一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法
【專利摘要】一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，涉及一種有色冶金爐渣噴吹熔煉還原提鐵的方法。其特征在于其工藝過程的步驟依次包括：（1）將鎳冶煉爐渣在融熔狀態(tài)下，吹入富氧空氣進(jìn)行前期氧化處理，將易揮發(fā)雜質(zhì)脫除和硫氧化揮發(fā)脫除；（2）采用石灰粉熔劑、煤粉還原劑，對(duì)熔融狀態(tài)下的爐渣進(jìn)行噴吹熔煉，使融熔爐渣中氧化鐵還原成金屬鐵，同時(shí)加入塊煤和石灰進(jìn)行深度還原和造渣，將還原生鐵與二次渣的有效分離，得到還原鐵水。本發(fā)明的方法，采用電弧爐預(yù)除雜，深度還原提鐵工藝，鐵回收率≥90%，二次渣中的含鐵量小于5％，二次渣可高效利用，實(shí)現(xiàn)了資源利用的最大化和固體廢棄物零排放的目標(biāo)。
【專利說明】一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，涉及一種有色冶金爐渣噴吹熔煉還原提鐵的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多年來，冶煉爐渣綜合利用研究一直是重要的課題。對(duì)鎳冶煉爐渣綜合利用已經(jīng)進(jìn)行了許多研究。在“金川鎳銅熔融渣還原提鐵生產(chǎn)合金鋼”項(xiàng)目研究中，利用1250KVA電弧爐分別完成了鎳渣、銅合成爐渣、鎳銅混合渣的還原提鐵試驗(yàn)，以及還原鐵脫硫脫碳試驗(yàn)，均取得了較好的效果。但間斷還原的方式不利于工程化的高效生產(chǎn)，存在著生產(chǎn)效率低、能耗聞的問題。
[0003]目前，針對(duì)鐵氧化物的熔融還原技術(shù)，以及鐵水的各種精煉技術(shù)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多研究，取得了許多有價(jià)值的成果。但是，類似金川鎳冶煉爐渣這種特殊、復(fù)雜體系的還原和精煉方面的研究，還鮮見報(bào)道。
[0004]自20世紀(jì)70年代起，世界上一些主要鋼鐵大國(guó)如:日本、美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和瑞典等，從節(jié)能和環(huán)保的目標(biāo)出發(fā)，積極開發(fā)爐渣資源的利用，有的國(guó)家還為此成立了專門機(jī)構(gòu)，如日本的鋼鐵渣顯熱綜合利用技術(shù)委員會(huì)，將爐渣綜合利用技術(shù)列為通產(chǎn)省的重點(diǎn)科研課題。
[0005]早在1925年美國(guó)成功研制出將高爐渣作為一種含鋁原料引入到玻璃中，從而取代價(jià)格較貴、資源缺乏的鋁原料。另外，日本川崎鋼鐵公司利用高爐渣生產(chǎn)水泥原料，以高爐渣為主原料開發(fā)生產(chǎn)高性能石棉。
[0006]日本住友公司利用高爐渣生產(chǎn)超微粉，用于建筑材料。國(guó)外還用高爐渣生產(chǎn)很多高附加值的產(chǎn)品，如制作成膨珠用作輕骨料及水泥混合材、礦渣棉產(chǎn)品以及微晶玻璃等。
[0007]國(guó)內(nèi)部分企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。寶鋼現(xiàn)已建成一座年產(chǎn)60萬噸微粉的生產(chǎn)線，其產(chǎn)品可以替代混凝土中的水泥。寶鋼利用高爐水渣燒制的新型陶瓷粒也獲得成功，在國(guó)內(nèi)外贏得市場(chǎng)。1996年以來，首鋼高爐水渣微粉作為混凝土摻加料，先后在首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)停車樓及I號(hào)橋、北京通產(chǎn)大廈、沙灘后街綜合樓等首都重大工程中應(yīng)用，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。2002年8月，鞍鋼礦渣微粉工程竣工投產(chǎn)。該生產(chǎn)線可對(duì)高爐渣進(jìn)行深加工，可年生產(chǎn)60萬噸礦渣微粉和45萬噸礦渣硅酸鹽水泥。
