1.一種含稀土或鈮熔渣冶金熔融還原生產(chǎn)的方法,其特征在于,包括以下步驟:
步驟1,熔渣冶金熔融還原:
將含稀土高爐熔渣或含鈮熔融鋼渣,加入保溫裝置或渣液可流出的熔煉反應(yīng)裝置,將其加熱至熔融狀態(tài),形成反應(yīng)熔渣,向反應(yīng)熔渣中加入含鈮稀土物料和/或含鐵物料的同時,噴入還原劑;保持熔融狀態(tài),實(shí)時監(jiān)測反應(yīng)熔渣,通過調(diào)控,同時保證(a)和(b)兩個參數(shù),獲得還原后的熔渣;
(a)反應(yīng)熔渣在設(shè)定溫度范圍內(nèi);
(b)反應(yīng)熔渣中堿度CaO/SiO2比值=0.6~2.0;
調(diào)控方法為:
對應(yīng)(a):
設(shè)定溫度范圍為1300~1650℃;
當(dāng)反應(yīng)裝置采用保溫裝置時,反應(yīng)熔渣的溫度范圍設(shè)定為1300~1650℃;
當(dāng)反應(yīng)裝置采用渣液可流出的熔煉反應(yīng)裝置時,反應(yīng)熔渣的溫度范圍設(shè)定為1350~1650℃;
控制反應(yīng)熔渣的溫度在設(shè)定溫度范圍的方法為:
當(dāng)反應(yīng)熔渣的溫度<設(shè)定溫度范圍下限時,通過反應(yīng)裝置自身的加熱功能,或向反應(yīng)熔渣中加入燃料、熔融含鈮鋼渣或熔融普通鋼渣,進(jìn)行熱量補(bǔ)償,使反應(yīng)熔渣的溫度達(dá)到設(shè)定溫度范圍內(nèi);
當(dāng)反應(yīng)熔渣的溫度>設(shè)定溫度范圍上限時,向反應(yīng)熔渣中加入含鈮稀土物料、含鐵物料、冶金熔劑、含稀土高爐熔渣或普通高爐熔渣中的一種或幾種,進(jìn)行降溫,使反應(yīng)熔渣的溫度達(dá)到設(shè)定溫度范圍內(nèi);
對應(yīng)(b):
當(dāng)反應(yīng)熔渣中堿度CaO/SiO2比值<0.6時,向反應(yīng)熔渣中加入堿性物料、堿性含鐵物料或堿性含鈮稀土物料中的一種或幾種,使反應(yīng)熔渣中堿度CaO/SiO2比值=0.6~2.0;
當(dāng)反應(yīng)熔渣中堿度CaO/SiO2比值>2.0時,向反應(yīng)熔渣中加入酸性物料、酸性含鐵物料或含鈮稀土中的一種或幾種,使反應(yīng)熔渣中堿度CaO/SiO2比值=0.6~2.0;
步驟2,分離回收:
采用以下方法中的一種:
方法一,當(dāng)反應(yīng)裝置采用保溫裝置時,采用方法A、方法B或方法C:
方法A:當(dāng)反應(yīng)裝置采用不可傾倒的保溫裝置或可傾倒的保溫裝置時:
(1)將還原后的熔渣,冷卻至室溫,獲得緩冷渣;其中,金屬鐵沉降到反應(yīng)裝置的底部,形成鐵坨;
(2)人工取出鐵坨;將剩余緩冷渣中金屬鐵層,破碎至粒度為20~400μm,磨礦,磁選分離出剩余金屬鐵;
(3)對去除鐵坨和金屬鐵層的緩冷渣,采用重力分選法進(jìn)行分離,獲得富稀土精礦/富鈮精礦/富稀土與鈮精礦和尾礦;
(4)尾礦的回收利用有2種:①作為水泥原料、建筑材料、代替碎石作骨料、路材或磷肥使用;②采用濕法冶金、選礦方法或選礦-濕法冶金聯(lián)合法將尾礦中含磷組分分離出來;
方法B:僅當(dāng)反應(yīng)裝置采用可傾倒的保溫裝置時:
(1)將還原后的熔渣的溫度降溫至1150~1250℃,沉降,渣-金分離,將中部和上部的還原后的熔渣倒出后,空冷或水淬,用作水泥原料或建筑材料;
