專利名稱：一種金屬還原方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬提取技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬還原方法。
背景技術(shù)：
金屬是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的重要材料。金屬大多數(shù)是經(jīng)過一定的工藝和設(shè)備從含 金屬礦物中提取得到。在現(xiàn)今的金屬冶煉工藝中，較為常見的為利用還原劑，通過加熱到 一定的溫度并經(jīng)過一定的還原時間，對含金屬礦物進行還原，從而得到金屬。例如，在煉鐵 工藝中，常見的有直接還原法，將含鐵礦與作為還原劑的煤混合，加熱至一定溫度，不經(jīng)熔 融，鐵即被還原。在此種工藝中，一般認(rèn)為煤的粒徑越小越好，最好小于lmm，這樣可使煤與 鐵礦充分接觸，鐵得到充分還原，但此種粒徑的煤，與鐵礦成型后，由于粒徑小，因而成型物 料中的空隙較小，使得在還原反應(yīng)中生成的二氧化碳不能順利排出，從而導(dǎo)致還原反應(yīng)速 度減慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種金屬還原方法，成型的團塊物料中有較大的空隙，可
使還原得到的廢氣順利排出團塊外，加速團塊內(nèi)的熱傳遞速度，從而加速反應(yīng)。 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種金屬還原方法，包括將含金屬
混合物料制成團或塊，然后加熱到預(yù)定溫度，進行還原反應(yīng)，所述含金屬混合物料包括含金
屬礦物及還原劑，所述還原劑的粒徑為lmm以上。優(yōu)選地，所述還原劑的粒徑為lmm 3mm。 優(yōu)選地，所述含金屬混合物料還包括添加劑，所述還原反應(yīng)包括直接還原反應(yīng)及 熔融還原反應(yīng)。
優(yōu)選地，所述還原劑選自煤、焦炭、重油、石油焦和瀝青中的一種或多種。
優(yōu)選地，所述添加劑選自NaCl、 Si02、Na2Si03、KCl、AlCl3、CaCl2、NaF、CaF2、 SrF2、 Na20、 NaOH、 Al (OH) 3、 Ca0、 A1203、 Mg0、 NaHC03、 KHC03、 Ca (HC03) 2、 CaS04、 BaS04、MgS04、 Na2Si03、 Ca2Si04、 Na2C03、 K2C03、 Al2 (C03) 3、 CaC03中的一種或多種。 優(yōu)選地，所述直接還原反應(yīng)為將混合物料團或塊鋪置在臺車上，送入直接還原爐 內(nèi)，加熱至預(yù)定直接還原溫度，保持此溫度持續(xù)預(yù)定的直接還原時間，得到余料，繼續(xù)加熱 余料，得到含單質(zhì)金屬的已還原物料。 優(yōu)選地，所述直接還原爐選自燃煤爐、熱風(fēng)爐、沸騰爐、循環(huán)流化床爐、鏈條爐、隧 道窯、回轉(zhuǎn)窯、轉(zhuǎn)底爐、電熱爐、電阻爐中的任一種。 優(yōu)選地，所述預(yù)定的直接還原反應(yīng)溫度為500°C 145(TC，預(yù)定的直接還原時間 為20分鐘 240分鐘。
優(yōu)選地，所述熔融還原反應(yīng)為將含單質(zhì)金屬的已還原物料送入熔爐內(nèi)，加熱至預(yù) 定熔融還原溫度，保持此溫度持續(xù)預(yù)定的熔融還原時間，得到液態(tài)的單質(zhì)金屬及熔渣。
