CN103757170A

CN103757170A - 一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法

Info

Publication number: CN103757170A
Application number: CN201310677737.2A
Authority: CN
Inventors: 王树清; 芦越刚; 樊昱; 马永峰; 马晓东; 杨艳; 张鹏; 杨鸿�; 王玉芳; 邓民晖; 董政武
Original assignee: Jinchuan Group Co Ltd
Current assignee: Jinchuan Group Co Ltd
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2014-04-30

Abstract

一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，涉及一种有色冶金炉渣喷吹熔炼还原提铁的方法。其特征在于其工艺过程的步骤依次包括：（1）将镍冶炼炉渣在融熔状态下，吹入富氧空气进行前期氧化处理，将易挥发杂质脱除和硫氧化挥发脱除；（2）采用石灰粉熔剂、煤粉还原剂，对熔融状态下的炉渣进行喷吹熔炼，使融熔炉渣中氧化铁还原成金属铁，同时加入块煤和石灰进行深度还原和造渣，将还原生铁与二次渣的有效分离，得到还原铁水。本发明的方法，采用电弧炉预除杂，深度还原提铁工艺，铁回收率≥90%，二次渣中的含铁量小于5％，二次渣可高效利用，实现了资源利用的最大化和固体废弃物零排放的目标。

Description

一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法

技术领域

一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，涉及一种有色冶金炉渣喷吹熔炼还原提铁的方法。

背景技术

多年来，冶炼炉渣综合利用研究一直是重要的课题。对镍冶炼炉渣综合利用已经进行了许多研究。在“金川镍铜熔融渣还原提铁生产合金钢”项目研究中，利用1250KVA电弧炉分别完成了镍渣、铜合成炉渣、镍铜混合渣的还原提铁试验，以及还原铁脱硫脱碳试验，均取得了较好的效果。但间断还原的方式不利于工程化的高效生产，存在着生产效率低、能耗高的问题。

目前，针对铁氧化物的熔融还原技术，以及铁水的各种精炼技术，国内外已经有很多研究，取得了许多有价值的成果。但是，类似金川镍冶炼炉渣这种特殊、复杂体系的还原和精炼方面的研究，还鲜见报道。

自2O世纪7O年代起，世界上一些主要钢铁大国如：日本、美国、英国、德国和瑞典等，从节能和环保的目标出发，积极开发炉渣资源的利用，有的国家还为此成立了专门机构，如日本的钢铁渣显热综合利用技术委员会，将炉渣综合利用技术列为通产省的重点科研课题。

早在1925年美国成功研制出将高炉渣作为一种含铝原料引入到玻璃中，从而取代价格较贵、资源缺乏的铝原料。另外，日本川崎钢铁公司利用高炉渣生产水泥原料，以高炉渣为主原料开发生产高性能石棉。

日本住友公司利用高炉渣生产超微粉，用于建筑材料。国外还用高炉渣生产很多高附加值的产品，如制作成膨珠用作轻骨料及水泥混合材、矿渣棉产品以及微晶玻璃等。

国内部分企业已经进入工业应用阶段。宝钢现已建成一座年产60万吨微粉的生产线，其产品可以替代混凝土中的水泥。宝钢利用高炉水渣烧制的新型陶瓷粒也获得成功，在国内外赢得市场。1996年以来，首钢高炉水渣微粉作为混凝土掺加料，先后在首都国际机场停车楼及1号桥、北京通产大厦、沙滩后街综合楼等首都重大工程中应用，各项技术指标都达到了设计要求。2002年8月，鞍钢矿渣微粉工程竣工投产。该生产线可对高炉渣进行深加工，可年生产6O万吨矿渣微粉和 45万吨矿渣硅酸盐水泥。

专利号为CN 101705360 A的中国专利“铜冶炼热态炉渣提铁工艺与装置”，介绍了一种铜冶炼热态炉渣提铁工艺与装置，它将铜冶炼热态炉渣在同一台炉子内完成贫化提铜和还原提铁，提铜在第一熔池即铜贫化区进行，用电极弧或燃料提供热能，用氮气搅拌使细冰铜颗粒碰撞长大，实现沉降分离。贫化后的渣自动流入第二熔池即铁还原区，用侧吹或顶吹方法喷入煤、生石灰、富氧空气实现还原提铁。该发明的优点：一是充分回收了铜冶炼炉渣中的铜和铁，铜回收率＞90%，铁回收率＞95%；二是充分利用了热态炉渣的显热，节约了能源和成本；三是在单炉子实现提铜和提铁，节约了设备投资和占地面积。