(2)將下部的還原后的熔渣,仍在可傾倒的保溫裝置中,按照方法A還原后的熔渣進(jìn)行處理;
方法C:僅當(dāng)反應(yīng)裝置采用可傾倒的保溫裝置時:
(1)將還原后的熔渣,沉降渣-金分離,獲得鐵水與熔渣;
(2)當(dāng)熔渣中RE2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤1%時,直接將熔渣水淬,用作水泥原料或建筑材料;
(3)將鐵水送往轉(zhuǎn)爐煉鋼;
方法二,當(dāng)反應(yīng)裝置采用渣液可流出的熔煉反應(yīng)裝置時,分離回收采用方法D、方法E或方法F:
方法D:
(1)將還原后的熔渣的溫度降溫至1150~1250℃,沉降,渣-金分離,將中部和上部的還原后的熔渣空冷或水淬,用作水泥原料或建筑材料;
(2)將下部的還原后的熔渣,倒入保溫裝置中,按照方法A的還原后的熔渣進(jìn)行處理;
方法E:
(1)將還原后的熔渣,沉降渣熔渣-金分離,獲得鐵水與熔渣;
(2)將熔渣進(jìn)行爐外熔渣處理;
(3)將鐵水送往轉(zhuǎn)爐煉鋼;
其中,熔渣進(jìn)行爐外熔渣處理,采用方法E-1、E-2、E-3、E-4、E-5或E-6中的一種:
方法E-1:熔渣直接水淬;
當(dāng)熔渣中RE2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤1%時,直接將熔渣水淬,用作水泥原料或建筑材料;
方法E-2:熔渣氧化后空冷或水淬
(1)將熔渣倒入可傾倒的保溫裝置或渣液可流出的熔煉反應(yīng)裝置中,向熔渣中吹入氧化性氣體,直至熔渣中的氧化鐵質(zhì)量百分?jǐn)?shù)≥2wt%,完成噴吹,獲得氧化后熔渣;其中,在整個過程中,控制熔渣溫度≥1450℃,控制方法為:
當(dāng)溫度<1450℃,噴入預(yù)熱燃料,燃燒放熱補(bǔ)充熱量,或通過裝置自身加熱,使保溫裝置內(nèi)熔渣溫度≥1450℃;
(2)對氧化后熔渣直接空冷或水淬,用途有4種:①礦渣水泥;②水泥調(diào)整劑;③水泥生產(chǎn)中的添加劑;④水泥熟料;
方法E-3,熔渣處理生產(chǎn)高附加值的水泥熟料:
(1)將熔渣倒入可傾倒的保溫裝置或渣液可流出的熔煉反應(yīng)裝置中,與熔融轉(zhuǎn)爐含鈮鋼渣、電爐熔融還原渣、電爐熔融氧化渣、石灰、粉煤灰、堿性鐵貧礦、鋁土礦、熔融稀土高爐渣中的一種或幾種混合,形成混合熔渣;
(2)向混合熔渣中噴入氧化性氣體,直至混合熔渣中的氧化鐵質(zhì)量百分?jǐn)?shù)≥2wt%,完成噴吹,獲得氧化后熔渣;其中,在整個過程中,控制混合熔渣溫度≥1450℃,采用的控制方法為:
當(dāng)溫度<1450℃,噴入預(yù)熱燃料或通過裝置自身加熱,使保溫裝置內(nèi)混合熔渣溫度≥1450℃;
(3)對氧化后熔渣直接空冷或水淬,制得高附加值的水泥熟料;
方法E-4:熔渣澆筑微晶玻璃或作為礦渣棉;
方法E-5:熔渣作為熱態(tài)冶金熔劑:
將熔渣加入步驟1中的反應(yīng)熔渣,作為熱態(tài)冶金熔劑,調(diào)整反應(yīng)熔渣成分,控制反應(yīng)熔渣溫度;
方法E-6,熔渣再次熔融還原:
將熔渣,倒入保溫裝置,作為反應(yīng)熔渣,實(shí)時監(jiān)測保溫裝置內(nèi)的反應(yīng)熔渣,通過調(diào)控同時保證上述的(a)和(b)兩個參數(shù),調(diào)控方法同上述步驟1中的調(diào)控方法;
分離回收采用方法A、方法B或方法C中的一種;
方法F,采用方法F-1或F-2中的一種:
