CN104789724B - 一种铅渣还原熔炼提铁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅渣还原熔炼提铁的方法。铅渣中加入造渣剂和还原剂，在惰性气氛条件下进行还原熔炼，渣中铅锌还原后挥发进入烟尘收集，渣相分层得到生铁和炉渣。本发明铁回收率>99％并获得产品生铁，其铁品位>94.％、含硫<0.03％、含磷<0.12％、含碳<1.4％、含硅<0.23％，磷、硫含量达到国家炼钢生铁一级标准，硅的含量达到L04号标准。本发明能有效地回收铅渣中铁，工艺流程短，工艺操作简单，污染物排放量少，铁回收率高，生铁产品质量优，并可富集回收铅锌等有价金属，具有很好的经济效益和环境效益。

Description

一种铅渣还原熔炼提铁的方法
技术领域：
本发明属于冶金工程与环境工程交叉领域，涉及一种铅渣还原熔炼提铁的方法，具体涉及一种对铅冶金废渣进行熔池熔炼挥发分离铅锌、回收铁的方法。
背景技术：
我国的铅生产量和消费量居世界第一。铅渣一般是火法炼铅的冶炼渣，铅渣中含铁21-31％、含锌2-15％、含铅0.02-3％。目前铅渣大量堆存，占用土地资源并污染环境。铅渣的处理主要集中于回收铅渣中铅锌和稀散金属、将铅渣作井下矿坑的充填材料、生产玻璃及陶瓷、生产砖和砌块水泥等建材等，但铅渣中大量的铁资源未得到回收。我国是世界第一钢铁生产大国，但我国铁矿资源贫乏，97.2％的铁矿为贫矿，平均品位仅32-34％，低于世界平均品位20个百分点。国内的铁矿资源满足不了钢铁工业的需求，大量的铁矿资源依靠国外进口，我国铁矿石依赖进口已经连续6年超过60％，进口渠道十分有限，我国在铁矿石供应市场处于十分被动的弱势地位。而我国铅渣量大，渣中的铁含量与我国铁矿石平均品位接近，因此将铅渣中的铁资源作为炼铁原料不失为弥补我国铁矿石资源长期短缺的一种途径。
专利(申请号：CN 102658369 A)公开了一种铅渣煤基直接还原生产金属铁粉的方法，将铅渣配入30-35％的煤，在1150-1250℃还原45-60min，还原后经两段磨矿和两段湿式磁选得到金属铁粉，但此法耗煤量大、两段磨矿能耗大、两段磁选工艺复杂、铁回收率低。专利(申请号：CN 103643042 A)公开了一种铅渣废料综合利用方法，铅渣中配入23-39％的碳粉，在1200-1800℃高温真空条件下还原30-180min，通过换热器与冷却沉积精确控温使不同金属蒸汽沉积分离，采用磁选将铁分离出来，但此法煤耗大、还原时间长、能耗高、需精确控温分离操作难度大、磨矿磁选工艺流程长。专利(申请号：CN 101736112A)公开了一种惰性气体喷吹从铜渣中熔融还原提铁的方法,铜渣中加入还原剂煤和造渣剂，在1540-1700℃惰性气氛下还原1-10小时得含硫0.74％的含铜生铁。但铅渣与铜渣性质不同：铅渣含铁20-30％，含铅0.2-3％，含锌4-15％。铜渣含铁＞40％，含铜2-3％。还原熔炼提铁过程中铜可进入铁基金属熔体，而铅锌溶解度较小.须通过蒸发或沉淀进行物理分离，因此铅渣还原熔炼提铁过程中要考虑铅锌的分离。铜渣熔炼提铁的原理：用还原剂将铜渣中铜和铁还原后得到铜铁合金。铅渣熔炼提铁的原理：用还原剂将铅锌铁还原为金属，同时要控制还原条件使金属铅锌以气态挥发进行分离得到生铁。
综上所述，目前铅渣中铁资源的回收利用缺乏有效的方法，使得铅渣中铁资源得不到高效回收利用。可以说铅渣中的铁资源的回收利用是冶金和环境领域亟待解决的难题，迫切需要一种节能、高效、流程短的工艺方法回收铅渣中伴生的铁资源。
发明内容:
本发明的目的是提供一种铅渣还原熔炼提铁的方法，有效分离铅渣中的铅锌并将铁还原为生铁产品。
