CN101545048A - 利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法。包括如下步骤：a.将铜冶炼弃渣作为铁质原料与其它原料一起通过脱氧还原法得到高温熔融状态的硅铁；b.将硅铁倒入铁水包内保温使硅铁保持熔融状态，同时向硅铁中通入氯气从而生成固体残渣以净化除杂；c.除去固体残渣即可。本发明方法将铜冶炼弃渣直接用于硅铁生产中可替代钢屑、氧化铁皮、烧结球团等铁质原料，同时减少硅石(或石英)用量，实验证明，采用本发明方法生产出来的硅铁(FeSi75)完全符合国家标准，本发明提供了一种生产铁合金的新方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法。
背景技术
铜冶炼弃渣是铜冶炼生产中排放的冶炼弃渣，是一种工业固体废弃物。随着生产的发展，固体废弃物逐年增加，数量巨大的铜冶炼弃渣在冶炼企业周边渣场露天堆存，除极少量供水泥厂作添加剂(代替铁矿石)外，其余绝大部分没有得到利用，造成了对企业周边生态环境、人居环境的严重的环保问题。
经过分析测算，铜冶炼弃渣中含有大量铁质元素和二氧化硅，另外含有少量镍、铜、钴、铅、锌等金属元素。以某特大型冶炼企业约160万吨的弃渣为例，其中金属、非金属理论存量为：含铁62万吨、铜6273吨、铅337吨、锌5976吨、二氧化硅59万吨。这既是巨大的资源浪费，同时也表明铜冶炼弃渣具有巨大的开发利用价值，然而目前铜冶炼弃渣的综合利用实际上已成为世界性的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，该方法能够充分利用废弃的铜冶炼弃渣资源，避免由此带来的资源浪费和环境影响，以较低的成本生产出合格的硅铁产品。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、将铜冶炼弃渣作为铁质原料与其它原料一起通过脱氧还原法得到高温熔融状态的硅铁；
b、将硅铁倒入铁水包内保温使硅铁保持熔融状态，同时向硅铁中通入氯气从而生成固体残渣以净化除杂；
c、除去固体残渣即可。
其中在步骤c前还需要震荡铁水包3-5分钟，然后静置2-4分钟。
其中在步骤c后还要除去熔融状态硅铁下层占硅铁总重量1-2％的重金属层。
其中在步骤b后还要保温使硅铁保持熔融状态，同时向硅铁中通入氧气从而生成固体残渣以净化除杂，氧气的用量为每吨硅铁0.2-0.5立方米，通气时间为5-10分钟，或向硅铁中通入氧气直至杂质含量符合要求。
其中在步骤b后还要保温使硅铁保持熔融状态，同时向硅铁中通入空气从而生成固体残渣以净化除杂，空气的用量为每吨硅铁1-2.5立方米，通气时间为5-10分钟，或向硅铁中通入空气直至杂质含量符合要求。
其中在步骤b中通入氯气的用量为每吨硅铁0.05-0.125立方米，通气时间为5-10分钟，或向硅铁中通入氧气直至杂质含量符合要求。
其中步骤b中使用石墨化碳素材料气体导管伸入该铁水包内以通气。
其中熔融状态的硅铁是指硅铁温度在1250-1700℃。
其中步骤e中其它原料是指硅石和还原剂，或石英和还原剂。
其中还原剂采用兰碳、冶金焦、或气煤焦。
本发明方法将铜冶炼弃渣直接用于硅铁生产中可替代钢屑、氧化铁皮、烧结球团等铁质原料，同时减少硅石(或石英)用量，实验证明，采用本发明方法生产出来的硅铁(FeSi75)完全符合国家标准。
采用本发明的方法高效综合回收了铜冶炼弃渣中的铁、硅、铜等元素。其中硅回收率95％以上，铁回收率96％以上，铜回收率90％以上。达到了大宗工业固体废弃物资源化利用的目的，现有冶炼企业存放铜冶炼弃渣占用了大量土地，采用本发明方法不仅遏制了铜冶炼弃渣对土地的不断吞噬，还能通过处理原有的铜冶炼弃渣逐步释放出原来占有的土地，这不仅产生经济效益，还产生相应的环保效益和社会效益。
具体实施方式
本发明方法生产硅铁的原理是：
将合格粒度的铜冶炼弃渣、硅石、焦碳和兰碳(或其它还原剂)在配料站按比例配料，经上料皮带将混合料送至炉顶平台，再由梭式皮带将混合料卸至炉顶料仓。炉料经料管间断加入电弧炉内，在电弧高温状态下，铜冶炼弃渣中的铁元素和硅元素同时被碳元素还原，二氧化硅中的硅元素也被碳元素还原生成比例确定，混合均匀的硅铁。
反应方程式为
C+O2＝CO2↑+热量 (电弧状态下)
C+CO2＝2CO↑-热量 (电弧状态下)
FeSiO3·2FeO·SiO2+7CO＝3Fe+2Si+7CO2↑-热量 (电弧状态下)
SiO2+2CO＝Si+2CO2↑-热量 (电弧状态下)
本发明方法对含有杂质的硅铁净化除杂的原理是：