方法F-1:熔渣氧化后空冷或水淬
(1)向還原后的熔渣中吹入氧化性氣體,直至還原后的熔渣中的氧化鐵質(zhì)量百分?jǐn)?shù)≥2wt%,完成噴吹,獲得氧化后熔渣;其中,在整個過程中,控制熔渣溫度≥1450℃,控制方法為:
當(dāng)溫度<1450℃,噴入預(yù)熱燃料,燃燒放熱補(bǔ)充熱量,或通過裝置自身加熱,使保溫裝置內(nèi)熔渣溫度≥1450℃;
(2)對氧化后熔渣直接空冷或水淬,用途有4種:①礦渣水泥;②水泥調(diào)整劑;③水泥生產(chǎn)中的添加劑;④水泥熟料;
方法F-2,熔渣處理生產(chǎn)高附加值的水泥熟料:
(1)將還原后的熔渣與熔融轉(zhuǎn)爐含鈮鋼渣、電爐熔融還原渣、電爐熔融氧化渣、石灰、粉煤灰、堿性鐵貧礦、鋁土礦、熔融稀土高爐渣中的一種或幾種混合,形成混合熔渣;
(2)向混合熔渣中噴入氧化性氣體,直至混合熔渣中的氧化鐵質(zhì)量百分?jǐn)?shù)≥2wt%,完成噴吹,獲得氧化后熔渣;其中,在整個過程中,控制混合熔渣溫度≥1450℃,采用的控制方法為:當(dāng)溫度<1450℃,噴入預(yù)熱燃料或通過裝置自身加熱,使保溫裝置內(nèi)混合熔渣溫≥1450℃;
(3)對氧化后熔渣直接空冷或水淬,制得高附加值的水泥熟料;
(4)熔煉反應(yīng)裝置下部鐵水送往轉(zhuǎn)爐煉鋼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土或鈮熔渣冶金熔融還原生產(chǎn)的方法,其特征在于,所述的步驟1中,含稀土高爐熔渣為常溫固態(tài)含稀土高爐熔渣,或由高爐出渣口獲得的熔融態(tài)含稀土高爐熔渣,所述的含稀土高爐熔渣中,含有RE2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1~8%;所述的含鈮熔融鋼渣為常溫固態(tài)含鈮熔融鋼渣,或由鋼渣出渣口獲得的熔融態(tài)含鈮熔融鋼渣,所述的含鈮熔融鋼渣中,含有Nb2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1~6%,含鈮熔融鋼渣為轉(zhuǎn)爐熔融含鈮鋼渣或電爐熔融含鈮鋼渣中的一種或兩種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土或鈮熔渣冶金熔融還原生產(chǎn)的方法,其特征在于,所述的步驟1中:
所述的含鈮稀土物料為常溫或從冶煉爐直接獲得具有出爐溫度的含稀土高爐渣、含鈮鋼渣、提鈮尾渣、選稀土尾礦、低品位鈮稀土礦、白云鄂博鐵礦直接還原鐵、白云鄂博鐵礦鐵精礦、白云鄂博鐵礦鐵精礦金屬化球團(tuán)、白云鄂博鐵礦鐵精礦含碳預(yù)還原球團(tuán)、白云鄂博鐵礦鐵精礦燒結(jié)礦、白云鄂博鐵礦鐵精礦球團(tuán)礦、高爐富稀土渣、高爐轉(zhuǎn)型稀土渣、熔分稀土渣中的一種或幾種,所述的出爐溫度為600~1550℃;
所述的含鐵物料為常溫或從冶煉爐直接獲得具有出爐溫度的普通鐵精礦、普通鐵精礦燒結(jié)礦、普通鐵精礦球團(tuán)礦、普通鐵精礦金屬化球團(tuán)、普通鐵精礦含碳預(yù)還原球團(tuán)、普通鐵精礦直接還原鐵、普通鋼渣、高爐瓦斯灰、高爐煙塵、轉(zhuǎn)爐煙塵、氧化鐵皮、濕法煉鋅過程的鋅浸出渣、氧化鋁生產(chǎn)過程產(chǎn)生的赤泥、粉煤灰、硫酸燒渣、銅冶煉渣、鋅浸出大窯渣、鎳鐵渣、鉛鋅冶煉渣、鎳冶煉渣、鉛冶煉渣、轉(zhuǎn)爐煙塵或電爐煙塵中的一種或幾種,所述的出爐溫度為600~1550℃;