[0008]專利號(hào)為CN 101705360 A的中國(guó)專利“銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝與裝置”，介紹了一種銅冶煉熱態(tài)爐渣提鐵工藝與裝置，它將銅冶煉熱態(tài)爐渣在同一臺(tái)爐子內(nèi)完成貧化提銅和還原提鐵，提銅在第一熔池即銅貧化區(qū)進(jìn)行，用電極弧或燃料提供熱能，用氮?dú)鈹嚢枋辜?xì)冰銅顆粒碰撞長(zhǎng)大，實(shí)現(xiàn)沉降分離。貧化后的渣自動(dòng)流入第二熔池即鐵還原區(qū)，用側(cè)吹或頂吹方法噴入煤、生石灰、富氧空氣實(shí)現(xiàn)還原提鐵。該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):一是充分回收了銅冶煉爐渣中的銅和鐵，銅回收率> 90%，鐵回收率> 95% ;二是充分利用了熱態(tài)爐渣的顯熱，節(jié)約了能源和成本；三是在單爐子實(shí)現(xiàn)提銅和提鐵，節(jié)約了設(shè)備投資和占地面積。
[0009]專利號(hào)為CN 1435501 A的中國(guó)專利“一種用鎳熔煉爐渣和鋼渣的混合渣煉鋼的方法”，介紹了一種用鎳熔煉爐渣和鋼渣的混合渣煉鐵的方法，將鎳熔煉爐渣和鋼渣混合，用鋼渣代替石灰，加入碳，并配入鋁礬土和碳化硅，物料混合均勻后制成直徑為0.5~2 cm的球型顆粒，然后在礦熱爐中進(jìn)行還原熔煉，鐵和鎳、銅、鈷還原出來，得到合金鐵，二次爐渣用做水泥生產(chǎn)的原料。該發(fā)明技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、有價(jià)成分能得到充分利用。
[0010]專利號(hào)為CN 101713008 A的中國(guó)專利“一種熔融還原鎳渣提鐵的方法及裝置”，該發(fā)明涉及一種資源利用及其余熱回收【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種應(yīng)用于鋼鐵、有色金屬冶金等行業(yè)中的凡涉及廢棄爐渣提鐵的方法和裝置。該方法在一座電爐上同時(shí)完成鎳渣熔融和還原兩個(gè)過程，熱態(tài)鎳渣及少量冷態(tài)鎳渣置入電爐內(nèi)，逐漸加料，在電爐內(nèi)加熱至1500-1550°C，熔化至熔融狀態(tài)，形成一定的熔池，再逐漸噴入煤粉對(duì)鎳渣中的鐵進(jìn)行還原，同時(shí)加入石灰和其它輔料進(jìn)行造渣，即實(shí)現(xiàn)鎳渣中的鐵被還原的過程。該方法充分利用熱渣排放時(shí)的顯熱，通過再供熱升溫，將融熔還原兩個(gè)過程在一個(gè)裝置中實(shí)現(xiàn)，工藝簡(jiǎn)單、成本低、并可有效利用廢棄資源，進(jìn)行鐵的回收再利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種有效解決生產(chǎn)效率低、能耗高的問題，有效降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)鐵資源的回收和二次渣綜合利用的鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法。
[0012]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0013]一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，其特征在于其工藝過程的步驟依次包括:
(1)將鎳冶煉爐渣在融熔狀態(tài)下，吹入富氧空氣進(jìn)行前期氧化處理，將易揮發(fā)雜質(zhì)脫除和硫氧化揮發(fā)脫除；
(2)采用石灰粉熔劑、煤粉還原劑，對(duì)熔融狀態(tài)下的爐渣進(jìn)行噴吹熔煉，使融熔爐渣中氧化鐵還原成金屬鐵，同時(shí)加入塊煤和石灰進(jìn)行深度還原和造渣，將還原生鐵與二次渣的有效分離，得到含有價(jià)金屬鎳、銅、鈷及微量雜質(zhì)元素硅、硫、碳、磷等的還原鐵水。
[0014]本發(fā)明的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，其特征在于其步驟(1)是將鎳冶煉爐渣采用電弧爐，升溫至1300~1550°C，使?fàn)t渣熔化至熔融狀態(tài)，向熔融鎳冶煉爐渣中吹入氧氣濃度為30%~99.5%、氧氣壓力為0.2~1.2MPa的富氧空氣，氧化熔融爐渣，使渣中易揮發(fā)雜質(zhì)的部分脫除和硫被氧化而揮發(fā)脫除。
