CN102286662A - 从铝硅铁混合矿中碳还原工业化生产硅铁合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从铝硅铁混合矿中碳还原生产硅铁合金的方法，该方法利用粉状原料的连续供料、以及还原煤气的连续供给，减少了工业生产上需要多个设备进行协作才能完成的生产，同时降低了生产成本。本发明在生产设备上采用粉碎机与闪速悬浮炉的配合，从原料进入至硅铁合金制得整个加工时间为20分钟至40分钟，提高了生产效率，并且回收率也得以提高。
Description
技术领域
本发明涉及对矿物进行分离的方法，更特别地说，是指一种从铝硅铁混合矿中碳还原生产硅铁合金的方法。
背景技术
不同产地的原矿(毛矿)选冶可行性不尽相同。一般对于原矿(毛矿)选冶大体分两种，一种是通过选矿分别得到工业上可进一步处理的合格铁精矿和钛精矿，铁精矿通过配备一定数量的富铁矿，可以通过高炉冶炼，得到生铁；钛精矿通过碳热还原熔炼得到高钛渣，还可以进一步深加工；另外一种对品位低并且难选难冶的原矿(毛矿)，很难通过选矿手段得到合格的铁精矿和钛精矿，至今没有很好的办法处理。
中陕金属矿业有限公司拥有陕西紫阳安沟-朱溪河、岚皋官元两矿区铝钒钛铁硅矿资源。根据陕西省地质矿产勘查开发局区域地质矿产研究院普查工作结果，两矿区共估算推断和预测的矿石资源量约3.5亿吨，矿床规模已达大型规模。两矿区分布的铝钒钛铁硅矿矿床，矿体赋存于辉绿岩体中，矿石中含有铁、钒、钛、铝、硅、钴、钙、镁、锰、硫、磷、钪等多种有益元素，矿石组合类型复杂，属难选冶复杂铝钒钛铁硅复合共生矿类型。
按照矿石结构组成，对陕西紫阳安沟-朱溪河、岚皋官元两矿区铝钒钛铁硅矿资源通过选矿得到钒钛磁铁矿和铝硅铁混合矿。
铝硅铁混合矿中包括有绿泥石、蛇纹石、高岭石及黑云母等层状硅酸盐，很难用传统方法将铝硅铁分离。通过特殊冶金方法，得到高铝渣作为提取氧化铝的重要原料，同时得到硅铁合金用作炼钢脱氧剂。
发明内容
本发明的目的是提出一种从铝硅铁混合矿中碳还原工业化生产硅铁合金的方法，该方法在生产工艺、生产设备上需求较低，能够大大地节约生产成本，降低生产强度。更佳有利于对现有熔炼炉进行改进，并在炉体上安装多个喷枪来实现闪速悬浮熔炼提纯产物处理。
本发明是一种从铝硅铁混合矿中碳还原工业化生产硅铁合金的方法，其特征在于包括有下列步骤：
步骤一：制铝硅铁混合粉
将铝硅铁混合矿采用机械粉碎方式破碎得到粒度为200目～400目的铝硅铁混合粉；
步骤二：制烟煤粉
将烟煤采用机械粉碎方式破碎得到粒度小于120目的烟煤粉；
步骤三：闪速悬浮还原与熔分
(A)将铝硅铁混合粉装入其中一个喷枪容器中，调节该喷枪压力在1～5MPa下，使铝硅铁混合粉射入闪速悬浮还原炉中，供料速度1～20公斤/分钟；
(B)将烟煤粉装入另一个喷枪容器中，调节该喷枪压力在1～5MPa下，使烟煤粉射入闪速悬浮还原炉中，供料速度1～20公斤/分钟；
铝硅铁混合矿和烟煤的用量百分比：100公斤的铝硅铁混合矿中加入12～20公斤烟煤粉；
(C)在闪速悬浮还原炉的上方连接上煤气通道，调节煤气射入闪速悬浮还原炉的压力为1～5MPa，每吨铝钒铁混合矿需要用煤气量为25～30立方，该煤气通道引入的煤气在燃烧过程中能够提供1600℃～1700℃的熔化温度；