一种铅渣还原熔炼提铁的方法，将铅渣磨矿后配入还原剂和造渣剂，控制C/Fe摩尔比为1.2-2.0，通入惰性气体在1538-1700℃的条件下进行还原熔炼10-30min；铁还原后得到生铁；铅锌还原后挥发进入烟气。
上述方法中将铅渣磨矿后配入还原剂，控制C/Fe摩尔比为1.6.上述方法中还原剂包括煤、焦炭、生物质或石墨粉。
上述方法中高温还原熔炼是在1575℃还原熔炼15min。
上述方法中造渣剂包括：氧化钙、碳酸钙中的一种或两种。造渣剂的用量为不超过反应体系重量的30％，优选8-10％。
上述方法中造渣剂碱度R为0.86-2.0，优选碱度为1.2。
上述方法中惰性气体为氮气或氩气。惰性气流量为100-400mL/min。
上述方法中铅锌还原后挥发进入烟气，收尘后得到含氧化铅和氧化锌的粉尘。
上述方法中铅渣为鼓风炉渣、回转窑炉渣、反射炉渣、烟化炉水淬渣或烟化炉未水淬渣。
本发明将铅渣熔化为熔体进行还原反应，在高温条件下将铅锌氧化物还原为气态金属挥发进入烟尘而得到分离，铁还原为金属铁，利用熔体相和渣相密度不同使金属铁在熔体中聚集，分层得到生铁和稳定的弃渣。因铅渣中的磷含量不高，通过缩短熔炼时间控制生铁含磷。
加入氧化钙等造渣剂在还原气氛中与渣相中硫反应生成硫化钙将硫固定在渣相，同时铁相中[S0]被碳还原为(S-)与加入的氧化钙生成硫化钙对生铁进行脱硫。通入惰性气体可抑制返硫。
在还原过程中将原料熔化为液态进行反应可提高还原反应效率并有利于铁相和渣相进行分层，纯铁的熔点为1538℃，本发明熔炼还原温度高于铁的熔点，在1538-1700℃区间进行熔炼还原。铅渣中铁的主要物相为铁硅氧化物((Fe0.914Si0.086)(Fe0.998Si0.002)2O4)和铁橄榄石(Fe2(SiO4)2)，锌的物相为氧化锌和钙锌硅酸盐(Ca2ZnSi2O7)，加入氧化钙或碳酸钙调整渣料的碱度、脱硫和促进铁硅氧化物/铁橄榄石/钙锌硅酸盐的分解还原。由附图1和附图2可见，铅渣中Pb、Zn、Fe在高温下主要以氧化物形态存在。Pb、Zn、Fe的氧化物在温度超过1200℃时被C还原为金属，温度的升高有利于还原反应，熔炼过程中的主要反应如下：
C+CO2＝CO (1)
FeO+C＝CO+Fe (2)
ZnO+C＝CO+Zn (3)
PbO+C＝CO+Pb (4)
ZnO+C＝CO+Zn(g) (5)
PbO+C＝CO+Pb(g) (6)
根据反应(1)-(6)绘制了一氧化碳还原铁铅锌氧化物的平衡图(图3)。图3中在CO平衡曲线下的反应才能进行，对于铅锌铁的还原，反应条件在还原曲线上该反应才能发生。因此当控制反应条件在图3椭圆形所在区域时，式(3)也即还原生成固态Zn的反应不会发生，而式(2)、式(4)、式(5)、式(6)均会发生，也即此时能将铁还原、锌还原为气态、铅还原为气态或固态。金属铅的熔点为327.5℃，当温度高于400℃时，金属铅开始形成蒸汽挥发，且温度升高时铅的挥发速率增加，到1500℃时，熔炼7min铅金属挥发率＞99％。因此控制反应条件在图3椭圆区域，能将铅锌铁还原，且铅锌被还原为气态挥发分离。图3椭圆形区域说明保证合适的一氧化碳浓度，1200-1700℃区间都能将铁还原同时将铅锌氧化物还原为气态金属，但由于此时熔体中有金属铁，金属铁的熔点为1538℃，为保证整个熔体都为液态，本发明将还原温度控制在1538-1700℃。
综上所述，本发明同时实现铅渣中铅锌的回收和铁的回收，具有能耗低、碳耗小、熔炼时间短的特点，在C/Fe为1.6条件下熔炼15min可实现铁的最佳还原。本发明工艺流程短，一步熔池熔炼过程即可实现铅锌铁的还原，同时分离铅锌与铁，并得到生铁产品。本发明除铁的回收率高外，生铁产品质量优，由表1和表2可见生铁中碳的含量达到国家炼铁生铁标准，磷、硫含量达到国家炼钢生铁一级标准，硅的含量达到L04号标准。