[0015]本發(fā)明的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，其特征在于其富氧空氣、石灰粉熔劑、煤粉還原劑的噴吹采用復(fù)合式噴槍，在3 kg /min~10 kg /min的噴吹速率下噴入熔池，并實(shí)現(xiàn)對(duì)熔池進(jìn)行攪拌。
[0016]本發(fā)明的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，其特征在于復(fù)合式噴槍在爐內(nèi)以多角度的進(jìn)行噴吹作業(yè)。
[0017]本發(fā)明的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，其特征在于噴吹還原用電爐設(shè)有進(jìn)料口、噴槍入口、一端是鐵水放出口、另一端是二次渣放出口，鐵水放出口低于二次渣放出口。
[0018]本發(fā)明的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，其特征在于噴吹還原提鐵時(shí)，渣連續(xù)加入噴吹用電爐，間接出二次渣和還原鐵水的方式來制備還原鐵水。
[0019]本發(fā)明的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)鎳爐渣在電弧爐中吹入富氧空氣以氧化爐渣中易揮發(fā)雜質(zhì)的部分脫除和硫被氧化而揮發(fā)脫除，為后續(xù)鐵水精煉減輕了負(fù)擔(dān)。
[0020](2)鎳熔融渣噴吹還原提鐵時(shí)，鎳爐渣連續(xù)加入噴吹用電爐，間接出二次渣和還原鐵水的方式來制備還原鐵水，生產(chǎn)效率高，能耗低。
[0021](3)復(fù)合式噴槍采用側(cè)吹的方式噴入石灰粉、粉煤和氧氣來實(shí)現(xiàn)還原提鐵。
[0022](4)粉煤中一部分碳與氧一次反應(yīng)生成CO氣體并放出大量的熱量,CO氣體的上升引起渣熔體的噴濺，在渣熔體的上部通入的氧氣與噴入氧氣來實(shí)現(xiàn)CO的二次燃燒，燃燒熱通過傳導(dǎo)和輻射被鎳熔融渣吸收后進(jìn)入熔體，以維持熔池的熱平衡。
[0023](5)使有色冶金爐渣中的鐵和有價(jià)金屬鎳、銅、鈷等得到了回收利用，避免了資源的浪費(fèi)。
[0024]( 6 )氧化預(yù)除雜和還原熔煉在一個(gè)裝置中進(jìn)行，節(jié)約了設(shè)備投資和占地面積。
[0025]本發(fā)明的一種從有色冶金爐渣中噴吹還原提鐵的方法，有效解決生產(chǎn)效率低、能耗高的問題，降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了鐵資源的回收，生產(chǎn)可用于鑄造用生鐵、耐候結(jié)構(gòu)鋼及常規(guī)用途的襯板等其他用途的生鐵原料，又可提供開發(fā)生產(chǎn)礦渣微粉、泡沫微晶玻璃、廣場(chǎng)磚或水泥等產(chǎn)品的二次渣，實(shí)現(xiàn)了資源利用的最大化和固體廢棄物零排放的目標(biāo)。真正實(shí)現(xiàn)金川鎳冶煉爐渣“吃干榨盡”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]一種鎳冶煉爐 渣噴吹還原提鐵的方法，采用金川鎳冶煉爐渣，該爐渣金川硫化礦在熔煉過程中通過加入石英熔劑與氧化亞鐵反應(yīng)而產(chǎn)生的硅酸鹽，同時(shí)還夾雜有部分硫化物以及鉛、鋅、砷等氧化物，因此在還原前期通過氧化處理，達(dá)到渣中易揮發(fā)雜質(zhì)的部分脫除和硫被氧化而揮發(fā)脫除；是在熔融狀態(tài)下的爐渣用石灰粉熔劑、煤粉還原劑在3 kg /min~10 kg /min的噴吹速率下，使熔融爐渣中氧化鐵還原成金屬鐵，同時(shí)加入部分塊煤和石灰其它輔料進(jìn)行深度還原和造渣，達(dá)到了還原生鐵與二次渣的有效分離，從而得到含有價(jià)金屬鎳、銅、鈷及微量雜質(zhì)元素硅、硫、碳、磷等的還原鐵水。二次渣的主要成分為硅酸鈣，可通過進(jìn)一步技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)礦渣微粉、廣場(chǎng)磚或水泥等產(chǎn)品。