(D)在闪速悬浮还原炉的悬浮分离区处进行还原分离出铁硅水合金，熔分完成后，定期从闪速悬浮还原炉中放出硅铁水和高铝渣。
在本发明中，闪速悬浮还原炉的炉体上设有偶数个喷枪，如4支喷枪、6支喷枪、或者8支喷枪，闪速悬浮还原炉在炉体的三分之一处开口并焊接上多个喷枪；其中一个喷枪连接铝硅铁混合粉容器，另一个喷枪则连接烟煤粉容器，喷枪之间间隔连接铝硅铁混合粉容器和烟煤粉容器。
本发明工业化生产硅铁合金方法的优点在于：
①用铝硅铁混合矿在一种新型闪速悬浮炉内用铝硅铁混合矿为原料碳热还原法得到硅钛铁合金，还原速度快，还原温度低，得到硅铁合金和高铝渣，最大限度回收了铝、硅和铁。
②本发明的工业化生产硅铁合金方法对生产设备、生产工艺要求降低，这样有利于提高生产效率，硅铁合金的产率是25～35％，降低生产成本。
③本发明的工业化生产硅铁合金方法所用生产设备是对现有的熔炼炉与喷枪进行结合，不需真空熔炼环境下进行物料的熔炼分离。
④本发明生产方法从铝硅铁混合矿中回收铁、铝、硅的回收率分别为：铁90％，铝85％，硅80％。本发明的铝硅铁综合回收利用率高，生产效率高，无环境污染，易于工业化推广，社会效益和经济效益显著。
附图说明
图1是本发明从铝硅铁混合矿中碳还原生产硅铁合金的工业化生产流程框图。
图2是本发明改进后的闪速悬浮炉剖面结构图。
图3是实施例1制得的本发明硅铁合金产物的能谱图。
图3A是实施例1制得的本发明高铝渣产物的能谱图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明主张的是一种从铝硅铁混合矿中碳还原工业化生产硅铁合金的方法，该工业化生产方法是基于现有中陕金属矿业有限公司对硅铁合金生产设备、生产工艺上的改进。首先在生产设备上进行了改进，将喷枪与现有熔炼炉进行结合；然后对半自动化、半工业化的分离工艺进行改进，通过自动进料、自动排料提高了生产率；同时对原矿(毛矿)的有益化学成分的回收率得以提高。本发明提出的工业化生产方法在生产工艺、生产设备上需求较低，能够大大地节约生产成本，降低生产强度。
参见图1所示，本发明是一种从铝硅铁混合矿中碳还原生产铁硅合金的方法，其工艺包括有下列生产步骤：
步骤一：制铝硅铁混合粉
将铝硅铁混合矿采用机械粉碎方式破碎得到粒度为200目～400目的铝硅铁混合粉；
步骤二：制烟煤粉
将烟煤采用机械粉碎方式破碎得到粒度小于120目的烟煤粉；
在本发明中，保持同一粒度有利于与进入的铝硅铁混合粉掺混，同时也有利于完全燃烧，使得烟煤充分起到还原剂的作用；
步骤三：闪速悬浮还原与熔分
(A)将铝硅铁混合粉装入其中一个喷枪容器中，调节该喷枪压力在1～5MPa下，使铝硅铁混合粉射入闪速悬浮还原炉中，供料速度1～20公斤/分钟；
(B)将烟煤粉装入另一个喷枪容器中，调节该喷枪压力在1～5MPa下，使烟煤粉射入闪速悬浮还原炉中，供料速度1～20公斤/分钟；
铝硅铁混合矿和烟煤的用量百分比：100公斤的铝硅铁混合矿中加入12～20公斤烟煤粉；
在本发明中，通过调节喷枪的压力、供料速度便实现了铝硅铁混合矿和烟煤在闪速悬浮还原炉中的用量；
