CN102212637A

CN102212637A - 低铌品位铁矿粉直接还原-直接合金化回收利用铌的方法

Info

Publication number: CN102212637A
Application number: CN2011100988239A
Authority: CN
Inventors: 李保卫; 姜银举; 赵增武; 徐掌印
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2011-10-12

Abstract

本发明涉及一种低铌品位铁矿粉直接还原-直接合金化回收利用铌的方法，低铌品位铁矿粉采用气基或煤基直接还原的方法，选择性还原其中铁、磷的氧化物，得到海绵铁；海绵铁高温渣金熔分，分离磷铁，得到富铌渣；富铌渣采用直接合金化法得到铌微合金钢，即富铌渣加入钢液表面，使其中铌氧化物发生还原，铌进入钢液。直接合金化过程，还原铌氧化物的还原剂，可以是钢液中的碳、硅等元素，也可以是另外加入的硅、铝、硅合金、铝合金。低铌品位铁矿粉通过直接还原-直接合金化的方法，使其中铌得到回收利用，副产品磷铁也可得到利用。

Description

低铌品位铁矿粉直接还原-直接合金化回收利用铌的方法

技术领域

本发明涉及一种低铌品位铁矿粉直接还原-直接合金化回收利用铌的方法，属于冶金技术领域，尤其是资源综合回收利用方面。

技术背景

包头白云鄂博矿的铌储量居世界第二，占全国铌储量的72％，氧化铌工业储量157.81万吨，其远景储量660万吨。

白云鄂博矿是以铁、稀土、铌为主的多金属共生矿。铌矿物特点是：(1)品位低，Nb₂O₅含量仅为0.08-0.14％。(2)含铌矿物种类多，高含铌矿物少，并有19％的铌以分散状态存在于其它矿物中。(3)铌矿物嵌布粒度细，小于20μm者占大部分，而且与其它矿物密切共生。铌矿物的这些特点给其选别富集带来了困难，理论上难以获得高品位的铌精矿，也难以达到比较高的收率。

铌选冶相关研究的总体思路为：以选矿为前提，得到含铌铁矿；以选矿得到的含铌铁矿为原料，冶炼铌铁合金。

对铌的选矿研究是广泛的和深入的。针对不同矿体，采用各种选矿方法进行了系统的研究。选矿得到的铌精矿品位很低，铌(Nb₂O₅)含量一般为百分之几甚至更低。

铌的冶金方法主要是碳还原的方法。利用的原理为铌、铁、硅、锰、磷等元素的选择性氧化和还原。铌铁冶炼过程一般包括铌的火法富集、铁和磷的脱除、铌铁的冶炼等工序。冶炼工艺流程长，成本高，产量小，铌的总回收率低。此外，工艺得到的铌铁产品磷含量高，其产品质量难以与巴西铌铁相提并论，主要用作铸铁的添加剂，作为铌微合金钢的添加剂受到了一定程度的限制。开发的冶炼铌铁合金的工艺有：高炉—转炉—电炉—电炉工艺；含碳冷固结球团两步电炉冶炼铌铁工艺；三相交流工频等离子体工艺；氧化焙烧球团(冷固结球团)回转窑选择性还原—熔分—冶炼工艺；磁化焙烧—磁选—等离子炉冶炼工艺。其中高炉—转炉—电炉—电炉工艺被包头钢铁公司有色金属二厂采用并组织生产，二十世纪八十年代后期因生产成本高而停止生产。

到目前为止，白云鄂博矿铌资源未得到工业利用，包头钢铁公司每年随铁矿石开采下来的氧化铌达1万多吨，造成资源的流失。目前，我国钢铁工业需要的铌铁需从巴西进口。

白云鄂博矿铌的选矿是铌资源利用取得突破的瓶颈，实现白云鄂博矿铌资源的利用，必须考虑如何合理利用低铌品位铁矿粉。

发明内容

本发明的目的在于针对低铌品位铁矿粉，研究一种直接还原-直接合金化的方法回收利用白云鄂博矿铌资源。采用低铌品位铁矿粉直接还原-渣金熔分的方法综合回收利用铌。

技术解决方案：

本发明方法步骤如下：1)将低铌品位铁矿粉在高温炉内采用气基或煤基直接还原的方法，得到海绵铁，高温炉温度600～1200℃，处理时间≥物料达到恒重时间，海绵铁中相对惰性的元素铁、磷还原为单质状态，而相对活性元素铌、锰等为氧化物；2)海绵铁加入电炉中，1500～1650℃下熔炼，实现渣金熔分，相对惰性的金属形成Fe-P合金，而铌元素以氧化物的状态富集到渣中；3)富铌渣加入钢液表面，利用还原剂使其中铌氧化物还原，铌进入钢液。

所述低铌品位铁矿粉中Nb₂O₅的质量百分比为0.1～5％，TFe≥25％.

