CN101792856B - 一种金属还原方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种金属还原方法，包括：将含金属混合物料制成团或块，然后加热到预定温度，进行还原反应，所述含金属混合物料包括含金属矿物及还原剂，所述还原剂的粒径1mm以上。本发明的金属还原方法，具有反应速度快，反应温度低，节约能源的优点。
Description
技术领域
本发明涉及金属提取技术领域，特别涉及一种金属还原方法。
背景技术
金属是现代化工业生产中的重要材料。金属大多数是经过一定的工艺和设备从含金属矿物中提取得到。在现今的金属冶炼工艺中，较为常见的为：利用还原剂，通过加热到一定的温度并经过一定的还原时间，对含金属矿物进行还原，从而得到金属。例如，在炼铁工艺中，常见的有直接还原法，将含铁矿与作为还原剂的煤混合，加热至一定温度，不经熔融，铁即被还原。在此种工艺中，一般认为煤的粒径越小越好，最好小于1mm，这样可使煤与铁矿充分接触，铁得到充分还原，但此种粒径的煤，与铁矿成型后，由于粒径小，因而成型物料中的空隙较小，使得在还原反应中生成的二氧化碳不能顺利排出，从而导致还原反应速度减慢。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种金属还原方法，成型的团块物料中有较大的空隙，可使还原得到的废气顺利排出团块外，加速团块内的热传递速度，从而加速反应。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案是，一种金属还原方法，包括：将含金属混合物料制成团或块，然后加热到预定温度，进行还原反应，所述含金属混合物料包括含金属矿物及还原剂，所述还原剂的粒径为1mm以上。
优选地，所述还原剂的粒径为1mm～3mm。
优选地，所述含金属混合物料还包括添加剂，所述还原反应包括直接还原反应及熔融还原反应。
优选地，所述还原剂选自：煤、焦炭、重油、石油焦和沥青中的一种或多种。
优选地，所述添加剂选自：NaCl、SiO2、Na2SiO3、KCl、AlCl3、CaCl2、NaF、CaF2、SrF2、Na2O、NaOH、Al(OH)3、CaO、Al2O3、MgO、NaHCO3、KHCO3、Ca(HCO3)2、CaSO4、BaSO4、MgSO4、Na2SiO3、Ca2SiO4、Na2CO3、K2CO3、Al2(CO3)3、CaCO3中的一种或多种。
优选地，所述直接还原反应为：将混合物料团或块铺置在台车上，送入直接还原炉内，加热至预定直接还原温度，保持此温度持续预定的直接还原时间，得到余料，继续加热余料，得到含单质金属的已还原物料。
优选地，所述直接还原炉选自：燃煤炉、热风炉、沸腾炉、循环流化床炉、链条炉、隧道窑、回转窑、转底炉、电热炉、电阻炉中的任一种。
优选地，所述预定的直接还原反应温度为500℃～1450℃，预定的直接还原时间为20分钟～240分钟。
优选地，所述熔融还原反应为：将含单质金属的已还原物料送入熔炉内，加热至预定熔融还原温度，保持此温度持续预定的熔融还原时间，得到液态的单质金属及熔渣。
优选地，所述熔炉为电弧炉、转炉、中频炉、转底炉、矿热炉、高炉、电热炉、电阻炉、燃煤炉、燃气炉、平炉中的任一种。
优选地，将熔融还原反应后得到的液态单质金属和熔渣分离，将熔渣进行水淬处理，制得水渣。
优选地，所述含金属矿物是平均粒径为5mm以下的颗粒。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
由于选用较大粒径的还原剂，可以节省研磨还原剂的时间，而且还原剂与含金属矿物形成的团块中，还原剂颗粒与含金属矿物的颗粒间空隙较大，透气性好，因此还原反应中产生的废气可以顺利排除团块外部，从而排除因废气的聚集而产生的传热阻隔，加速团块内部的热传递、加快还原。
附图说明
图1是本发明金属还原方法的流程图。
具体实施方式