優(yōu)選地，所述熔爐為電弧爐、轉(zhuǎn)爐、中頻爐、轉(zhuǎn)底爐、礦熱爐、高爐、電熱爐、電阻爐、燃煤爐、燃氣爐、平爐中的任一種。 優(yōu)選地，將熔融還原反應(yīng)后得到的液態(tài)單質(zhì)金屬和熔渣分離，將熔渣進行水淬處 理，制得水渣。 優(yōu)選地，所述含金屬礦物是平均粒徑為5mm以下的顆粒。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點 由于選用較大粒徑的還原劑，可以節(jié)省研磨還原劑的時間，而且還原劑與含金屬 礦物形成的團塊中，還原劑顆粒與含金屬礦物的顆粒間空隙較大，透氣性好，因此還原反應(yīng) 中產(chǎn)生的廢氣可以順利排除團塊外部，從而排除因廢氣的聚集而產(chǎn)生的傳熱阻隔，加速團 塊內(nèi)部的熱傳遞、加快還原。


圖1是本發(fā)明金屬還原方法的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的基本構(gòu)思是，將混合物料制成球團或球塊，然后加熱到預(yù)定溫度，進行還
原反應(yīng)，其中，含金屬混合物料包括含金屬礦物及還原劑，所述還原劑的粒徑為lmm以上。 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步描述。 請參見圖l，該圖是本發(fā)明金屬還原方法的流程圖。具體為 Sl、將包括含金屬礦物、還原劑的混合物料制成團塊。 其中，混合物料還可包括添加劑，也即可加入添加劑與還原劑及含金屬礦物一同
成型。加入的添加劑可以包括加速反應(yīng)的催化劑、幫助粉狀物料成型且防止成型后球團破
損的成型劑以及幫助吸收反應(yīng)中生成的、有害于反應(yīng)進行或環(huán)境污染的產(chǎn)物的吸收劑。 其中，還原劑的粒徑為lmm以上；含金屬礦物、添加劑的粒徑如果較大，則要將其
研磨到平均粒徑小于約lmm，加快反應(yīng)速度。 S2、加熱到預(yù)定還原溫度，保持此溫度。 S3、經(jīng)過預(yù)定還原時間，得到金屬化合物、金屬、尾礦。 至此，礦物中的至少一種金屬被還原出來，進一步處理后得到金屬成品。
以下通過具體實施例對本發(fā)明的金屬還原方法進行具體說明 實施例1 所用物料 鐵礦鐵含量為54. 85% ;還原劑處理好的、粒徑為lmm 2mm的無煙煤顆粒，即無煙煤的粒徑可以為 lmm 2mm中的任意值，如lmm、 1. 5mm、 1. 6mm、 1. 7mm、2mm等；
添加劑碳酸鈣。 1)將處理好的粒徑為0. 178mm的鐵礦與粒徑為lmm 2mm的無煙煤顆粒、平均粒 徑為0. 074mm的碳酸鈣混合，充分?jǐn)嚢韬笥迷烨驒C造球成型；其中，鐵礦與煤顆粒、碳酸鈣 的重量比為4 :2:1。 2)將球團鋪置在臺車上，送入回轉(zhuǎn)窯(直接還原爐)中，加熱至100(TC，保持50 分鐘，得到含單質(zhì)鐵的已還原物料；
3)將此已還原物料送入電弧爐(熔爐)中加熱，得到液態(tài)鐵及熔渣，分離后得到單
質(zhì)鐵及熔渣，再將熔渣進行水淬處理，得到水渣，可回收利用。 本實施例中，鐵的還原率為71. 11%。 實施例2 所用物料 鐵礦鐵含量為57. 22% ;還原劑處理好的粒徑為2. 2mm 3mm的焦炭顆粒，即焦炭顆粒的粒徑可以為 2. 2mm 3mm中的任意值，如2. 2mm、2. 3mm、2. 4mm、2. 8mm、3mm等；