专利号为CN 1435501 A的中国专利“一种用镍熔炼炉渣和钢渣的混合渣炼钢的方法”，介绍了一种用镍熔炼炉渣和钢渣的混合渣炼铁的方法，将镍熔炼炉渣和钢渣混合，用钢渣代替石灰，加入碳，并配入铝矾土和碳化硅，物料混合均匀后制成直径为0.5～2㎝的球型颗粒，然后在矿热炉中进行还原熔炼，铁和镍、铜、钴还原出来，得到合金铁，二次炉渣用做水泥生产的原料。该发明技术先进、经济合理、有价成分能得到充分利用。

专利号为CN 101713008 A的中国专利“一种熔融还原镍渣提铁的方法及装置”，该发明涉及一种资源利用及其余热回收技术领域，是一种应用于钢铁、有色金属冶金等行业中的凡涉及废弃炉渣提铁的方法和装置。该方法在一座电炉上同时完成镍渣熔融和还原两个过程，热态镍渣及少量冷态镍渣置入电炉内，逐渐加料，在电炉内加热至1500-1550℃，熔化至熔融状态，形成一定的熔池，再逐渐喷入煤粉对镍渣中的铁进行还原，同时加入石灰和其它辅料进行造渣，即实现镍渣中的铁被还原的过程。该方法充分利用热渣排放时的显热，通过再供热升温，将融熔还原两个过程在一个装置中实现，工艺简单、成本低、并可有效利用废弃资源，进行铁的回收再利用。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术中存在的不足之处，提供一种有效解决生产效率低、能耗高的问题，有效降低生产成本，实现铁资源的回收和二次渣综合利用的镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，其特征在于其工艺过程的步骤依次包括：

（1）将镍冶炼炉渣在融熔状态下，吹入富氧空气进行前期氧化处理，将易挥发杂质脱除和硫氧化挥发脱除；

（2）采用石灰粉熔剂、煤粉还原剂，对熔融状态下的炉渣进行喷吹熔炼，使融熔炉渣中氧化铁还原成金属铁，同时加入块煤和石灰进行深度还原和造渣，将还原生铁与二次渣的有效分离，得到含有价金属镍、铜、钴及微量杂质元素硅、硫、碳、磷等的还原铁水。

本发明的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，其特征在于其步骤（1）是将镍冶炼炉渣采用电弧炉，升温至1300～1550℃，使炉渣熔化至熔融状态，向熔融镍冶炼炉渣中吹入氧气浓度为30%～99.5%、氧气压力为0.2～1.2MPa的富氧空气，氧化熔融炉渣，使渣中易挥发杂质的部分脱除和硫被氧化而挥发脱除。

本发明的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，其特征在于其富氧空气、石灰粉熔剂、煤粉还原剂的喷吹采用复合式喷枪，在3㎏/min～10㎏/min的喷吹速率下喷入熔池，并实现对熔池进行搅拌。

本发明的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，其特征在于复合式喷枪在炉内以多角度的进行喷吹作业。

本发明的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，其特征在于喷吹还原用电炉设有进料口、喷枪入口、一端是铁水放出口、另一端是二次渣放出口，铁水放出口低于二次渣放出口。

本发明的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，其特征在于喷吹还原提铁时，渣连续加入喷吹用电炉，间接出二次渣和还原铁水的方式来制备还原铁水。

本发明的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，具有以下优点：

（1）镍炉渣在电弧炉中吹入富氧空气以氧化炉渣中易挥发杂质的部分脱除和硫被氧化而挥发脱除，为后续铁水精炼减轻了负担。

（2）镍熔融渣喷吹还原提铁时，镍炉渣连续加入喷吹用电炉，间接出二次渣和还原铁水的方式来制备还原铁水，生产效率高，能耗低。

（3）复合式喷枪采用侧吹的方式喷入石灰粉、粉煤和氧气来实现还原提铁。

（4）粉煤中一部分碳与氧一次反应生成CO气体并放出大量的热量，CO气体的上升引起渣熔体的喷溅，在渣熔体的上部通入的氧气与喷入氧气来实现CO的二次燃烧，燃烧热通过传导和辐射被镍熔融渣吸收后进入熔体，以维持熔池的热平衡。

（5）使有色冶金炉渣中的铁和有价金属镍、铜、钴等得到了回收利用，避免了资源的浪费。

（6）氧化预除杂和还原熔炼在一个装置中进行，节约了设备投资和占地面积。

本发明的一种从有色冶金炉渣中喷吹还原提铁的方法，有效解决生产效率低、能耗高的问题，降低了生产成本，实现了铁资源的回收，生产可用于铸造用生铁、耐候结构钢及常规用途的衬板等其他用途的生铁原料，又可提供开发生产矿渣微粉、泡沫微晶玻璃、广场砖或水泥等产品的二次渣，实现了资源利用的最大化和固体废弃物零排放的目标。真正实现金川镍冶炼炉渣“吃干榨尽”的循环经济目标。

