CN104946840A - 利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法 - Google Patents

利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法 Download PDF

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崔雅茹
赵俊学
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Abstract

本发明公开了一种利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法，包括以下步骤：1)取含铁有色冶炼渣、还原剂、钙质溶剂及Al2O3，再将含铁有色冶炼渣破碎后加入还原剂、钙质溶剂及Al2O3，得入炉原料，然后将入炉原料压块后放置到炉中，并在还原性气氛下还原和焙烧反应；2)将步骤1)中还原和焙烧反应的产物依次进行冷却、破碎及磁选，得直接还原铁和胶凝性材料。本发明能够通过含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料。

Description

利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法
技术领域
本发明属于废弃物综合利用技术领域，涉及一种制备直接还原铁和胶凝性材料的方法，具体涉及一种利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法。
背景技术
目前，我国在有色金属生产过程中，产生了大量的含铁有色废渣，由于其金属品味太低，致使传统的处理方法出现成本高、环境污染严重等弊端。这就导致了大量的有色金属渣长期堆置而无法被利用。由于有色金属渣中大多含有有色金属，腐蚀性极高，再加上长期的露天堆置过程中，经自然风化和雨淋，废渣中的有色金属元素就容易释放到周围环境中，这样不仅对周边的生态环境造成了不可估量的严重污染，而且浪费了大量的有价金属资源。仅从提铁方面来看，我国目前铁矿石的开采品味一般在10％～30％，有色冶炼渣中的铁含量远远高于我国实际开采的品味，但由于有色冶炼渣中的铁主要以硅酸铁玻璃及硅酸铁矿物的形式存在，采用传统的选矿方法不能经济的将其中的铁富集到有市场价值的铁精矿粉的品味，也不能简单地用高炉炼铁的方法进行还原提铁。渣中同时含有SiO2、MgO、CaO、Al2O3等组元，这与水泥熟料的主要成分与相近，基于大量的有色冶炼渣，开发一种在处理有色冶炼渣的时候能够将其中的铁与脉石成分同时综合利用的方法这不仅与我国大力推进可持续发展与建立环境节约型工业政策相符，更为冶金企业与水泥产业做出极大贡献，但当前社会中对铁和胶凝性材料的需要较大，如何通过含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料已经成为行业的重大问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法，该方法能够通过含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料。
为达到上述目的，本发明所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法包括以下步骤：
1)取含铁有色冶炼渣、还原剂、钙质溶剂及Al2O3，再将含铁有色冶炼渣破碎后加入还原剂、钙质溶剂及Al2O3，得入炉原料，然后将入炉原料压块后放置到炉中，并在还原性气氛下还原和焙烧反应；
2)将步骤1)中还原和焙烧反应的产物依次进行冷却、破碎及磁选，得直接还原铁和胶凝性材料。
步骤1)中将含铁有色冶炼渣破碎至粒径小于等于200目后加入Al2O3、还原剂和钙质溶剂。
步骤1)中入炉原料的碱度值为2.2-3.5。
入炉原料中铁与单质碳的物质的量之比为1:1.3-3，入炉原料中硅与钙的物质的量之比为1:2.2-3.5。
所述还原剂为焦粉、褐煤、烟煤及无烟煤中的一种或几种按任意比例的混合物。
所述钙质溶剂为石灰石、石灰、碳酸钠、萤石及硫酸钙中的一种或几中按任意比例的混合物。