添加劑碳酸鈣、氧化鈣。 1)將處理好的平均粒徑為0. 178mm的鐵礦與粒徑為2. 2mm 3mm的焦炭顆粒、平 均粒徑為0. 074mm的氧化鈣、平均粒徑為0. 074mm的碳酸鈣混合、充分?jǐn)嚢韬笥迷烨驒C造球 成型；其中，鐵礦與焦炭顆粒、添加劑(碳酸鈣和氧化鈣)的重量比為5 :2:2。
2)將球團鋪置在煙化臺車上，送入隧道窯(直接還原爐)中，加熱至130(TC，保持 20分鐘，得到含單質(zhì)鐵的已還原物料； 3)將此已還原物料送入轉(zhuǎn)爐(熔爐)加熱，得到液態(tài)鐵及熔渣，分離后得到單質(zhì)鐵
及熔渣，再將熔渣進行水淬處理，得到水渣，可回收利用。 本實施例中，鐵的還原率為72. 23%。 實施例3 所用物料 鐵礦鐵含量為54. 89% ;還原劑處理好的粒徑為2. 5mm 3mm的煤顆粒，即煤顆粒的粒徑可以為2. 5mm 3mm中的任意值，如2. 5mm、2. 6mm、2. 7mm、2. 9mm、3mm等；
添加劑碳酸鈉、石英粉。 1)將處理好的平均粒徑為0. 178mm的鐵礦與平均粒徑為2. 5mm 3mm的煤顆粒、 平均粒徑為0. 078mm的碳酸鈉、平均粒徑為0. 078mm的石英粉混合、充分?jǐn)嚢韬笥迷烨驒C造 球成型；其中，鐵礦與煤顆粒、添加劑(碳酸鈉和石英粉)的重量比為IO :4:1。
2)將球團鋪置在臺車上，送入隧道窯(直接還原爐)中，加熱至120(TC，保持40 分鐘，得到含單質(zhì)鐵的已還原物料； 3)將此已還原物料送入中頻爐(熔爐)加熱，得到液態(tài)鐵及熔渣，分離后得到單質(zhì)
鐵及熔渣，再將熔渣進行水淬處理，得到水渣，可回收利用。 本實施例中，鐵的還原率為76. 28%。 實施例4 所用物料 鐵礦鐵含量為56. 76% ;還原劑處理好的粒徑為2mm 2. 8mm的煤顆粒，即煤顆粒的粒徑可以為2mm 2. 8mm中的任意值，如2mm、2. lmm、2. 2mm、2. 3mm、2. 8mm等；
添加劑碳酸鈉。1)將處理好的平均粒徑為0. 178mm的鐵礦與粒徑為2mm 2. 8mm的煤顆粒、平均 粒徑為0. 074mm的碳酸鈉混合、充分?jǐn)嚢韬笥迷烨驒C造球成型；其中，鐵礦、煤顆粒、添加劑的重量比為25 : io : 4。 2)將球團鋪置在臺車上，送入隧道窯(直接還原爐)中，加熱至125(TC，保持35 分鐘，得到含單質(zhì)鐵的已還原物料； 3)將此已還原物料送入平爐(熔爐)加熱，得到液態(tài)鐵及熔渣，分離后得到單質(zhì)鐵 及熔渣，再將熔渣進行水淬處理，得到水渣，可回收利用。
本實施例中，鐵的還原率為75.23%。 從以上實施例中可以得出，采用本發(fā)明的金屬還原方法，還原時間為30分鐘 50 分鐘，鐵的還原率為約71. 11 % 76. 28%，還原時間短、金屬還原速度快、金屬提取率高。
在金屬還原方法中，現(xiàn)有技術(shù)的普遍認(rèn)為還原劑粒徑越小越好，最好小于lmm，而 本發(fā)明的技術(shù)方案恰恰與此相反，采用粒徑為lmm以上的還原劑進行還原反應(yīng)，使得此種 粒徑的還原劑與含金屬礦物形成團狀物或塊狀物，使得團狀物或塊狀物內(nèi)部具有較大的空 隙，從而使反應(yīng)中生成的二氧化碳氣體可以迅速排出，使得已還原得到的金屬與未還原物 料能夠快速進行熱傳遞，從而加快反應(yīng)，在較低的溫度下即可進行。 以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實施方式不應(yīng)視為對 本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進和潤飾，這些改 進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種金屬還原方法，包括將含金屬混合物料制成團或塊，然后加熱到預(yù)定溫度，進行還原反應(yīng)，其特征在于，所述含金屬混合物料包括含金屬礦物及還原劑，所述還原劑的粒徑為1mm以上。
