專利名稱：利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅 鐵的方法。
背景技術(shù)：
鎳冶煉棄渣是鎳冶煉生產(chǎn)中排放的冶煉棄渣，是一種工業(yè)固體廢棄 物。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，固體廢棄物逐年增加，數(shù)量巨大的鎳冶煉棄渣在冶 煉企業(yè)周邊渣場(chǎng)露天堆存，除極少量供水泥廠作添加劑(代替鐵礦石)夕卜， 其余絕大部分沒(méi)有得到利用，造成了對(duì)企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境、人居環(huán)境的嚴(yán) 重的環(huán)保問(wèn)題。
經(jīng)過(guò)分析測(cè)算，鎳冶煉棄渣中含有大量鐵質(zhì)元素和二氧化硅，另外含
有少量鎳、銅、鈷、鉛、鋅等金屬元素。以某特大型冶煉企業(yè)約160萬(wàn)噸 的棄渣為例，其中金屬、非金屬理論存量為含鐵62萬(wàn)噸、鎳4917噸、 銅6273噸、鈷1864噸、鉛337噸、鋅5976噸、二氧化硅59萬(wàn)噸。這既 是巨大的資源浪費(fèi)，同時(shí)也表明鎳冶煉棄渣具有巨大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，然 而目前鎳冶煉棄渣的綜合利用實(shí)際上己成為世界性的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微 合金化硅鐵的方法，該方法能夠充分利用廢棄的鎳冶煉棄渣資源，避免由 此帶來(lái)的資源浪費(fèi)和環(huán)境影響，以較低的成本生產(chǎn)出合格的硅鐵產(chǎn)品。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其 特別之處在于，包括如下步驟
a、 將鎳冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與其它原料一起通過(guò)脫氧還原法得到高 溫熔融狀態(tài)的硅鐵；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通 入氯氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s；
C、除去固體殘?jiān)纯伞?br> 其中在步驟c前還需要震蕩鐵水包3-5分鐘，然后靜置2-4分鐘。 其中在步驟c后還要除去熔融狀態(tài)硅鐵下層占硅鐵總重量1-2%的重 金屬層。
其中在步驟b后還要保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入氧 氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s，氧氣的用量為每噸硅鐵0.2-0.5立方米， 通氣時(shí)間為5-10分鐘，或向硅鐵中通入氧氣直至雜質(zhì)含量符合要求。
其中在步驟b后還要保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入空 氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s，空氣的用量為每噸硅鐵1-2.5立方米， 通氣時(shí)間為5-10分鐘，或向硅鐵中通入空氣直至雜質(zhì)含量符合要求。
其中在步驟b中通入氯氣的用量為每噸硅鐵0.05-0.125立方米，通氣 時(shí)間為5-10分鐘，或向硅鐵中通入氧氣直至雜質(zhì)含量符合要求。
其中使用石墨化碳素材料氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包內(nèi)以通氣。
其中熔融狀態(tài)的硅鐵是指硅鐵溫度在1250-1700°C。
其中步驟e中其它原料是指硅石和還原劑，或石英和還原劑。
其中還原劑采用蘭碳、冶金焦、或氣煤焦。
本發(fā)明方法首先將鎳冶煉棄渣凈化除雜，然后用于硅鐵生產(chǎn)中可替代 鋼屑、氧化鐵皮、燒結(jié)球團(tuán)等鐵質(zhì)原料，同時(shí)減少硅石(或石英)用量，
5實(shí)驗(yàn)證明，采用本發(fā)明方法生產(chǎn)出來(lái)的硅鐵(FeSi75)完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 以外，采用本發(fā)明生產(chǎn)出來(lái)的硅鐵還是一種微合金化硅鐵，含有微量鎳、 銅、鈷元素，用微合金化硅鐵煉鋼在一定程度上可以提高煉鋼質(zhì)量。微合 金化硅鐵用于不銹鋼、特殊鋼生產(chǎn)時(shí)，可節(jié)約鎳、鈷的用量，從而降低煉 鋼成本。除雜后的鎳冶煉棄渣本身為玻璃態(tài)熟料在生產(chǎn)硅鐵時(shí)可以降低生 產(chǎn)電耗，從而大幅度降低硅鐵生產(chǎn)成本，減少二氧化碳的排放。
采用本發(fā)明的方法高效綜合回收了鎳冶煉棄渣中的鐵、硅、鎳、鈷、 銅等元素。其中硅回收率95%以上，鐵回收率96%以上，鎳回收率92%以上， 鈷回收率93%以上，銅回收率90%以上。達(dá)到了大宗工業(yè)固體廢棄物資源 化利用的目的，現(xiàn)有冶煉企業(yè)存放鎳冶煉棄渣占用了大量土地，采用本發(fā) 明方法不僅遏制了鎳冶煉棄渣對(duì)土地的不斷吞噬，還能通過(guò)處理原有的鎳 冶煉棄渣逐步釋放出原來(lái)占有的土地，這不僅產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，還產(chǎn)生相應(yīng) 的環(huán)保效益和社會(huì)效益。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明方法生產(chǎn)硅鐵的原理是