步骤1)中将入炉原料压块后放置到炉中进行还原和焙烧反应的具体操作为：将入炉原料压块后放置到电阻炉以速率为10℃/min升温至1400℃-1480℃，再保温烧结60min-120min。
步骤2)中的胶凝性材料中含有Ca3SiO5及Ca2SiO4，且Ca3SiO5及Ca2SiO4的质量和占胶凝性材料的质量的比例大于等于90％。
所述含铁有色冶炼渣为镍冶炼渣或铜冶炼渣。
本发明具有以下有益效果：
本发明利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法在利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的过程中，以含铁有色冶炼渣、Al2O3、还原剂及钙质溶剂为原料通过在还原性气氛下进行还原和焙烧反应生成直接还原铁和胶凝性材料，从而高效的利用含铁有色冶炼渣中的各元素，与现有的有色冶炼渣提铁方法比较，具有无固废，环境友好，工序简单的特点，另外，本发明开发出含铁有色冶炼渣的新用途，大大提高了含铁有色冶炼渣的利用效果，最终为产物单质直接还原铁和胶凝性材料两种有用产物，增加额外经济收入。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明镍渣的XRD图；
图3为还原和焙烧反应的产物的XRD图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例一
本发明所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法包括以下步骤：
1)取铜冶炼渣、Al2O3、焦粉、以及石灰石、石灰、碳酸钠、萤石及硫酸钙按任意比例混合的混合物，再将铜冶炼渣破碎后加入Al2O3、焦粉、以及石灰石、石灰、碳酸钠、萤石及硫酸钙按任意比例混合的混合物，得入炉原料，然后将入炉原料压块后放置到炉中，并在还原性气氛下还原和焙烧反应；
2)将步骤1)中还原和焙烧反应的产物依次进行冷却、破碎及磁选，得直接还原铁和胶凝性材料。
步骤1)中将铜冶炼渣破碎至粒径小于等于200目后加入Al2O3、焦粉、以及石灰石、石灰、碳酸钠、萤石及硫酸钙按任意比例混合的混合物。
步骤1)中入炉原料的碱度值为2.2。
入炉原料中铁与单质碳的物质的量之比为1:1.3，入炉原料中硅与钙的物质的量之比为1:2.2。
步骤1)中将入炉原料压块后放置到炉中进行还原和焙烧反应的具体操作为：将入炉原料压块后放置到电阻炉以速率为10℃/min升温至1480℃，再保温烧结60min。
实施例二
本发明所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法包括以下步骤：
1)取铜冶炼渣、Al2O3、褐煤、以及石灰石、石灰、碳酸钠及萤石按任意比例混合的混合物，再将铜冶炼渣破碎后加入Al2O3、褐煤、以及石灰石、石灰、碳酸钠及萤石按任意比例混合的混合物，得入炉原料，然后将入炉原料压块后放置到炉中，并在还原性气氛下还原和焙烧反应；
2)将步骤1)中还原和焙烧反应的产物依次进行冷却、破碎及磁选，得直接还原铁和胶凝性材料。
步骤1)中将铜冶炼渣破碎至粒径小于等于200目后加入Al2O3、褐煤、以及石灰石、石灰、碳酸钠及萤石按任意比例混合的混合物。
步骤1)中入炉原料的碱度值为3.5。
入炉原料中铁与单质碳的物质的量之比为1:3，入炉原料中硅与钙的物质的量之比为1:3.5。
步骤1)中将入炉原料压块后放置到炉中进行还原和焙烧反应的具体操作为：将入炉原料压块后放置到电阻炉以速率为10℃/min升温至1400℃，再保温烧结120min。
实施例三
本发明所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法包括以下步骤：
1)取镍冶炼渣、Al2O3、烟煤、以及石灰石、石灰及碳酸钠按任意比例混合的混合物，再将镍冶炼渣破碎后加入Al2O3、烟煤、以及石灰石、石灰及碳酸钠按任意比例混合的混合物，得入炉原料，然后将入炉原料压块后放置到炉中，并在还原性气氛下还原和焙烧反应；
2)将步骤1)中还原和焙烧反应的产物依次进行冷却、破碎及磁选，得直接还原铁和胶凝性材料。