本发明的基本构思是，将混合物料制成球团或球块，然后加热到预定温度，进行还原反应，其中，含金属混合物料包括含金属矿物及还原剂，所述还原剂的粒径为1mm以上。
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
请参见图1，该图是本发明金属还原方法的流程图。具体为：
S1、将包括含金属矿物、还原剂的混合物料制成团块。
其中，混合物料还可包括添加剂，也即可加入添加剂与还原剂及含金属矿物一同成型。加入的添加剂可以包括加速反应的催化剂、帮助粉状物料成型且防止成型后球团破损的成型剂以及帮助吸收反应中生成的、有害于反应进行或环境污染的产物的吸收剂。
其中，还原剂的粒径为1mm以上；含金属矿物、添加剂的粒径如果较大，则要将其研磨到平均粒径小于约1mm，加快反应速度。
S2、加热到预定还原温度，保持此温度。
S3、经过预定还原时间，得到金属化合物、金属、尾矿。
至此，矿物中的至少一种金属被还原出来，进一步处理后得到金属成品。
以下通过具体实施例对本发明的金属还原方法进行具体说明：
实施例1
所用物料：
铁矿：铁含量为：54.85％；
还原剂：处理好的、粒径为1mm～2mm的无烟煤颗粒，即无烟煤的粒径可以为1mm～2mm中的任意值，如1mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、2mm等；
添加剂：碳酸钙。
1)将处理好的粒径为0.178mm的铁矿与粒径为1mm～2mm的无烟煤颗粒、平均粒径为0.074mm的碳酸钙混合，充分搅拌后用造球机造球成型；其中，铁矿与煤颗粒、碳酸钙的重量比为4∶2∶1。
2)将球团铺置在台车上，送入回转窑(直接还原炉)中，加热至1000℃，保持50分钟，得到含单质铁的已还原物料；
3)将此已还原物料送入电弧炉(熔炉)中加热，得到液态铁及熔渣，分离后得到单质铁及熔渣，再将熔渣进行水淬处理，得到水渣，可回收利用。
本实施例中，铁的还原率为71.11％。
实施例2
所用物料：
铁矿：铁含量为：57.22％；
还原剂：处理好的粒径为2.2mm～3mm的焦炭颗粒，即焦炭颗粒的粒径可以为2.2mm～3mm中的任意值，如2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.8mm、3mm等；
添加剂：碳酸钙、氧化钙。
1)将处理好的平均粒径为0.178mm的铁矿与粒径为2.2mm～3mm的焦炭颗粒、平均粒径为0.074mm的氧化钙、平均粒径为0.074mm的碳酸钙混合、充分搅拌后用造球机造球成型；其中，铁矿与焦炭颗粒、添加剂(碳酸钙和氧化钙)的重量比为5∶2∶2。
2)将球团铺置在烟化台车上，送入隧道窑(直接还原炉)中，加热至1300℃，保持20分钟，得到含单质铁的已还原物料；
3)将此已还原物料送入转炉(熔炉)加热，得到液态铁及熔渣，分离后得到单质铁及熔渣，再将熔渣进行水淬处理，得到水渣，可回收利用。
本实施例中，铁的还原率为72.23％。
实施例3
所用物料：
铁矿：铁含量为：54.89％；
还原剂：处理好的粒径为2.5mm～3mm的煤颗粒，即煤颗粒的粒径可以为2.5mm～3mm中的任意值，如2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.9mm、3mm等；
添加剂：碳酸钠、石英粉。
1)将处理好的平均粒径为0.178mm的铁矿与平均粒径为2.5mm～3mm的煤颗粒、平均粒径为0.078mm的碳酸钠、平均粒径为0.078mm的石英粉混合、充分搅拌后用造球机造球成型；其中，铁矿与煤颗粒、添加剂(碳酸钠和石英粉)的重量比为10∶4∶1。
2)将球团铺置在台车上，送入隧道窑(直接还原炉)中，加热至1200℃，保持40分钟，得到含单质铁的已还原物料；
3)将此已还原物料送入中频炉(熔炉)加热，得到液态铁及熔渣，分离后得到单质铁及熔渣，再将熔渣进行水淬处理，得到水渣，可回收利用。
本实施例中，铁的还原率为76.28％。
实施例4
所用物料：
铁矿：铁含量为：56.76％；