將合格粒度的鎳冶煉棄渣、硅石、焦碳和蘭碳(或其它還原劑)在配 料站按比例配料，經(jīng)上料皮帶將混合料送至爐頂平臺(tái)，再由梭式皮帶將混 合料卸至爐頂料倉(cāng)。爐料經(jīng)料管間斷加入電弧爐內(nèi)，在電弧高溫狀態(tài)下， 鎳冶煉棄渣中的鐵元素和硅元素同時(shí)被碳元素還原，二氧化硅中的硅元素 也被碳元素還原生成比例確定，混合均勻的硅鐵。
反應(yīng)方程式為
2C+02=2C0 (吸熱) (電弧狀態(tài)下) Fe3Si04、 2Fe0 Si02+10C0=5Fe+2Si+10C021 (吸熱)(電弧狀態(tài)下) Si02+2C0=Si+2C02 t (吸熱) (電弧狀態(tài)下)本發(fā)明方法對(duì)含有雜質(zhì)的硅鐵凈化除雜的原理是
利用爐外精煉技術(shù)，將高壓氯氣、高壓氧氣先后分別噴吹入熔融狀態(tài) 的含有雜質(zhì)的硅鐵中，分批定量對(duì)其進(jìn)行凈化除雜處理，使棄渣中的有害 雜質(zhì)(如氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、硫化物等)進(jìn)行充分反應(yīng)，同時(shí)通過(guò) 均勻、輕微的水平震蕩促進(jìn)生成比重較小的新化合物，新化合物漂浮于硅 鐵上面而析出，重金屬沉積于下層。以此工藝將含有雜質(zhì)的硅鐵中的有害 雜質(zhì)降低到規(guī)定范圍內(nèi)，使含有雜質(zhì)的硅鐵得到純化。
反應(yīng)方程式為
FeS+3Fe304+5Si02+502=5(2Fe0 Si02)+S02 t (高溫熔融狀態(tài)下) 2Ca+02=2Ca0 (高溫熔融狀態(tài)下) 2Mg+02=2MgO (高溫熔融狀態(tài)下) 4A1+302=2A1203 (高溫熔融狀態(tài)下) 2K+C12=2KC1 (高溫熔融狀態(tài)下) 2Na+Cl2=2NaCl (高溫熔融狀態(tài)下)
本發(fā)明方法主要是將鎳冶煉棄渣直接作為鐵質(zhì)原料代替現(xiàn)有硅鐵冶 煉生產(chǎn)中的鋼屑、氧化鐵皮、燒結(jié)球團(tuán)等鐵質(zhì)原料，當(dāng)然同時(shí)也替代了部 分硅石原料，由于鎳冶煉棄渣中硅和鐵的含量是確定的，因此可以很容易 的計(jì)算出其它原料的用量，以硅、鐵計(jì)算原料間的配比關(guān)系與現(xiàn)有技術(shù)完 全相同，而除此之外現(xiàn)有脫氧還原冶煉硅鐵的其它原料(如還原劑)、所 有原料的配比、和工藝參數(shù)等均與現(xiàn)有技術(shù)完全相同。
由于鎳冶煉棄渣中含有雜質(zhì)，因此將其直接作為原料生產(chǎn)的硅鐵也含 有一定的雜質(zhì)，本發(fā)明方法利用爐外精煉技術(shù)，將高壓氯氣、高壓氧氣先 后分別噴吹入熔融狀態(tài)的含有雜質(zhì)的硅鐵中，分批定量對(duì)其進(jìn)行凈化除雜 處理，從而得到合格的硅鐵產(chǎn)品。
以下為生產(chǎn)低冰鎳，熱棄渣為鎳鐵渣的電爐熱渣成分典型值的化學(xué)成三個(gè)月內(nèi)電爐熱渣成分(％)_
元素Ni Cu Fe Ca0 Mg0 Si02 Co S. Pb Zn As
平均0.25 0.23 35.61 1.60 8.57 41.02 0. 13 0.99 0.04 0. 140.02
最低0. 14 0. 13 25. 18 1.20 4.64 35.50 0.08 0. 13 0.02 0.090.01
最高0, 65 0. 45 42. 67 2. 07 15. 10 46. 84 0. 26 1. 96 1. 02 0. 250. 14
實(shí)施例1:
a、 將鎳冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與硅石和蘭碳一起通過(guò)脫氧還原法得到 溫度在1250"C熔融狀態(tài)的硅鐵(含雜質(zhì))；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣(高壓氯氣)從而生 成固體殘?jiān)詢艋s，氯氣的用量為每噸硅鐵0.05立方米，通氣時(shí)間為 5分鐘;
c、 均勻、輕微的水平震蕩鐵水包3分鐘，然后靜置2分鐘；
d、 除去固體殘?jiān)纯桑?br> e、 除去熔融狀態(tài)硅鐵下層占硅鐵總重量1%的重金屬層即可。 實(shí)施例2 :
a、 將鎳冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與硅石和冶金焦一起通過(guò)脫氧還原法得 到溫度在170(TC熔融狀態(tài)的硅鐵；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣從而生成固體殘?jiān)?凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.125立方米，通氣時(shí)間為10分鐘；
c、 均勻、輕微的水平震蕩鐵水包5分鐘，然后靜置4分鐘；
d、 除去固體殘?jiān)纯桑?br> 8e、除去熔融狀態(tài)硅鐵下層占硅鐵總重量2%的重金屬層即可。 實(shí)施例3 :
a、 將鎳冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與石英和氣煤焦一起通過(guò)脫氧還原法得 到溫度在130(TC熔融狀態(tài)的硅鐵；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣從而生成固體殘?jiān)?凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.1立方米，通氣時(shí)間為7分鐘，或向 硅鐵中通入氯氣直至雜質(zhì)含量符合要求；