其中,所述的普通鐵精礦含碳預(yù)還原球團(tuán)中的FeO含量≥60%,普通鐵精礦金屬化球團(tuán)中的金屬化率≥70%;
所述的含鐵物料是粉狀物料或球狀物料,其中,粉狀物料的粒度≤150μm;含鐵物料以氧化性氣體或中性氣體載入的方式噴吹加入到反應(yīng)熔渣內(nèi)部,所述的噴吹方式為采用耐火噴槍插入熔渣內(nèi)部吹入;
所述的冶金熔劑為含CaO或SiO2的礦物,具體為石英砂、赤泥、白云石或石灰石中的一種或幾種;
所述的堿性物料為石灰粉、赤泥、白云石粉或生石灰粉中的一種;所述的堿性含鐵物料為CaO/SiO2≥1的含鐵物料;所述的堿性含鐵物料為堿性燒結(jié)礦、堿性鐵精礦、堿性預(yù)還原球團(tuán)或堿性金屬化球團(tuán)中的一種;所述的酸性物料為硅石;
所述的酸性含鐵物料為CaO/SiO2≤1的含鐵物料;所述的酸性含鐵物料為酸性燒結(jié)礦、酸性鐵精礦、酸性預(yù)還原球團(tuán)、酸性金屬化球團(tuán)、銅冶煉渣、鋅浸出大窯渣、鎳鐵渣、鉛鋅冶煉渣、鎳冶煉渣或鉛冶煉渣中的一種;
所述的控制反應(yīng)熔渣的溫度在設(shè)定溫度范圍的方法中,燃料的預(yù)熱溫度為0~1200℃,燃料的加入量根據(jù)所需溫度及煤粉的熱值計(jì)算理論質(zhì)量,加入的實(shí)際質(zhì)量比理論質(zhì)量多1~2wt.%,所述的燃料為煤粉;向反應(yīng)熔渣中加入燃料的同時需要通入氧化性氣體,燃料和氧化性氣體采用噴吹的方式加入反應(yīng)熔渣,所述的噴吹方式為采用耐火噴槍插入反應(yīng)熔渣內(nèi)部,插入方式為低吹、側(cè)吹或頂吹中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土或鈮熔渣冶金熔融還原生產(chǎn)的方法,其特征在于:所述的步驟1中,保溫裝置為可傾倒的保溫裝置或不可傾倒的保溫裝置;所述的不可傾倒的保溫裝置為保溫地坑,其升高溫度方法為加入燃料;所述的可傾倒的保溫裝置為可傾倒的保溫渣罐,其升高溫度方法為加入燃料;所述的保溫渣罐和保溫地坑,使用前需預(yù)熱,預(yù)熱溫度為100~1200℃;所述的渣液可流出的熔煉反應(yīng)裝置為可傾倒的熔煉反應(yīng)裝置或底部帶有渣口或鐵口的固定式熔煉反應(yīng)裝置,所述的可傾倒的熔煉反應(yīng)裝置為可傾倒的轉(zhuǎn)爐、可傾倒的熔煉反應(yīng)渣罐或感應(yīng)爐;所述的底部帶有渣口或鐵口的固定式熔煉反應(yīng)裝置為等離子爐、直流電弧爐、交流電弧爐或礦熱爐、鼓風(fēng)爐或反射爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土或鈮熔渣冶金熔融還原生產(chǎn)的方法,其特征在于,所述的步驟1中:
所述的還原劑為固體還原劑或氣體還原劑;其中,所述的固體還原劑為煤粉、焦粉、煙煤、含碳高爐粉塵、含碳鉛鋅渣、脫鋁后高爐瓦斯泥、鋅浸出大窯渣或無煙煤中的一種;
所述的固體還原劑采用以氧化性氣體載入的方式,噴吹加入反應(yīng)熔渣內(nèi)部,所述的噴吹方式采用耐火噴槍插入反應(yīng)熔渣內(nèi)部噴入熔渣內(nèi)部,采用側(cè)吹、頂吹或底吹中的一種或幾種;