[0027]鎳冶煉爐渣在還原前期于電弧爐內(nèi)熔化，升溫至1300~1550°C，使?fàn)t渣熔化至熔融狀態(tài)，向熔融爐渣中吹入富氧空氣，氧氣濃度可控制在30%~99.5%之間，氧氣壓力控制在0.2~1.2MPa，氧化熔融爐渣使渣中易揮發(fā)雜質(zhì)的部分脫除和硫被氧化而揮發(fā)脫除。
[0028]本發(fā)明的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，采用復(fù)合式噴槍在爐內(nèi)可以多角度的進(jìn)行噴吹作業(yè)；復(fù)合式噴槍內(nèi)噴出富氧空氣、石灰粉熔劑、煤粉還原劑在3 kg /min~10 kg /min的噴吹速率下，噴入熔池能起到較好攪拌熔池的作用。石灰熔劑、煤粉還原劑利用復(fù)合式噴槍與熔體充分接觸，增大了反應(yīng)的面積，提高還原反應(yīng)速率，使融熔爐渣中氧化鐵還原成金屬鐵。
[0029]本發(fā)明的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，噴吹還原用電爐設(shè)有進(jìn)料口、噴槍入口、一端是鐵水放出口、另一端是二次渣放出口，鐵水放出口低于二次渣放出口。
[0030]本發(fā)明的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，粉煤既是還原劑也是提供熱能源的重要燃料，粉煤中一部分碳與氧一次反應(yīng)生成CO氣體并放出大量的熱量，CO氣體的上升引起渣熔體的噴濺，在渣熔體的上部的氧氣與CO氣體形成二次燃燒，燃燒后的熱量通過傳導(dǎo)和輻射被噴濺渣吸收后帶入熔體。二次燃燒可以補(bǔ)償噴吹帶走的熱損失，從而保證了熔池的熱平衡；加入部分塊煤和石灰其它輔料進(jìn)行深度還原和造渣，利用噴吹時(shí)攪拌熔池使塊煤、石灰和熔融渣充分接觸，爐內(nèi)而不留死角，達(dá)到深度還原和造渣的目的。鎳熔融渣噴吹還原提鐵時(shí)，鎳爐渣連續(xù)加入噴吹用電爐，間接出二次渣和還原鐵水的方式來制備還原鐵水，生產(chǎn)效率高，能耗低。還原鐵比重較渣大而沉入熔池底部，并與二次渣有效分離，從而得到含有價(jià)金屬鎳、銅、鈷及微量雜質(zhì)元素硅、硫、碳、磷等的還原鐵水。
實(shí)施例
[0031]采用鎳冶煉爐渣進(jìn)行噴吹還原提鐵，操作步驟包括:
(I)配料: 先將鎳冶煉爐渣、粉煤和石灰石粉(或石灰粉)按一定的配料比進(jìn)行配料。配料比:鎳冶煉爐渣:粉煤:石灰石粉(或石灰粉)=1: 0.3: 0.5的比例準(zhǔn)備好充足的原輔料，并將粉煤、石灰石粉(或石灰粉)分別裝入噴吹系統(tǒng)的粉煤倉和石灰倉中，以備噴吹還原時(shí)用。
[0032]( 2 )鎳冶煉爐渣預(yù)除雜
將鎳冶煉爐渣置入電弧爐內(nèi)送電升溫至1300~1550°C，使?fàn)t渣熔化至熔融狀態(tài)，形成一定的熔池，再通入富氧空氣，氧氣濃度可控制在30%~99.5%之間，氧氣壓力控制在
0.2~1.2MPa,以氧化爐渣中易揮發(fā)雜質(zhì)Pb、Zn、As等的氧化脫除和S被氧化而揮發(fā)脫除，鎳冶煉爐渣在冶煉氧化過程中的主要化學(xué)反應(yīng)如下:
S+02 =SO2
2S+302 =2 S03
2Pb+02=2Pb0
4As+302 =2As203
4As+502 =2As205
(3)熔融渣還原熔煉提鐵
噴吹還原用電爐設(shè)有進(jìn)料口、噴槍入口、一端是鐵水放出口、另一端是二次渣放出口，鐵水放出口低于二次渣放出口，進(jìn)行還原熔煉，利用復(fù)合式噴槍側(cè)吹的方式，噴槍內(nèi)噴出富氧空氣、石灰粉熔劑、煤粉還原劑在3 kg /min~10 kg /min的噴吹速率下,噴入熔池能起到較好攪拌熔池的作用，使石灰粉、煤粉與熔體充分接觸，增大了反應(yīng)的面積，提高還原反應(yīng)速率，同時(shí)加入部分塊煤和石灰等輔料進(jìn)行深度還原和造渣，使融熔爐渣中氧化鐵還原成鐵，由于還原鐵比重較大而沉入熔池底，并與二次渣有效的分離，從而得到含有價(jià)金屬鎳、銅、鈷及微量雜質(zhì)元素硅、硫、碳、磷等的還原鐵水、實(shí)現(xiàn)了爐渣深度還原的目的。當(dāng)渣中鐵含量達(dá)到要求后即可通過二次渣排放口放出，還原鐵水容量略低于二次渣放出口時(shí)即可通過鐵水排放口放出，澆注成鐵錠，連續(xù)加鎳冶煉渣間斷出二次渣和還原鐵水。