利用炉外精炼技术，将高压氯气、高压氧气先后分别喷吹入熔融状态的含有杂质的硅铁中，分批定量对其进行净化除杂处理，使弃渣中的有害杂质(如氧化铝、氧化镁、氧化钙、硫化物等)进行充分反应，同时通过均匀、轻微的水平震荡促进生成比重较小的新化合物，新化合物漂浮于硅铁上面而析出，重金属沉积于下层。以此工艺将含有杂质的硅铁中的有害杂质降低到规定范围内，使含有杂质的硅铁得到纯化。
反应方程式为
2Ca+O2＝2CaO (高温熔融状态下)
2Mg+O2＝2MgO (高温熔融状态下)
4Al+3O2＝2Al2O3 (高温熔融状态下)
2K+Cl2＝2KCl (高温熔融状态下)
2Na+Cl2＝2NaCl (高温熔融状态下)
本发明方法主要是将铜冶炼弃渣直接作为铁质原料代替现有硅铁冶炼生产中的钢屑、氧化铁皮、烧结球团等铁质原料，当然同时也替代了部分硅石原料，由于铜冶炼弃渣中硅和铁的含量是确定的，因此可以很容易的计算出其它原料的用量，以硅、铁计算原料间的配比关系与现有技术完全相同，而除此之外现有脱氧还原冶炼硅铁的其它原料(如还原剂)、所有原料的配比、和工艺参数等均与现有技术完全相同。
由于铜冶炼弃渣中含有杂质，因此将其直接作为原料生产的硅铁也含有一定的杂质，本发明方法利用炉外精炼技术，将高压氯气、高压氧气先后分别喷吹入熔融状态的含有杂质的硅铁中，分批定量对其进行净化除杂处理，从而得到合格的硅铁产品。
以下为生产低冰铜，热弃渣为铜铁渣的铜合成炉热渣成分典型值的化学成分表：
三个月内铜合成炉热渣成分(％)
实施例1：
a、将铜冶炼弃渣作为铁质原料与硅石和兰碳一起通过脱氧还原法得到温度在1250℃熔融状态的硅铁(含杂质)；
b、将硅铁倒入铁水包内保温保持熔融状态，同时用石墨化碳素材料气体导管伸入该铁水包底部，向硅铁中匀速通入氯气(高压氯气)从而生成固体残渣以净化除杂，氯气的用量为每吨硅铁0.05立方米，通气时间为5分钟；
c、均匀、轻微的水平震荡铁水包3分钟，然后静置2分钟；
d、除去固体残渣即可；
e、除去熔融状态硅铁下层占硅铁总重量1％的重金属层即可。
实施例2：
a、将铜冶炼弃渣作为铁质原料与硅石和冶金焦一起通过脱氧还原法得到温度在1700℃熔融状态的硅铁；
b、将硅铁倒入铁水包内保温保持熔融状态，同时用石墨化碳素材料气体导管伸入该铁水包底部，向硅铁中匀速通入氯气从而生成固体残渣以净化除杂，氯气的用量为每吨硅铁0.125立方米，通气时间为10分钟；
c、均匀、轻微的水平震荡铁水包5分钟，然后静置4分钟；
d、除去固体残渣即可；
e、除去熔融状态硅铁下层占硅铁总重量2％的重金属层即可。
实施例3：
a、将铜冶炼弃渣作为铁质原料与石英和气煤焦一起通过脱氧还原法得到温度在1300℃熔融状态的硅铁；
b、将硅铁倒入铁水包内保温保持熔融状态，同时用石墨化碳素材料气体导管伸入该铁水包底部，向硅铁中匀速通入氯气从而生成固体残渣以净化除杂，氯气的用量为每吨硅铁0.1立方米，通气时间为7分钟，或向硅铁中通入氯气直至杂质含量符合要求；
c、均匀、轻微的水平震荡铁水包4分钟，然后静置3分钟；
d、除去固体残渣即可；
e、除去熔融状态硅铁下层占硅铁总重量1.5％的重金属层即可。
实施例4：
a、将铜冶炼弃渣作为铁质原料与石英和兰碳一起通过脱氧还原法得到温度在1250℃熔融状态的硅铁(含杂质)；
b、将硅铁倒入铁水包内保温保持熔融状态，同时用石墨化碳素材料气体导管伸入该铁水包底部，向硅铁中匀速通入氯气(高压氯气)从而生成固体残渣以净化除杂，氯气的用量为每吨硅铁0.05立方米，通气时间为5分钟；
c、保温使硅铁保持熔融状态，同时向硅铁中通入氧气(高压氧气)从而生成固体残渣以净化除杂，氧气的用量为每吨硅铁0.3立方米，通气时间为6分钟；
d、均匀、轻微的水平震荡铁水包3分钟，然后静置2分钟；
e、除去固体残渣即可；
f、除去熔融状态硅铁下层占硅铁总重量1％的重金属层即可。
实施例5：
a、将铜冶炼弃渣作为铁质原料与硅石和冶金焦一起通过脱氧还原法得到温度在1700℃熔融状态的硅铁；
b、将硅铁倒入铁水包内保温保持熔融状态，同时用石墨化碳素材料气体导管伸入该铁水包底部，向硅铁中匀速通入氯气从而生成固体残渣以净化除杂，氯气的用量为每吨硅铁0.125立方米，通气时间为10分钟；
c、保温使硅铁保持熔融状态，同时向硅铁中通入空气(高压空气)从而生成固体残渣以净化除杂，空气的用量为每吨硅铁2立方米，通气时间为8分钟；
d、均匀、轻微的水平震荡铁水包5分钟，然后静置4分钟；
e、除去固体残渣即可；
f、除去熔融状态硅铁下层占硅铁总重量2％的重金属层即可。
实施例6：
a、将铜冶炼弃渣作为铁质原料与石英、冶金焦、和兰碳一起通过脱氧还原法得到温度在1300℃熔融状态的硅铁；
b、将硅铁倒入铁水包内保温保持熔融状态，同时用石墨化碳素材料气体导管伸入该铁水包底部，向硅铁中匀速通入氯气从而生成固体残渣以净化除杂，直至杂质含量符合要求；