(C)在闪速悬浮还原炉的上方连接上煤气通道，调节煤气射入闪速悬浮还原炉的压力为1～5MPa，每吨铝钒铁混合矿需要用煤气量为25～30立方，该煤气通道引入的煤气在燃烧过程中能够提供1600℃～1700℃的熔化温度；
(D)在闪速悬浮还原炉的悬浮分离区处进行还原分离出铁硅水合金，熔分完成后，定期从闪速悬浮还原炉中放出硅铁水和高铝渣。高铝渣可以经水淬、干燥，供提取氧化铝使用。该铁硅水合金可以直接进行铸锭处理。
在本发明中，悬浮分离区是三者(铝硅铁混合粉、烟煤粉和煤气)能够充分接触的区域(也就是几何上的共点设计，铝硅铁混合粉、烟煤粉和煤气用的通道的中心轴线与悬浮分离区的中心点是同一点)，在煤气燃烧过程中提供1600℃～1700℃的熔化温度下，铝硅铁混合粉中被熔炼分离出的高铝渣形成一道天然的屏障，而高铝渣则从第一出料口排出炉体外；在高铝渣的下方将是铁硅水，铁硅水经第二个出料口排出炉外。对于高铝渣和铁硅水在高温下，可以直接用耐高温的炉包进行转运，然后进行相应的冷却、铸锭处理来获得不同的外部构形。
在本发明中，如图2所示的闪速悬浮还原炉的炉体上设有偶数个喷枪，4支喷枪、6支喷枪、或者8支喷枪(闪速悬浮还原炉在炉体的三分之一处开口焊接上多个喷枪)；其中一个喷枪连接铝硅铁混合粉容器，另一个喷枪则连接烟煤粉容器，喷枪之间间隔连接铝硅铁混合粉容器和烟煤粉容器。这样的布局有利于物料的充分被从闪速悬浮还原炉上方射入的煤气进行混合燃烧。
在本发明中，如图2所示的闪速悬浮还原炉在炉体的七分之一处开口设置废气通道，该废气通道能够将熔炼过程中产生的热气排出炉体外，这也是对现有真空熔炼设备改进得来。
在本发明中，如图2所示的闪速悬浮还原炉在炉体上设置的第一出料口，该第一出料口是要依据悬浮分离区来设计的，若悬浮分离区靠近炉底，则第一出料口向下开设。
实施例1
步骤一：制铝硅铁混合粉
将铝硅铁混合矿采用机械粉碎方式(XMQ-240×90球磨机)破碎得到粒度为280目的铝硅铁混合粉；
在本发明中，铝硅铁混合矿的主要成分(质量百分比)：三氧化二铝(Al2O3)19.02％、二氧化硅(SiO2)43.21％、全铁(TFe)10.6％、二氧化钛(TiO2)1.82％。
步骤二：制烟煤粉
将烟煤采用机械粉碎方式(XMQ-240×90球磨机)破碎得到粒度为100目的烟煤粉，主要成分：灰分12.64％，挥发分20.92％，水分3.70％，固定碳62.74％。其中灰分的化学成分为：三氧化二铝19.52％，二氧化硅49.84％，三氧化二铁6.52％，氧化钙11.72％。
步骤三：闪速悬浮还原与熔分
(A)将铝硅铁混合粉装入其中一个喷枪容器中，调节该喷枪压力在2MPa下，使铝硅铁混合粉射入闪速悬浮还原炉中，供料速度10公斤/分钟；
(B)将烟煤粉装入另一个喷枪容器中，调节该喷枪压力在3MPa下，使烟煤粉射入闪速悬浮还原炉中，供料速度2公斤/分钟；
铝硅铁混合矿和烟煤的用量百分比：100公斤的铝硅铁混合矿中加入20公斤烟煤粉；
(C)在闪速悬浮还原炉的上方连接上煤气通道，调节煤气射入闪速悬浮还原炉的压力为5MPa，每吨铝钒铁混合矿需要用煤气量为30立方，该煤气通道引入的煤气在燃烧过程中能够提供1650℃的熔化温度；