2. 如權(quán)利要求1所述的金屬還原方法，其特征在于，所述還原劑的粒徑為lmm 3mm。
3. 如權(quán)利要求1所述的金屬還原方法，其特征在于，所述含金屬混合物料還包括添加 劑，所述還原反應(yīng)包括直接還原反應(yīng)及熔融還原反應(yīng)。
4. 如權(quán)利要求l所述的金屬還原方法，其特征在于，所述還原劑選自煤、焦炭、重油、 石油焦和瀝青中的一種或多種。
5. 如權(quán)利要求3所述的金屬還原方法，其特征在于，所述添加劑選自NaCl、Si02、 Na2Si03、 KC1、 A1C13、 CaCl2、 NaF、 CaF2、 SrF2、 Na20、 NaOH、 Al (0H)3、 CaO、 A1203、 MgO、 NaHC03、 KHC03、 Ca (HC03) 2、 CaS04、 BaS04、 MgS04、 Na2Si03、 Ca2Si04、 Na2C03、 K2C03、 Al2 (C03) 3、 CaC03中的 任一種或多種。
6. 如權(quán)利要求3所述的金屬還原方法，其特征在于，所述直接還原反應(yīng)為將混合物料 團或塊鋪置在臺車上，送入直接還原爐內(nèi)，加熱至預(yù)定直接還原溫度，保持此溫度持續(xù)預(yù)定 的直接還原時間，得到余料，繼續(xù)加熱余料，得到含單質(zhì)金屬的已還原物料。
7. 如權(quán)利要求6所述的金屬還原方法，其特征在于，所述直接還原爐選自燃煤爐、熱 風(fēng)爐、沸騰爐、循環(huán)流化床爐、鏈條爐、隧道窯、回轉(zhuǎn)窯、轉(zhuǎn)底爐、電熱爐、電阻爐中的任一種。
8. 如權(quán)利要求6所述的金屬還原方法，其特征在于，所述預(yù)定的直接還原反應(yīng)溫度為 500°C 145(TC，預(yù)定的直接還原時間為20分鐘 240分鐘。
9. 如權(quán)利要求6所述的金屬還原方法，其特征在于，所述熔融還原反應(yīng)為將含單質(zhì)金 屬的已還原物料送入熔爐內(nèi)，加熱至預(yù)定熔融還原溫度，保持此溫度持續(xù)預(yù)定的熔融還原 時間，得到液態(tài)的單質(zhì)金屬及熔渣。
10. 如權(quán)利要求9所述的金屬還原方法，其特征在于，所述熔爐為電弧爐、轉(zhuǎn)爐、中頻爐、轉(zhuǎn)底爐、礦熱爐、高爐、電熱爐、電阻爐、燃煤爐、燃氣爐、平爐中的任一種。
11. 如權(quán)利要求9所述的金屬還原方法，其特征在于，將熔融還原反應(yīng)后得到的液態(tài)單質(zhì)金屬和熔渣分離，將熔渣進行水淬處理，制得水渣。
12. 如權(quán)利要求1所述的所述的金屬還原方法，其特征在于，所述含金屬礦物是平均粒 徑為5mm以下的顆粒。
全文摘要
本發(fā)明公開一種金屬還原方法，包括將含金屬混合物料制成團或塊，然后加熱到預(yù)定溫度，進行還原反應(yīng)，所述含金屬混合物料包括含金屬礦物及還原劑，所述還原劑的粒徑1mm以上。本發(fā)明的金屬還原方法，具有反應(yīng)速度快，反應(yīng)溫度低，節(jié)約能源的優(yōu)點。
文檔編號C22B5/02GK101792856SQ20101015092
公開日2010年8月4日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者李柏榮 申請人:李柏榮