一種在電弧爐中鋁鉻渣冶煉金屬鉻的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料冶煉領(lǐng)域，特別涉及一種在電弧爐中鋁鉻渣冶煉金屬鉻的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國家對環(huán)境的重視，特別是三廢的排放要求更加嚴(yán)格。企業(yè)對所排放的固體 廢棄物經(jīng)處理、回收再利用，不僅能夠帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，更具符合友好環(huán)境生產(chǎn)。
[0003] 金屬鉻產(chǎn)品是國家戰(zhàn)略性產(chǎn)品，該產(chǎn)品適用于冶煉高溫合金、電阻合金和精密合 金。
[0004] 目前，金屬鉻的生產(chǎn)方法只有三種，一是用氧化鉻與金屬鋁還原法，工業(yè)上稱為金 屬熱還原法;第二種是用氧化鉻與碳在真空狀態(tài)下還原生成碳化鉻，在用碳化鉻與氧化鉻 混合在真空狀態(tài)下生成粉狀金屬鉻;第三種是用鉻鹽(六價(jià)的鉻鹽）電解法生產(chǎn)金屬鉻。
[0005] 鋁熱法生產(chǎn)金屬鉻產(chǎn)生大量的固體廢棄物鋁鉻渣，鋁鉻渣含有Al2〇3和Cr203的固 恪體，其中Al2〇3+Cr2〇3質(zhì)量百分含量一般大于97%，其中，含有質(zhì)量百分比8%~16%的氧 化鉻以及少量的似2〇〇4工 &0、？62〇3、似2〇、1(2〇和3丨〇2雜質(zhì)。其中似2〇〇4是可溶性鉻鹽，含有 的Cr(VI)是國家禁排的一類危險(xiǎn)廢物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種利用鋁鉻渣在電爐中通過先還原、后氧化除碳兩步法冶煉金屬 鉻的方法，以鋁鉻渣為原料生產(chǎn)金屬鉻，成本低廉，解決了鋁鉻渣排放問題，實(shí)現(xiàn)了資源再 利用，工藝合理，產(chǎn)品純度高，性能好，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種在電弧爐中鋁鉻渣冶煉金屬鉻的方法，其具體步驟如下： a. 原材料及加工 取鋁鉻渣塊料，將鋁鉻渣塊料進(jìn)行粉碎至粒度為1〇_以下;取粒度為1〇_以下的鋁粒； 取還原劑石油焦進(jìn)行粉碎至粒度為1〇_以下;取氧氣純度2 99.5 % ;取冶煉溶劑氧化鈣，氧 化鈣中氧化鐵和二氧化硅的總質(zhì)量含量< 〇. 3% ;取造渣劑氟化鈣，氟化鈣中氧化鐵和二氧 化娃的總質(zhì)量含量< 0.3%，磷的質(zhì)量含量< 0.02% ; b. 混合均化 將粉碎后的鋁鉻渣和粉粹后的石油焦按照質(zhì)量比100:3~100:6混合均勻，送到干燥窯 中烘干至水分< 〇. 5 %，得到混合干料； c. 高溫冶煉 將混合干料加入到三相電弧爐中冶煉，溫度控制為2000 °C~2200°C，冶煉時(shí)間控制在 8h~12h，高溫冶煉后，鋁鉻渣中的氧化鋁經(jīng)高溫氧化成α-Α1203剛玉相在電弧爐爐缸上部， 鋁鉻渣中的Cr 203被石油焦還原為碳化鉻沉降至電弧爐爐缸底部； d. 