(D)在闪速悬浮还原炉的悬浮分离区处进行还原分离出铁硅水合金，熔分完成后，定期从闪速悬浮还原炉中放出硅铁水和高铝渣。
经实施例1的方法制得的硅铁合金的产率是35％，1000公斤的铝硅铁混合矿能够制得350公斤的硅铁合金。硅铁合金化学成分：Si65％，Fe28％，Ti5％，其他杂质2％。硅铁合金的能谱分析如图3所示。
高铝渣化学成分：Al2O364％，CaO24％，MgO 10％，其他杂质2％。高铝渣的能谱分析如图3A所示。
实施例2
步骤一：制铝硅铁混合粉
将铝硅铁混合矿采用机械粉碎方式破碎得到粒度为200目的铝硅铁混合粉；
在本发明中，铝硅铁混合矿的主要成分：三氧化二铝(Al2O3)19.02％、二氧化硅(SiO2)43.21％、全铁(TFe)10.6％、二氧化钛(TiO2)1.82％。
步骤二：制烟煤粉
将烟煤采用机械粉碎方式破碎得到粒度为80目的烟煤粉，主要成分：灰分12.64％，挥发分20.92％，水分3.70％，固定碳62.74％。其中灰分的化学成分为：三氧化二铝19.52％，二氧化硅49.84％，三氧化二铁6.52％，氧化钙11.72％。
步骤三：闪速悬浮还原与熔分
(A)将铝硅铁混合粉装入其中一个喷枪容器中，调节该喷枪压力在3MPa下，使铝硅铁混合粉射入闪速悬浮还原炉中，供料速度20公斤/分钟；
(B)将烟煤粉装入另一个喷枪容器中，调节该喷枪压力在3MPa下，使烟煤粉射入闪速悬浮还原炉中，供料速度2.4公斤/分钟；
铝硅铁混合矿和烟煤的用量百分比：100公斤的铝硅铁混合矿中加入12公斤烟煤粉；
(C)在闪速悬浮还原炉的上方连接上煤气通道，调节煤气射入闪速悬浮还原炉的压力为5MPa，每吨铝钒铁混合矿需要用煤气量为25立方，该煤气通道引入的煤气在燃烧过程中能够提供1600℃的熔化温度；
(D)在闪速悬浮还原炉的悬浮分离区处进行还原分离出铁硅水合金，熔分完成后，定期从闪速悬浮还原炉中放出硅铁水和高铝渣。
经实施例2的方法制得的硅铁合金的产率是30％，1000公斤的铝硅铁混合矿能够制得300公斤的硅铁合金。硅铁合金化学成分：Si68％，Fe25％，Ti5％，其他杂质2％。
高铝渣化学成分：Al2O368％，CaO22％，MgO8％，其他杂质2％。
实施例3
步骤一：制铝硅铁混合粉
将铝硅铁混合矿采用机械粉碎方式破碎得到粒度为400目的铝硅铁混合粉；
在本发明中，铝硅铁混合矿的主要成分：三氧化二铝(Al2O3)19.02％、二氧化硅(SiO2)43.21％、全铁(TFe)10.6％、二氧化钛(TiO2)1.82％。
步骤二：制烟煤粉
将烟煤采用机械粉碎方式破碎得到粒度为120目的烟煤粉，主要成分：灰分12.64％，挥发分20.92％，水分3.70％，固定碳62.74％。其中灰分的化学成分为：三氧化二铝19.52％，二氧化硅49.84％，三氧化二铁6.52％，氧化钙11.72％。
步骤三：闪速悬浮还原与熔分
(A)将铝硅铁混合粉装入其中一个喷枪容器中，调节该喷枪压力在3MPa下，使铝硅铁混合粉射入闪速悬浮还原炉中，供料速度15公斤/分钟；
(B)将烟煤粉装入另一个喷枪容器中，调节该喷枪压力在2MPa下，使烟煤粉射入闪速悬浮还原炉中，供料速度2公斤/分钟；
铝硅铁混合矿和烟煤的用量百分比：100公斤的铝硅铁混合矿中加入15公斤烟煤粉；