具体实施方式

一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，采用金川镍冶炼炉渣，该炉渣金川硫化矿在熔炼过程中通过加入石英熔剂与氧化亚铁反应而产生的硅酸盐，同时还夹杂有部分硫化物以及铅、锌、砷等氧化物，因此在还原前期通过氧化处理，达到渣中易挥发杂质的部分脱除和硫被氧化而挥发脱除；是在熔融状态下的炉渣用石灰粉熔剂、煤粉还原剂在3㎏/min～10㎏/min的喷吹速率下，使熔融炉渣中氧化铁还原成金属铁，同时加入部分块煤和石灰其它辅料进行深度还原和造渣，达到了还原生铁与二次渣的有效分离，从而得到含有价金属镍、铜、钴及微量杂质元素硅、硫、碳、磷等的还原铁水。二次渣的主要成分为硅酸钙，可通过进一步技术开发生产矿渣微粉、广场砖或水泥等产品。

镍冶炼炉渣在还原前期于电弧炉内熔化，升温至1300～1550℃，使炉渣熔化至熔融状态，向熔融炉渣中吹入富氧空气，氧气浓度可控制在30%～99.5%之间，氧气压力控制在0.2～1.2MPa，氧化熔融炉渣使渣中易挥发杂质的部分脱除和硫被氧化而挥发脱除。

本发明的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，采用复合式喷枪在炉内可以多角度的进行喷吹作业；复合式喷枪内喷出富氧空气、石灰粉熔剂、煤粉还原剂在3㎏/min～10㎏/min的喷吹速率下，喷入熔池能起到较好搅拌熔池的作用。石灰熔剂、煤粉还原剂利用复合式喷枪与熔体充分接触，增大了反应的面积，提高还原反应速率，使融熔炉渣中氧化铁还原成金属铁。

本发明的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，喷吹还原用电炉设有进料口、喷枪入口、一端是铁水放出口、另一端是二次渣放出口，铁水放出口低于二次渣放出口。

本发明的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，粉煤既是还原剂也是提供热能源的重要燃料，粉煤中一部分碳与氧一次反应生成CO气体并放出大量的热量，CO气体的上升引起渣熔体的喷溅，在渣熔体的上部的氧气与CO气体形成二次燃烧，燃烧后的热量通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体。二次燃烧可以补偿喷吹带走的热损失，从而保证了熔池的热平衡；加入部分块煤和石灰其它辅料进行深度还原和造渣，利用喷吹时搅拌熔池使块煤、石灰和熔融渣充分接触，炉内而不留死角，达到深度还原和造渣的目的。镍熔融渣喷吹还原提铁时，镍炉渣连续加入喷吹用电炉，间接出二次渣和还原铁水的方式来制备还原铁水，生产效率高，能耗低。还原铁比重较渣大而沉入熔池底部，并与二次渣有效分离，从而得到含有价金属镍、铜、钴及微量杂质元素硅、硫、碳、磷等的还原铁水。

实施例

采用镍冶炼炉渣进行喷吹还原提铁，操作步骤包括：

（1）配料：

先将镍冶炼炉渣、粉煤和石灰石粉（或石灰粉）按一定的配料比进行配料。配料比：镍冶炼炉渣︰粉煤︰石灰石粉（或石灰粉）=1︰0.3︰0.5的比例准备好充足的原辅料，并将粉煤、石灰石粉（或石灰粉）分别装入喷吹系统的粉煤仓和石灰仓中，以备喷吹还原时用。

（2）镍冶炼炉渣预除杂

将镍冶炼炉渣置入电弧炉内送电升温至1300～1550℃，使炉渣熔化至熔融状态，形成一定的熔池，再通入富氧空气，氧气浓度可控制在30%～99.5%之间，氧气压力控制在0.2～1.2MPa,以氧化炉渣中易挥发杂质Pb、Zn、As等的氧化脱除和S被氧化而挥发脱除，镍冶炼炉渣在冶炼氧化过程中的主要化学反应如下：