所述的氣體還原劑為高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、天然氣或裝置產(chǎn)生的回收尾氣中的一種或幾種,氣體還原劑的預(yù)熱溫度為0~1200℃,噴吹時間與流量的關(guān)系為1~90L/(min·kg),通入方式為采用耐火噴槍插入反應(yīng)熔渣內(nèi)部吹入,所述的氣體還原劑的噴吹時間與流量依熔渣質(zhì)量、溫度及需要還原的程度而定,當(dāng)氣體還原劑為混合氣體時,混合比例為任意比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土或鈮熔渣冶金熔融還原生產(chǎn)的方法,其特征在于,當(dāng)步驟1中采用含鈮熔融鋼渣時,步驟2分離回收中,對應(yīng)的鐵水為含鈮鐵水,對應(yīng)的金屬鐵為含鈮金屬鐵,對應(yīng)的金屬鐵層為含鈮含鈮金屬鐵層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3或5或6所述的含稀土或鈮熔渣冶金熔融還原生產(chǎn)的方法,其特征在于:所述的氧化性氣體為空氣、氧氣、富氧空氣、氧氣-氮?dú)饣旌蠚?、空?氮?dú)饣旌蠚?、氧?氬氣混合氣、空氣-氬氣混合氣中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土或鈮熔渣冶金熔融還原生產(chǎn)的方法,其特征在于,所述的步驟1中,保證(a)和(b)參數(shù)的同時,使反應(yīng)混合熔渣充分混合,混合方式為自然混合或攪拌混合,攪拌方式為以下方式中的一種:中性氣體攪拌、電磁攪拌、機(jī)械攪拌中的一種,或通入中性氣體與電磁攪拌相結(jié)合,或噴吹中性氣體與機(jī)械攪拌相結(jié)合;所述的中性氣體是惰性氣體、氬氣或N2中的一種或幾種,中性氣體的預(yù)熱溫度為0~1200℃,噴吹時間與流量的關(guān)系為1~90L/(min·kg);當(dāng)中性氣體為混合氣體時,混合比例為任意比。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土或鈮熔渣冶金熔融還原生產(chǎn)的方法,其特征在于:所述的步驟1中,反應(yīng)熔渣熔融還原過程中,對反應(yīng)熔渣表面持續(xù)噴吹富氧空氣;其中,采用耐火噴槍噴吹,富氧空氣的氧氣體積含量為25~35%,富氧空氣的預(yù)熱溫度為0~1200℃,噴吹時間與流量的關(guān)系為1~90L/(min·kg)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含稀土或鈮熔渣冶金熔融還原生產(chǎn)的方法,其特征在于:
所述的步驟2中,金屬鐵回收率均為92~97%;
所述的步驟2中,重力分選法是搖床分選、溜槽分選或者二者相結(jié)合,濕法冶金是稀酸浸出法,其中稀酸浸出法是無機(jī)酸浸、有機(jī)酸浸中的一種,所述的無機(jī)酸選用硫酸、鹽酸、磷酸的一種或多種,有機(jī)酸選用草酸、乙酸、檸檬酸中的一種或多種;
所述的步驟2中,沉降方式為自然沉降、旋轉(zhuǎn)沉降或電磁沉降;
所述的步驟2,方法A、方法B和方法D中,冷卻方式為自然冷卻或旋轉(zhuǎn)冷卻;
所述的步驟2,方法A中,稀土精礦中RE2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6~60%,稀土組分的回收率為50~80%;方法B中,稀土精礦中RE2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5~58%,稀土組分的回收率為48~78%。