氧化除碳和除去雜質(zhì) 將電弧爐爐缸底部的液態(tài)碳化鉻轉(zhuǎn)移到等離子電弧爐中，向等離子電弧爐的爐缸內(nèi)通 入氧氣，并加入氧化鈣和造渣劑氟化鈣，在1800°C~2200°C，高溫熔煉40min~70min，其中， 碳化鉻中碳的質(zhì)量與通入氧氣的質(zhì)量比為3:4,碳化鉻與氧化鈣質(zhì)量比為100:3~100:5,碳 化鉻與氟化鈣質(zhì)量比為100:1~100:3,高溫熔煉后向等離子電弧爐通入氬氣作為保護(hù)氣， 同時(shí)取樣分析熔煉后得到的金屬鉻中碳含量;當(dāng)碳含量< 〇. 5%時(shí)，再次取樣分析金屬鉻中 的氧含量，金屬絡(luò)氧含量< 0.5%時(shí)，得到合格的液態(tài)金屬絡(luò)，出爐;金屬絡(luò)氧含量>0.5% 時(shí)，按照碳化鉻與鋁粒質(zhì)量比100: 〇. 3~100:0.5加入鋁粒繼續(xù)在2000°C~2200°C冶煉lmin ~2min，得到合格的液態(tài)金屬絡(luò)； e.將冶煉合格的液態(tài)金屬鉻傾倒在砂殼模具中，自然冷卻24h，將磨具中的金屬鉻坨起 出，除去表面的雜質(zhì)，破碎至l〇mm~100mm，得到金屬絡(luò)。
[0008] 所述鋁鉻渣中Al2〇3的質(zhì)量百分比含量為70%~84%、Cr2〇 3的質(zhì)量百分比含量為 8%~16%、Na20的質(zhì)量百分比含量為1.5%~3% ;CaO的質(zhì)量百分比含量為0.6%~1.1%。
[0009] 所述石油焦中含C的質(zhì)量百分比含量為98%~99%，灰分質(zhì)量百分比<0.5%。 [00 10]所述錯(cuò)粒中六1的質(zhì)量百分比含量2 99%。
[0011] 所述氧化鈣的活性度為CaO 2 300;所述氟化鈣中CaF2的質(zhì)量百分比含量2 90%。 [0012] 所述金屬鉻的純度為96 %~99 %。
[0013] 通入氬氣做保護(hù)氣時(shí)，氬氣通入量為400L/min~500L/min，其中，氬氣的純度2 99.9%〇
[0014]本發(fā)明的有益效果： (1) 、鋁鉻渣中含有Cr2〇3,以鋁鉻渣為原料生產(chǎn)金屬鉻，成本低廉，解決了鉻渣排放問 題，實(shí)現(xiàn)了資源再利用。 (2) 、采用兩步法生產(chǎn)金屬鉻，首先，用石油焦還原鋁鉻渣，可以使鋁鉻渣中的氧化鋁經(jīng) 高溫氧化成α-Α120 3剛玉相在電爐爐缸上部，鉻渣中的Cr203被還原劑還原碳化鉻，碳化鉻通 過通入氧氣、氧化鈣和氟化鈣除碳、提純，得到最終產(chǎn)品金屬鉻，與傳統(tǒng)的金屬熱還原法、碳 還原法和電解法相比，可以使用含氧化鉻非常低原料鋁鉻渣生產(chǎn)金屬鉻，工藝合理，鋁鉻渣 生產(chǎn)出金屬鉻產(chǎn)品和剛玉相材料徹底分離，實(shí)現(xiàn)了零排放，冶煉后鉻含量可以達(dá)到96wt% ~99wt %，產(chǎn)品純度高，性能好，每年可節(jié)約絡(luò)礦資源約2萬噸，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】 [0015] 實(shí)施例1 a.