c、 均勻、輕微的水平震蕩鐵水包4分鐘，然后靜置3分鐘；
d、 除去固體殘?jiān)纯桑?br> e、 除去熔融狀態(tài)硅鐵下層占硅鐵總重量1.5%的重金屬層即可。 實(shí)施例4:
a、 將鎳冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與石英和蘭碳一起通過(guò)脫氧還原法得到 溫度在125(TC熔融狀態(tài)的硅鐵(含雜質(zhì))；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣(高壓氯氣)從而生 成固體殘?jiān)詢艋s，氯氣的用量為每噸硅鐵0.05立方米，通氣時(shí)間為 5分鐘；
c、 保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入氧氣(高壓氧氣)從 而生成固體殘?jiān)詢艋s，氧氣的用量為每噸硅鐵0.3立方米，通氣時(shí) 間為6分鐘；
d、 均勻、輕微的水平震蕩鐵水包3分鐘，然后靜置2分鐘；
e、 除去固體殘?jiān)纯桑?br> f、 除去熔融狀態(tài)硅鐵下層占硅鐵總重量1%的重金屬層即可。 實(shí)施例5:a、 將鎳冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與硅石和冶金焦一起通過(guò)脫氧還原法得 到溫度在170(TC熔融狀態(tài)的硅鐵；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣從而生成固體殘?jiān)?凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.125立方米，通氣時(shí)間為10分鐘；
c、 保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入空氣(高壓空氣)從 而生成固體殘?jiān)詢艋s，空氣的用量為每噸硅鐵2立方米，通氣時(shí)間 為8分鐘；
d、 均勻、輕微的水平震蕩鐵水包5分鐘，然后靜置4分鐘；
e、 除去固體殘?jiān)纯桑?br> f、 除去熔融狀態(tài)硅鐵下層占硅鐵總重量2%的重金屬層即可。 實(shí)施例6:
a、 將鎳冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與石英、冶金焦、和蘭碳一起通過(guò)脫氧 還原法得到溫度在130(TC熔融狀態(tài)的硅鐵；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣從而生成固體殘?jiān)?凈化除雜，直至雜質(zhì)含量符合要求；
c、 保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入氧氣從而生成固體殘 渣以凈化除雜，直至雜質(zhì)含量符合要求；
c、 均勻、輕微的水^^震蕩鐵水包4分鐘，然后靜置3分鐘；
d、 除去固體殘?jiān)纯伞?實(shí)施例7:
a、 將鎳冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與石英和氣煤焦一起通過(guò)脫氧還原法得 到溫度在130(TC熔融狀態(tài)的硅鐵；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣從而生成固體殘?jiān)?br> 凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵O.l立方米，通氣時(shí)間為7分鐘，或向 硅鐵中通入氯氣直至雜質(zhì)含量符合要求；
c、除去固體殘?jiān)纯伞?br> 實(shí)施例8:
a、 將鎳冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與硅石和冶金焦一起通過(guò)脫氧還原法得 到溫度在150(TC熔融狀態(tài)的硅鐵；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣從而生成固體殘?jiān)?凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.12立方米，通氣時(shí)間為8分鐘；
c、 保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入空氣(高壓空氣)從 而生成固體殘?jiān)詢艋s，空氣的用量為每噸硅鐵1.5立方米,通氣時(shí) 間為6分鐘；
d、 均勻、輕微的水平震蕩鐵水包3分鐘，然后靜置3分鐘；
e、 除去固體殘?jiān)纯桑?br> 通過(guò)對(duì)采用上述實(shí)施例技術(shù)方案冶煉的硅鐵進(jìn)行分析，在不除去含有 雜質(zhì)的硅鐵下層的重金屬層(主要為鎳、銅、鈷等)的情況下，本發(fā)明冶 煉的產(chǎn)品為微合金化硅鐵，目前國(guó)家尚無(wú)微合金化硅鐵產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，微合金 化硅鐵產(chǎn)品作為通常硅鐵的替代產(chǎn)品，除含有微量對(duì)鋼鐵產(chǎn)品帶來(lái)一定益 化作用的鎳、鈷元素外，其余指標(biāo)均與普通75%硅鐵相同，因此發(fā)明方法 制備的硅鐵產(chǎn)品技術(shù)條件符合GB2272—87規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