該還原過程中粉煤既是還原劑也是提供熱能源的重要燃料，粉煤中一部分碳與氧一次反應(yīng)生成CO氣體并放出大量的熱量，CO氣體的上升引起渣熔體的噴濺，在渣熔體的上部通入的氧氣與CO氣體形成二次燃燒，燃燒后的熱量通過傳導(dǎo)和輻射被噴濺渣吸收后帶入熔體。二次燃燒可以補(bǔ)償噴吹帶走的熱損失保證了熔池的熱平衡。還原鐵水可通過進(jìn)一步技術(shù)開發(fā)作為鑄造用生鐵、耐候結(jié)構(gòu)鋼及常規(guī)用途的襯板等其他用途的生鐵原料，二次渣可通過進(jìn)一步技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)礦渣微粉、廣場(chǎng)磚或水泥等產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了資源利用的的最大化和固體廢棄物零排放的目標(biāo)。
[0033] 鎳冶煉渣在冶煉還原過程中的主要化學(xué)反應(yīng)如下:
2Fe0.SiO2 + 2C + Ca0=2Fe + 2C0 + Ca0.SiO2
NiO + C=Ni + CO
Cu2O + C=2Cu + CO
CoO + C=Co + CO
2C + O2 =2C0+Q 熱
2C0 + 02=2C02+Q 熱
試驗(yàn)用的原輔材料和產(chǎn)出的還原鐵、二次渣主要化學(xué)成分如下表所示:
表1試驗(yàn)用鎳冶煉渣主要化學(xué)成分(％)
【權(quán)利要求】
1.一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，其特征在于其工藝過程的步驟依次包括: (1)將鎳冶煉爐渣在融熔狀態(tài)下，吹入富氧空氣進(jìn)行前期氧化處理，將易揮發(fā)雜質(zhì)脫除和硫氧化揮發(fā)脫除； (2)采用石灰粉熔劑、煤粉還原劑，對(duì)熔融狀態(tài)下的爐渣進(jìn)行噴吹熔煉，使融熔爐渣中氧化鐵還原成金屬鐵，同時(shí)加入塊煤和石灰進(jìn)行深度還原和造渣，將還原生鐵與二次渣的有效分離，得到還原鐵水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，其特征在于其步驟(I)是將鎳冶煉爐渣采用電弧爐，升溫至1300~1550°C，使?fàn)t渣熔化至熔融狀態(tài)，向熔融鎳冶煉爐渣中吹入氧氣濃度為30%~99.5%、氧氣壓力為0.2~1.2MPa的富氧空氣，氧化熔融爐渣，使渣中易揮發(fā)雜質(zhì)的部分脫除和硫被氧化而揮發(fā)脫除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，其特征在于其富氧空氣、石灰粉熔劑、煤粉還原劑的噴吹采用復(fù)合式噴槍，在3 kg /min~10 kg /min的噴吹速率下噴入熔池，并實(shí)現(xiàn)對(duì)熔池進(jìn)行攪拌。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，其特征在于復(fù)合式噴槍在爐內(nèi)以多角度的進(jìn)行噴吹作業(yè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，其特征在于噴吹還原用電爐設(shè)有進(jìn)料口、噴槍入口、一端是鐵水放出口、另一端是二次渣放出口，鐵水放出口低于二次渣放出口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，其特征在于噴吹還原提鐵時(shí)，渣連續(xù)加入噴吹用電爐，間接出二次渣和還原鐵水的方式來制備還原鐵水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎳冶煉爐渣噴吹還原提鐵的方法，其特征在于二次渣用于生產(chǎn)礦洛微粉、廣場(chǎng)磚或水泥 。
【文檔編號(hào)】C21B13/12GK103757170SQ201310677737
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】王樹清, 蘆越剛, 樊昱, 馬永峰, 馬曉東, 楊艷, 張鵬, 楊鴻 , 王玉芳, 鄧民暉, 董政武 申請(qǐng)人:金川集團(tuán)股份有限公司