原材料及加工 取含Cr2〇3質(zhì)量百分比10 %的鋁鉻渣塊料，將鋁鉻渣塊料進(jìn)行粉碎至粒度為10_以下； 取A1的質(zhì)量百分比含量2 99 %的鋁粒，粒度為10mm以下； 取C的質(zhì)量百分比含量為98%的石油焦，灰分質(zhì)量百分比<0.5%，粉碎至粒度為10_ 以下； 取氧氣、氬氣，氧氣純度2 99.5 %，氬氣的純度2 99.9 % ; 取冶煉溶劑氧化鈣，氧化鈣的活性度為CaO 2 300，氧化鈣中氧化鐵和二氧化硅的總質(zhì) 量含量<0.3%; 取造渣劑氟化鈣，氟化鈣中CaF2的質(zhì)量百分比含量2 90%，氧化鐵和二氧化硅的總質(zhì) 量含量< 0.3%，磷的質(zhì)量含量< 0.02% ; b. 混合均化 取破碎至-l〇mm( l〇mm以下）的錯(cuò)絡(luò)渣料18噸，與破碎至-10mm的石油焦540kg混合均化， 送到干燥窯中烘干至水分< 0.5%，得到混合干料； c. 高溫冶煉 將4000KVA三相電弧爐開啟冷卻水，送電升溫，將冶煉用混合干料加入電弧爐中，將三 相石墨電極用混合干料埋弧冶煉至熔融狀態(tài)，熔煉溫度控制在2000°C~2200°C，冶煉時(shí)間 控制在8h，高溫冶煉后，鋁鉻渣中的氧化鋁經(jīng)高溫氧化成α-Α1 2〇3剛玉相在電弧爐爐缸上部， 鋁鉻渣中的Cr2〇3被石油焦還原為碳化鉻(Cr 7C3和Cr23C6)沉降至電弧爐爐缸底部； d. 氧化除碳和除去雜質(zhì) 冶煉完畢后，將爐上部的液態(tài)氧化鋁倒在吊包中移出，將剩余的1.5噸碳化鉻倒在另一 個(gè)吊包中，運(yùn)送到1000KVA等離子電弧爐中，在等離子電弧爐的爐缸中通入氧氣，其中，碳化 絡(luò)中碳的質(zhì)量與通入氧氣的質(zhì)量比為3:4，送電升溫；同時(shí)加入60kg氧化|丐和15kg氟化|丐， 在1800°C~2000°C下冶煉到40min時(shí)在爐缸中通入氬氣，氬氣通入量為400L/min，同時(shí)取樣 分析熔煉后得到的金屬鉻中碳含量，碳含量<0.5%時(shí)，再次取樣分析金屬鉻中的氧含量> 0.5 %時(shí)，加入6kg鋁粒繼續(xù)在2000 °C~2200 °C冶煉lmin，得到合格的液態(tài)金屬鉻； e. 將冶煉合格的液態(tài)金屬鉻傾倒在砂殼模具中，自然冷卻24h，將磨具中的金屬鉻坨起 出，除去表面的雜質(zhì)，破碎至1 〇mm~100mm，得到了 1 · 133t的金屬鉻，實(shí)現(xiàn)了92 %的收率，取 樣檢測理化成分，理化成分見表1;然后分級，按不同牌號的產(chǎn)品包裝入庫。
[0016] 實(shí)施例2 a. 原材料及加工 取含Cr2〇3質(zhì)量百分比10 %的鋁鉻渣塊料，將鋁鉻渣塊料進(jìn)行粉碎至粒度為10_以下； 取A1的質(zhì)量百分比含量2 99 %的鋁粒，粒度為10mm以下； 取C的質(zhì)量百分比含量為98%的石油焦，灰分質(zhì)量百分比<0.5%，粉碎至粒度為10_ 以下； 取氧氣、氬氣，氧氣純度2 99.5 %，氬氣的純度2 99.9 % ; 取冶煉溶劑氧化鈣，氧化鈣的活性度為CaO 2 300，氧化鈣中氧化鐵和二氧化硅的總質(zhì) 量含量<0.3%; 取造渣劑氟化鈣，氟化鈣中CaF2的質(zhì)量百分比含量2 90%，氧化鐵和二氧化硅的總質(zhì) 量含量< 0.3%，磷的質(zhì)量含量< 0.02% ; b. 混合均化 取破碎至-l〇mm的鋁