相應(yīng)的，在除去硅鐵下層的重金屬層的情況下，本發(fā)明冶煉的產(chǎn)品指 標(biāo)均與普通75%硅鐵相同，符合GB2272—87規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于，包括如下步驟a、將鎳冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與其它原料一起通過(guò)脫氧還原法得到高溫熔融狀態(tài)的硅鐵；b、將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入氯氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s；c、除去固體殘?jiān)纯伞?br> 2、 如權(quán)利要求1所述的利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合 金化硅鐵的方法，其特征在于其中在步驟c前還需要震蕩鐵水包3-5分 鐘，然后靜置2-4分鐘。
3、 如權(quán)利要求1所述的利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合 金化硅鐵的方法，其特征在于其中在步驟c后還要除去熔融狀態(tài)硅鐵下 層占硅鐵總重量1-2%的重金屬層。
4、 如權(quán)利要求1所述的利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中在步驟b后還要保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入氧氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s，氧氣的用量為每噸硅鐵0.2-0.5立方米，通氣時(shí)間為5-10分鐘，或向硅鐵中通入氧氣 直至雜質(zhì)含量符合要求。
5、 如權(quán)利要求1所述的利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合 金化硅鐵的方法，其特征在于其中在步驟b后還要保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入空氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s，空氣的用量為每噸硅鐵1-2.5立方米，通氣時(shí)間為5-10分鐘，或向硅鐵中通入空氣直 至雜質(zhì)含量符合要求。
6、 如權(quán)利要求1所述的利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中在步驟b中通入氯氣的用量為每噸硅 鐵0.05-0.125立方米，通氣時(shí)間為5-10分鐘，或向硅鐵中通入氧氣直至雜 質(zhì)含量符合要求。
7、 如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫 氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中使用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包內(nèi)以通氣。
8、 如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫 氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中熔融狀態(tài)的硅鐵是指 硅鐵溫度在1250-1700°C。
9、 如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫 氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中步驟e中其它原料是 指硅石和還原劑，或石英和還原劑。
10、 如權(quán)利要求9所述的利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合 金化硅鐵的方法，其特征在于其中還原劑采用蘭碳、冶金焦、或氣煤焦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用鎳冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法。包括如下步驟a.將鎳冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與其它原料一起通過(guò)脫氧還原法得到高溫熔融狀態(tài)的硅鐵；b.將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入氯氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s；c.除去固體殘?jiān)纯?。本發(fā)明方法首先將鎳冶煉棄渣凈化除雜，然后用于硅鐵生產(chǎn)中可替代鋼屑、氧化鐵皮、燒結(jié)球團(tuán)等鐵質(zhì)原料，同時(shí)減少硅石(或石英)用量，實(shí)驗(yàn)證明，采用本發(fā)明方法生產(chǎn)出來(lái)的硅鐵(FeSi75)完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)鐵合金的新方法。
文檔編號(hào)C22C35/00GK101545040SQ20091011721
公開(kāi)日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月9日
發(fā)明者牛慶君 申請(qǐng)人:牛慶君