还原剂：处理好的粒径为2mm～2.8mm的煤颗粒，即煤颗粒的粒径可以为2mm～2.8mm中的任意值，如2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.8mm等；
添加剂：碳酸钠。
1)将处理好的平均粒径为0.178mm的铁矿与粒径为2mm～2.8mm的煤颗粒、平均粒径为0.074mm的碳酸钠混合、充分搅拌后用造球机造球成型；其中，铁矿、煤颗粒、添加剂的重量比为25∶10∶4。
2)将球团铺置在台车上，送入隧道窑(直接还原炉)中，加热至1250℃，保持35分钟，得到含单质铁的已还原物料；
3)将此已还原物料送入平炉(熔炉)加热，得到液态铁及熔渣，分离后得到单质铁及熔渣，再将熔渣进行水淬处理，得到水渣，可回收利用。
本实施例中，铁的还原率为75.23％。
从以上实施例中可以得出，采用本发明的金属还原方法，还原时间为30分钟～50分钟，铁的还原率为约71.11％～76.28％，还原时间短、金属还原速度快、金属提取率高。
在金属还原方法中，现有技术的普遍认为还原剂粒径越小越好，最好小于1mm，而本发明的技术方案恰恰与此相反，采用粒径为1mm以上的还原剂进行还原反应，使得此种粒径的还原剂与含金属矿物形成团状物或块状物，使得团状物或块状物内部具有较大的空隙，从而使反应中生成的二氧化碳气体可以迅速排出，使得已还原得到的金属与未还原物料能够快速进行热传递，从而加快反应，在较低的温度下即可进行。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种金属还原方法，包括：将含金属混合物料制成团或块，然后加热到预定温度，进行还原反应，其特征在于，所述含金属混合物料包括含金属矿物及还原剂，所述还原剂的粒径为1mm以上，所述含金属混合物料还包括添加剂，所述添加剂包括催化剂、成型剂、吸收剂；所述还原反应包括直接还原反应及熔融还原反应，所述直接还原反应为：将混合物料团或块铺置在台车上，送入直接还原炉内，加热至预定直接还原温度，保持此温度持续预定的直接还原时间，得到余料，继续加热余料，得到含单质金属的已还原物料，所述预定直接还原反应温度为1000℃～1450℃，预定的直接还原时间为20分钟～240分钟。
2.如权利要求1所述的金属还原方法，其特征在于，所述还原剂的粒径为1mm～3mm。
3.如权利要求1所述的金属还原方法，其特征在于，所述还原剂选自：煤、焦炭、重油、石油焦和沥青中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的金属还原方法，其特征在于，所述添加剂选自：NaCl、SiO2、Na2SiO3、KCl、AlCl3、CaCl2、NaF、CaF2、SrF2、Na2O、NaOH、Al(OH)3、CaO、Al2O3、MgO、NaHCO3、KHCO3、Ca(HCO3)2、CaSO4、BaSO4、MgSO4、Na2SiO3、Ca2SiO4、Na2CO3、K2CO3、Al2(CO3)3、CaCO3中的任一种或多种。
5.如权利要求1所述的金属还原方法，其特征在于，所述直接还原炉选自：燃煤炉、热风炉、沸腾炉、循环流化床炉、链条炉、隧道窑、回转窑、转底炉、电热炉、电阻炉中的任一种。
6.如权利要求1所述的金属还原方法，其特征在于，所述熔融还原反应为：将含单质金属的已还原物料送入熔炉内，加热至预定熔融还原温度，保持此温度持续预定的熔融还原时间，得到液态的单质金属及熔渣。
7.如权利要求6所述的金属还原方法，其特征在于，所述熔炉为电弧炉、转炉、中频炉、转底炉、矿热炉、高炉、电热炉、电阻炉、燃煤炉、燃气炉、平炉中的任一种。
8.如权利要求6所述的金属还原方法，其特征在于，将熔融还原反应后得到的液态单质金属和熔渣分离，将熔渣进行水淬处理，制得水渣。
9.如权利要求6所述的所述的金属还原方法，其特征在于，所述含金属矿物是平均粒径为5mm以下的颗粒。
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