(C)在闪速悬浮还原炉的上方连接上煤气通道，调节煤气射入闪速悬浮还原炉的压力为3MPa，每吨铝钒铁混合矿需要用煤气量为25立方，该煤气通道引入的煤气在燃烧过程中能够提供1700℃的熔化温度；
(D)在闪速悬浮还原炉的悬浮分离区处进行还原分离出铁硅水合金，熔分完成后，定期从闪速悬浮还原炉中放出硅铁水和高铝渣。
经实施例3的方法制得的硅铁合金的产率是28％，1000公斤的铝硅铁混合矿能够制得280公斤的硅铁合金。硅铁合金化学成分：Si70％，Fe26％，Ti2％，其他杂质2％。
高铝渣化学成分：Al2O360％，CaO26％，MgO 12％，其他杂质2％。
Claims (5)
1.一种从铝硅铁混合矿中碳还原工业化生产硅铁合金的方法，其特征在于包括有下列步骤：
步骤一：制铝硅铁混合粉
将铝硅铁混合矿采用机械粉碎方式破碎得到粒度为200目～400目的铝硅铁混合粉；
步骤二：制烟煤粉
将烟煤采用机械粉碎方式破碎得到粒度小于120目的烟煤粉；
步骤三：闪速悬浮还原与熔分
(A)将铝硅铁混合粉装入其中一个喷枪容器中，调节该喷枪压力在1～5MPa下，使铝硅铁混合粉射入闪速悬浮还原炉中，供料速度1～20公斤/分钟；
(B)将烟煤粉装入另一个喷枪容器中，调节该喷枪压力在1～5MPa下，使烟煤粉射入闪速悬浮还原炉中，供料速度1～20公斤/分钟；
铝硅铁混合矿和烟煤的用量百分比：100公斤的铝硅铁混合矿中加入12～20公斤烟煤粉；
(C)在闪速悬浮还原炉的上方连接上煤气通道，调节煤气射入闪速悬浮还原炉的压力为1～5MPa，每吨铝钒铁混合矿需要用煤气量为25～30立方，该煤气通道引入的煤气在燃烧过程中能够提供1600℃～1700℃的熔化温度；
(D)在闪速悬浮还原炉的悬浮分离区处进行还原分离出铁硅水合金，熔分完成后，定期从闪速悬浮还原炉中放出硅铁水和高铝渣。
2.根据权利要求1所述的从铝硅铁混合矿中碳还原工业化生产硅铁合金的方法，其特征在于：悬浮分离区是指铝硅铁混合粉、烟煤粉和煤气三者物料能够充分接触的区域；在煤气燃烧过程中提供1600℃～1700℃的熔化温度下，铝硅铁混合粉中被熔炼分离出的高铝渣形成一道天然的屏障，而高铝渣则从第一出料口排出炉体外；在高铝渣的下方将是铁硅水，铁硅水经第二个出料口排出炉外。
3.根据权利要求1所述的从铝硅铁混合矿中碳还原工业化生产硅铁合金的方法，其特征在于：制得的硅铁合金的产率是25～35％。
4.根据权利要求1所述的从铝硅铁混合矿中碳还原工业化生产硅铁合金的方法，其特征在于：闪速悬浮还原炉的炉体上设有偶数个喷枪，如4支喷枪、6支喷枪、或者8支喷枪，闪速悬浮还原炉在炉体的三分之一处开口并焊接上多个喷枪；其中一个喷枪连接铝硅铁混合粉容器，另一个喷枪则连接烟煤粉容器，喷枪之间间隔连接铝硅铁混合粉容器和烟煤粉容器。
5.根据权利要求1所述的从铝硅铁混合矿中碳还原工业化生产硅铁合金的方法，其特征在于：闪速悬浮还原炉在炉体的七分之一处开口设置废气通道，该废气通道能够将熔炼过程中产生的热气排出炉体外，这也是对现有真空熔炼设备改进得来。
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