附图说明：
图1为本发明MeO合成的吉布斯自由能与温度的关系图；
图2为本发明金属氧化物MeO还原的吉布斯自由能与温度的关系图；
图3为本发明CO还原金属氧化物的平衡图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1：
将水淬铅渣100g磨细至-200目(74um)占90％以上，渣中Zn、Pb、Fe的含量分别为4.28％、0.07％、22.84％，配入石墨粉C/Fe＝1.6，配入氧化钙控制碱度为1.2，混合均匀，通入氮气，在1575℃下熔炼15min，得到铁含量为93.74％的生铁，铁回收率为99.61％。
实施例2：
将未水淬铅渣100g磨细至-200目(74um)占90％以上，渣中Zn、Pb、Fe的含量分别为4.55％、0.02％、30.51％，配入石墨粉C/Fe＝1.6，配入氧化钙控制碱度为1.2，混合均匀，通入氮气，在1575℃下熔炼15min，得到铁含量为94.92％的生铁，铁回收率为96.87％。
实施例3：
将鼓风炉渣100g磨细至-200目(74um)占90％以上，渣中Zn、Pb、Fe的含量分别为12.39％、2.0％、24.10％，配入石墨粉C/Fe＝1.6，配入氧化钙控制碱度为1.2，混合均匀，通入氮气，在1575℃熔炼15min，得到铁含量为93.11％的生铁，铁回收率为98.58％。
由以上实施例可见，本发明方法可有效回收了铅渣中铁，还原熔炼铁回收率为96.87-99.61％，生铁中铁含量为93.11-94.92％。优选条件下生铁中的杂质含量见表1，炼钢生铁国家标准见表2。对比表1和表2可知，本发明优选条件下生铁中C的含量达到炼钢生铁国家标准，P与S的含量达到炼钢生铁一级标准，Si的含量达到L04号标准。
表1铅冶炼渣熔池熔炼生铁中元素含量
表2炼钢生铁国家标准

Claims (12)

1.一种铅渣还原熔炼提铁的方法，其特征在于，将铅渣磨矿后配入还原剂和造渣剂，控制C/Fe摩尔比为1.2-2.0，通入惰性气体在1538-1700℃的条件下进行还原熔炼10-30min；铁还原后得到生铁；铅锌还原后挥发进入烟气。
2.根据权利要求1所述的铅渣还原熔炼提铁的方法，其特征在于，将铅渣磨矿后配入还原剂，控制C/Fe摩尔比为1.6。
3.根据权利要求1或2所述的铅渣还原熔炼提铁的方法，其特征在于，还原剂包括煤、焦炭、生物质或石墨粉。
4.根据权利要求1或2所述的铅渣还原熔炼提铁的方法，其特征在于，高温还原熔炼是在1575℃还原熔炼15min。
5.根据权利要求1所述的铅渣还原熔炼提铁的方法，其特征在于，造渣剂包括：氧化钙、碳酸钙中的一种或两种，造渣剂的用量为不超过反应体系重量的30％。
6.根据权利要求5所述的铅渣还原熔炼提铁的方法，其特征在于，造渣剂的用量为不超过反应体系重量的8-10％。
7.根据权利要求1或5或6所述的铅渣还原熔炼提铁的方法，其特征在于，造渣剂碱度R为0.86-2.0。
8.根据权利要求7所述的铅渣还原熔炼提铁的方法，其特征在于，造渣剂碱度为1.2。
9.根据权利要求1所述的铅渣还原熔炼提铁的方法，其特征在于，惰性气体为氮气或氩气。
10.根据权利要求1或9所述的铅渣还原熔炼提铁的方法，其特征在于，惰性气流量为100-400mL/min。
11.根据权利要求1所述的铅渣还原熔炼提铁的方法，其特征在于，铅锌还原后挥发进入烟气，收尘后得到含氧化铅和氧化锌的粉尘。
12.根据权利要求1所述的铅渣还原熔炼提铁的方法，其特征在于：铅渣为鼓风炉渣、回转窑炉渣、反射炉渣、烟化炉水淬渣或烟化炉未水淬渣。
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