S+O₂=SO₂

2S+3O₂=2SO₃

2Pb+O₂=2PbO

4As+3O₂=2As₂O₃

4As+5O₂=2As₂O₅

（3）熔融渣还原熔炼提铁

喷吹还原用电炉设有进料口、喷枪入口、一端是铁水放出口、另一端是二次渣放出口，铁水放出口低于二次渣放出口，进行还原熔炼，利用复合式喷枪侧吹的方式，喷枪内喷出富氧空气、石灰粉熔剂、煤粉还原剂在3㎏/min～10㎏/min的喷吹速率下，喷入熔池能起到较好搅拌熔池的作用，使石灰粉、煤粉与熔体充分接触，增大了反应的面积，提高还原反应速率，同时加入部分块煤和石灰等辅料进行深度还原和造渣，使融熔炉渣中氧化铁还原成铁，由于还原铁比重较大而沉入熔池底，并与二次渣有效的分离，从而得到含有价金属镍、铜、钴及微量杂质元素硅、硫、碳、磷等的还原铁水、实现了炉渣深度还原的目的。当渣中铁含量达到要求后即可通过二次渣排放口放出，还原铁水容量略低于二次渣放出口时即可通过铁水排放口放出，浇注成铁锭，连续加镍冶炼渣间断出二次渣和还原铁水。该还原过程中粉煤既是还原剂也是提供热能源的重要燃料，粉煤中一部分碳与氧一次反应生成CO气体并放出大量的热量，CO气体的上升引起渣熔体的喷溅，在渣熔体的上部通入的氧气与CO气体形成二次燃烧，燃烧后的热量通过传导和辐射被喷溅渣吸收后带入熔体。二次燃烧可以补偿喷吹带走的热损失保证了熔池的热平衡。还原铁水可通过进一步技术开发作为铸造用生铁、耐候结构钢及常规用途的衬板等其他用途的生铁原料，二次渣可通过进一步技术开发生产矿渣微粉、广场砖或水泥等产品，实现了资源利用的的最大化和固体废弃物零排放的目标。

镍冶炼渣在冶炼还原过程中的主要化学反应如下：

2FeO·SiO₂+ 2C + CaO=2Fe + 2CO + CaO·SiO₂

NiO + C=Ni + CO

Cu₂O + C=2Cu + CO

CoO + C=Co + CO

2C + O₂ =2CO+Q_热

2CO + O₂=2CO₂+Q_热

试验用的原辅材料和产出的还原铁、二次渣主要化学成分如下表所示：

表1 试验用镍冶炼渣主要化学成分（%）

Figure DEST_PATH_669343DEST_PATH_IMAGE001

表2 试验用煤粉主要化学成分（%）

Figure DEST_PATH_967600DEST_PATH_IMAGE002

表3 试验用块煤主要化学成分（%）

Figure DEST_PATH_354719DEST_PATH_IMAGE003

表4 试验用石灰石主要化学成分（%）

表5 试验用石灰粉主要化学成分（%）

Figure DEST_PATH_57194DEST_PATH_IMAGE005

表6 镍冶炼渣预除杂后渣的主要化学成分（%）

Figure DEST_PATH_854248DEST_PATH_IMAGE006

表7 镍冶炼渣还原铁主要化学成分（%）

Figure DEST_PATH_463084DEST_PATH_IMAGE007

表8 镍冶炼渣提铁后二次渣主要化学成分（%）

Figure DEST_PATH_574260DEST_PATH_IMAGE008

Claims

1.一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，其特征在于其工艺过程的步骤依次包括：

（2）采用石灰粉熔剂、煤粉还原剂，对熔融状态下的炉渣进行喷吹熔炼，使融熔炉渣中氧化铁还原成金属铁，同时加入块煤和石灰进行深度还原和造渣，将还原生铁与二次渣的有效分离，得到还原铁水。

2.根据权利要求1所述的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，其特征在于其步骤（1）是将镍冶炼炉渣采用电弧炉，升温至1300～1550℃，使炉渣熔化至熔融状态，向熔融镍冶炼炉渣中吹入氧气浓度为30%～99.5%、氧气压力为0.2～1.2MPa的富氧空气，氧化熔融炉渣，使渣中易挥发杂质的部分脱除和硫被氧化而挥发脱除。

3.根据权利要求1所述的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，其特征在于其富氧空气、石灰粉熔剂、煤粉还原剂的喷吹采用复合式喷枪，在3㎏/min～10㎏/min的喷吹速率下喷入熔池，并实现对熔池进行搅拌。

4.根据权利要求1所述的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，其特征在于复合式喷枪在炉内以多角度的进行喷吹作业。

5.根据权利要求1所述的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，其特征在于喷吹还原用电炉设有进料口、喷枪入口、一端是铁水放出口、另一端是二次渣放出口，铁水放出口低于二次渣放出口。

6.根据权利要求1所述的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，其特征在于喷吹还原提铁时，渣连续加入喷吹用电炉，间接出二次渣和还原铁水的方式来制备还原铁水。

7.根据权利要求1所述的一种镍冶炼炉渣喷吹还原提铁的方法，其特征在于二次渣用于生产矿渣微粉、广场砖或水泥。