所述的煤基直接还原方法为固体还原剂还原的方法，固体还原剂为煤或焦炭或半焦或木炭。

所述的气基直接还原方法为气体还原剂还原的方法，气体还原剂为含H₂或CO或(H₂+CO)的气体，H₂、CO为还原剂，气体中还原剂的体积百分比≥50％。

直接合金化过程，还原铌氧化物的还原剂为钢液中的硅元素，或是加入钢液的硅、铝、硅合金、铝合金。

直接合金化过程，钢液表面加入富铌渣时加入辅助渣，或直接加入富铌渣。

本发明直接还原过程利用了选择性还原的原理。无论是煤基直接还原还是气基直接还原，其冶金原理都是H₂/H₂O或CO/CO₂对物料进行性选择性还原。H₂或CO为还原剂，选择性还原低铌品位铁矿粉中的铁、磷氧化物，而铌氧化物则不能被还原。直接还原产物为海绵铁；利用渣金熔分得到的副产品磷铁也可得到利用。

本发明铌富渣直接合金化过程铌的收得率80％以上。

(Nb₂O₅)+[Si]→[Nb]+(SiO₂)

(Nb₂O₅)+[Al]→[Nb]+(Al₂O₃)

本发明的优点在于：工艺流程短，铌收得率高，实现了低铌品位铁矿粉中铌的回收利用。

附图说明

图1低铌品位铁矿粉和还原剂的装料剖面图；

图2为图1的俯视图。

具体实施方式

实施例1：

参见图1、图2。含铌1.35％的低铌品位铁矿粉(成分见表1)与半焦粉，采用反应罐直接还原法，含铌铁精矿粉为物料1，与还原剂半焦粉2采用环形装料方式装入坩埚3，物料1在坩埚3内形成圆筒状，圆筒内外分别放置半焦粉2。矿粉量341g，半焦粉量152g。在电阻炉内1050℃还原2.5小时，停止加热随炉冷却至400℃，坩埚从炉内取出，自然冷却。出炉后得到海绵铁246.50g。海绵铁装入刚玉坩埚，在真空碳管炉内氩气气氛下进行渣金熔分，1600℃保温0.5小时。出炉后，磷铁168.52g。渣成分见表2(1^#)，磷铁成分见表3(1^#)。

称量纯铁520g，装入刚玉坩埚，放置在真空碳管炉内，氩气气氛升温至1600℃时恒温10分钟，通过炉盖上的加料孔用石英管加入还原得到的富铌渣6.03g，硅粒0.670g，氩气搅拌3次后降温随炉冷却。得到的铌微合金钢成分见表4(1^#)。

实施例2：

含铌1.35％的低铌品位铁矿粉341g，放入耐热不锈钢舟内，送入特种电炉内的恒温区内，抽真空至20Pa以下，充入氩气，氩气保护气氛下升温，升温至900℃，切换为H₂/H₂O，H₂O占H₂/H₂O的体积百分比为25.0％，保温2.5小时，进行选择性还原处理。保温结束后，切换为氩气，氩气保护气氛下降温至室温。出炉后得到海绵铁粉248.30g，海绵铁粉装入刚玉坩埚，在真空碳管炉内氩气气氛下升温至1600℃，保温0.5小时，进行渣金熔分。出炉后，磷铁166.48g。渣成分见表2(2^#)，磷铁成分见表3(2^#)。

称量纯铁520g，装入刚玉坩埚，放置在真空碳管炉内，氩气气氛升温至1600℃时恒温10分钟，通过炉盖上的加料孔用石英管加入还原得到的富铌渣6.03g，硅粒0.670g，辅助渣20g。辅助渣为40％CaO-40％SiO₂-20％Al₂O₃。氩气搅拌4次后降温随炉冷却。得到的铌微合金钢成分见表4(2^#)。

表1含铌矿粉主要化学成分(wt.％)

表2海绵铁渣金熔分后的渣样的主要化学成分(wt.％)

表3海绵铁渣金熔分后磷铁的化学成分(wt.％)

表4直接合金化样品的化学成分(wt.％)

Claims

1.低铌品位铁矿粉直接还原-直接合金化回收利用铌的方法，其特征在于，方法步骤如下：

1)将低铌品位铁矿粉在高温炉内采用气基或煤基直接还原的方法，得到海绵铁，高温炉温度600～1200℃，处理时间≥物料达到恒重时间，海绵铁中相对惰性的元素铁、磷还原为单质状态，而相对活性元素铌、锰等为氧化物；2)海绵铁加入电炉中，1500～1650℃下熔炼，实现渣金熔分，相对惰性的金属形成Fe-P合金，而铌元素以氧化物的状态富集到渣中；3)富铌渣加入钢液表面，利用还原剂使其中铌氧化物还原，铌进入钢液。

2.根据权利要求1的低铌品位铁矿粉直接还原-直接合金化回收利用铌的方法，其特征在于：低铌品位铁矿粉中Nb₂O₅的质量百分比为0.1～5％，TFe≥25％.

3.根据权利要求1的低铌品位铁矿粉直接还原-直接合金化回收利用铌的方法，其特征在于：所述的煤基直接还原方法为固体还原剂还原的方法，固体还原剂为煤或焦炭或半焦或木炭。

4.根据权利要求1的低铌品位铁矿粉直接还原-直接合金化回收利用铌的方法，其特征在于：所述的气基直接还原方法为气体还原剂还原的方法，气体还原剂为含H₂或CO或(H₂+CO)的气体，H₂、CO为还原剂，气体中还原剂的体积百分比≥50％。

5.根据权利要求1的低铌品位铁矿粉直接还原-直接合金化回收利用铌的方法，其特征在于：直接合金化过程，还原铌氧化物的还原剂为钢液中的硅元素，或是加入钢液的硅、铝、硅合金、铝合金。

6.根据权利要求1所述的铌品位铁矿粉直接还原-直接合金化回收利用铌的方法，其特征在于：直接合金化过程，钢液表面加入富铌渣时加入辅助渣，或直接加入富铌渣。