[发明专利]一种氢气炼铁的方法及装置

说明书

本发明涉及一种氢气炼铁的方法及装置，属于氢气冶金技术领域，解决了现有氢气冶铁中使用富氢气体还原铁氧化物依然造成大量二氧化碳排放的问题。该方法采用含铁矿石原料在氢气或富氢气体气氛下，采用微波照射实现含铁矿石的富氢或纯氢冶炼，得到直接还原铁，包括如下步骤：步骤1、将含铁矿石原料进行预处理；步骤2、将步骤1所得原料加入坩埚中，进行微波照射，通入氢气或者富氢气体进行铁氧化物的还原；步骤3、停止微波照射，停止通入氢气，通入惰性气体进行保护，反应完成后，恢复至室温，得到直接还原铁。该方法可实现纯氢冶炼，实现矿石还原能源和催化的零碳排放，适用于纯氢冶金技术的推广。

技术领域

本发明涉及氢冶金及微波冶金领域，尤其涉及一种氢气炼铁的方法及装置。

背景技术

全球气候变暖已经成为影响世界的重大挑战之一。据统计，整个工业部门排放的二氧化碳有近一半来自四个行业：水泥、钢铁、氨和乙烯。每生产1吨粗钢就会排放约2吨二氧化碳，钢铁行业节能减排任务日益严峻，传统高炉炼铁是以焦炭和煤粉作为还原剂和燃料来生产铁，通过向高炉下方鼓入热空气、煤粉，焦炭、煤粉与空气生成CO，为高炉反应提供热量，同时将铁氧化物还原为金属铁。该过程能源消耗和碳排放量巨大，环境污染严重。采用氢气取代焦炭作为还原剂的氢冶金技术成为了目前最行之有效的手段之一。目前，我国国内大型钢铁企业均陆续启动氢冶金项目。

氢冶金技术通过氢气替代煤炭，其主要产物是金属铁和水蒸气，具有环境友好的特点，可大幅度降低钢铁行业中的碳排放，并提高含铁矿石的还原效率。氢冶金技术具体可分为富氢冶金(采用以CO和H₂为主的混合气体)和纯氢冶金。目前，富氢冶金技术已相对成熟，如现有的 Midrex工艺主要是以天然气为基础的竖炉炼铁工艺，使用的还原气体中包含约55％的氢气和36％的一氧化碳，CO和H₂主要通过天然气裂解获得，其吨钢二氧化碳排放量相比传统高炉工艺降低将近一半，但由于采用如此多的氢气，没有足够的燃料提供热量，还原气体进入竖炉后，炉料会冷却，还需要注入天然气维持理想的还原温度，进而增大了天然气的注入量，导致CO₂排放量增大。我国氢冶金技术发展严重滞后，国外较为成熟的Midrex工艺和Hyl工艺等富氢冶金技术由于我国天然气资源匮乏和还原反应热源等问题受限而没有在我国得到推广。而纯氢技术冶金更是我国亟待突破的技术瓶颈。

因此，目前氢炼铁主要有以下技术问题需要克服：一、氢炼铁需要大量的矿物燃料提供能源，造成二氧化碳的排放；二、氢炼铁只能实现富氢炼铁，无法实现纯氢炼铁。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种氢气炼铁的方法及装置，通过微波对低品位铁矿石、钛精矿、铁精矿等矿石原料进行照射，实现促进富氢或纯氢炼铁的方法，至少可以解决现有技术中以下技术问题之一：1.无法实现纯氢冶炼的问题；2.富氢冶炼中需要矿物燃料提供能源进而造成碳排放的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种氢气炼铁的方法，含铁矿石原料在氢气或富氢气体气氛下，采用微波照射实现含铁矿石的富氢或纯氢冶炼，得到直接还原铁。

包括如下步骤：

步骤1、将含铁矿石原料进行预处理；

步骤2、将步骤1所得原料加入坩埚中，进行微波照射，通入氢气或者富氢气体进行铁氧化物的还原；

步骤3、停止微波照射，停止通入氢气，通入惰性气体进行保护，反应完成后，恢复至室温，得到直接还原铁。

步骤1中含铁矿石原料包括：低品位铁矿、钛钒磁铁矿、铁精矿、钛铁矿、钛精矿、转炉钢渣、铁磷中的一种或多种。

对含铁矿石原料进行预处理包括以下步骤：

步骤1a、将原料进行破碎和筛分；