要求1所述的方法，其中所使用的所述化学添加剂可含有基于钙和白云石的助熔剂。
24.一种由根据权利要求1中所描述的方法产生的由铁矿和生物质粉获得的高铁含量的聚结产物，其特征在于具有适用于还原炉(高炉)的化学、物理和冶金质量，并且具有8至150mm的直径、6％至20％的碳和40％至60％的总铁量，其被视为自还原聚结物。
25.一种由根据权利要求1中所描述的方法产生的由铁矿和生物质粉获得的高铁含量的聚结产物，其特征在于具有适用于还原炉和熔融炉(例如，高炉-bf和熔化器，如电弧炉-eaf)的化学、物理和冶金质量，具有8至150mm的直径，总铁含量高于60％，碳含量低于5％，耐磨性<25％，滚筒抗性>75％，冲击/坠落抗性>75％，抗压强度>150dan，并且金属化程度>50％。
26.根据权利要求25所述的聚结产物，其中如果所述产物指定用于高炉-bf中，那么其具有60％至95％的总铁量。
27.根据权利要求25所述的聚结产物，其中如果所述产物打算用于电弧炉-eaf，那么其具有高于85％的金属铁。
28.一种由根据权利要求1中所描述的方法产生的由铁矿和生物质粉获得的高铁含量的产物，其特征在于呈粉末形式，并且具有适用于熔炼炉和其它熔融炉的化学、物理和冶金质量，因为其是高金属化材料(总铁量在60％与85％之间)。