c、保温使硅铁保持熔融状态，同时向硅铁中通入氧气从而生成固体残渣以净化除杂，直至杂质含量符合要求；
c、均匀、轻微的水平震荡铁水包4分钟，然后静置3分钟；
d、除去固体残渣即可。
实施例7：
a、将铜冶炼弃渣作为铁质原料与石英和气煤焦一起通过脱氧还原法得到温度在1300℃熔融状态的硅铁；
b、将硅铁倒入铁水包内保温保持熔融状态，同时用石墨化碳素材料气体导管伸入该铁水包底部，向硅铁中匀速通入氯气从而生成固体残渣以净化除杂，氯气的用量为每吨硅铁0.1立方米，通气时间为7分钟；
c、除去固体残渣即可。
实施例8：
a、将铜冶炼弃渣作为铁质原料与硅石和冶金焦一起通过脱氧还原法得到温度在1500℃熔融状态的硅铁；
b、将硅铁倒入铁水包内保温保持熔融状态，同时用石墨化碳素材料气体导管伸入该铁水包底部，向硅铁中匀速通入氯气从而生成固体残渣以净化除杂，氯气的用量为每吨硅铁0.12立方米，通气时间为8分钟；
c、保温使硅铁保持熔融状态，同时向硅铁中通入空气(高压空气)从而生成固体残渣以净化除杂，空气的用量为每吨硅铁1.5立方米，通气时间为6分钟；
d、均匀、轻微的水平震荡铁水包3分钟，然后静置3分钟；
e、除去固体残渣即可；
通过对采用上述实施例技术方案冶炼的硅铁进行分析，在除去硅铁下层的重金属层的情况下，本发明冶炼的产品指标均与普通75％硅铁相同，符合GB2272—87规定的标准。
Claims (10)
1、一种利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、将铜冶炼弃渣作为铁质原料与其它原料一起通过脱氧还原法得到高温熔融状态的硅铁；
b、将硅铁倒入铁水包内保温使硅铁保持熔融状态，同时向硅铁中通入氯气从而生成固体残渣以净化除杂；
c、除去固体残渣即可。
2、如权利要求1所述的利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，其特征在于：其中在步骤c前还需要震荡铁水包3-5分钟，然后静置2-4分钟。
3、如权利要求1所述的利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，其特征在于：其中在步骤c后还要除去熔融状态硅铁下层占硅铁总重量1-2％的重金属层。
4、如权利要求1所述的利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，其特征在于：其中在步骤b后还要保温使硅铁保持熔融状态，同时向硅铁中通入氧气从而生成固体残渣以净化除杂，氧气的用量为每吨硅铁0.2-0.5立方米，通气时间为5-10分钟，或向硅铁中通入氧气直至杂质含量符合要求。
5、如权利要求1所述的利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，其特征在于：其中在步骤b后还要保温使硅铁保持熔融状态，同时向硅铁中通入空气从而生成固体残渣以净化除杂，空气的用量为每吨硅铁1-2.5立方米，通气时间为5-10分钟，或向硅铁中通入空气直至杂质含量符合要求。
6、如权利要求1所述的利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，其特征在于：其中在步骤b中通入氯气的用量为每吨硅铁0.05-0.125立方米，通气时间为5-10分钟，或向硅铁中通入氧气直至杂质含量符合要求。
7、如权利要求1至6中任意一项所述的利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，其特征在于：其中步骤b中使用石墨化碳素材料气体导管伸入该铁水包内以通气。
8、如权利要求1至6中任意一项所述的利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，其特征在于：其中熔融状态的硅铁是指硅铁温度在1250-1700℃。
9、如权利要求1至6中任意一项所述的利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，其特征在于：其中步骤e中其它原料是指硅石和还原剂，或石英和还原剂。
10、如权利要求9所述的利用铜冶炼弃渣电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，其特征在于：其中还原剂采用兰碳、冶金焦、或气煤焦。
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2009
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