步骤1)中将镍冶炼渣破碎至粒径小于等于200目后加入Al2O3、烟煤、以及石灰石、石灰及碳酸钠按任意比例混合的混合物。
步骤1)中入炉原料的碱度值为2.3。
入炉原料中铁与单质碳的物质的量之比为1:1.5，入炉原料中硅与钙的物质的量之比为1:2.3。
步骤1)中将入炉原料压块后放置到炉中进行还原和焙烧反应的具体操作为：将入炉原料压块后放置到电阻炉以速率为10℃/min升温至1420℃，再保温烧结70min。
实施例四
本发明所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法包括以下步骤：
1)取镍冶炼渣、无烟煤、Al2O3、以及石灰石及石灰按任意比例混合的混合物，再将镍冶炼渣破碎后加入无烟煤、Al2O3、以及石灰石及石灰按任意比例混合的混合物，得入炉原料，然后将入炉原料压块后放置到炉中，并在还原性气氛下还原和焙烧反应；
2)将步骤1)中还原和焙烧反应的产物依次进行冷却、破碎及磁选，得直接还原铁和胶凝性材料。
步骤1)中将镍冶炼渣破碎至粒径小于等于200目后加入无烟煤、Al2O3、以及石灰石及石灰按任意比例混合的混合物。
步骤1)中入炉原料的碱度值为2.5。
入炉原料中铁与单质碳的物质的量之比为1:1.8，入炉原料中硅与钙的物质的量之比为1:2.5。
步骤1)中将入炉原料压块后放置到炉中进行还原和焙烧反应的具体操作为：将入炉原料压块后放置到电阻炉以速率为10℃/min升温至1460℃，再保温烧结80min。
实施例五
本发明所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法包括以下步骤：
1)取镍冶炼渣、硫酸钙、Al2O3、以及焦粉及褐煤按任意比例混合的混合物，再将镍冶炼渣破碎后加入硫酸钙、Al2O3、以及焦粉及褐煤按任意比例混合的混合物，得入炉原料，然后将入炉原料压块后放置到炉中，并在还原性气氛下还原和焙烧反应；
2)将步骤1)中还原和焙烧反应的产物依次进行冷却、破碎及磁选，得直接还原铁和胶凝性材料。
步骤1)中将镍冶炼渣破碎至粒径小于等于200目后加入硫酸钙、Al2O3、以及焦粉及褐煤按任意比例混合的混合物。
步骤1)中入炉原料的碱度值为2.6。
入炉原料中铁与单质碳的物质的量之比为1:2.2，入炉原料中硅与钙的物质的量之比为1:2.6。
步骤1)中将入炉原料压块后放置到炉中进行还原和焙烧反应的具体操作为：将入炉原料压块后放置到电阻炉以速率为10℃/min升温至1460℃，再保温烧结90min。
实施例六
本发明所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法包括以下步骤：
1)取镍冶炼渣、萤石、Al2O3、以及焦粉、褐煤及烟煤按任意比例混合的混合物，再将镍冶炼渣破碎后加入萤石、Al2O3、以及焦粉、褐煤及烟煤按任意比例混合的混合物，得入炉原料，然后将入炉原料压块后放置到炉中，并在还原性气氛下还原和焙烧反应；
2)将步骤1)中还原和焙烧反应的产物依次进行冷却、破碎及磁选，得直接还原铁和胶凝性材料。
步骤1)中将镍冶炼渣破碎至粒径小于等于200目后加入萤石、Al2O3、以及焦粉、褐煤及烟煤按任意比例混合的混合物。
步骤1)中入炉原料的碱度值为2.8。
入炉原料中铁与单质碳的物质的量之比为1:2.6，入炉原料中硅与钙的物质的量之比为1:2.8。
步骤1)中将入炉原料压块后放置到炉中进行还原和焙烧反应的具体操作为：将入炉原料压块后放置到电阻炉以速率为10℃/min升温至1460℃，再保温烧结100min。
实施例七
本发明所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法包括以下步骤：
1)取镍冶炼渣、碳酸钠、Al2O3、以及焦粉、褐煤、烟煤及无烟煤按任意比例混合的混合物，再将镍冶炼渣破碎后加入碳酸钠、Al2O3、以及焦粉、褐煤、烟煤及无烟煤按任意比例混合的混合物，得入炉原料，然后将入炉原料压块后放置到炉中，并在还原性气氛下还原和焙烧反应；
2)将步骤1)中还原和焙烧反应的产物依次进行冷却、破碎及磁选，得直接还原铁和胶凝性材料。
步骤1)中将镍冶炼渣破碎至粒径小于等于200目后加入碳酸钠、Al2O3、以及焦粉、褐煤、烟煤及无烟煤按任意比例混合的混合物。
步骤1)中入炉原料的碱度值为3.1。
入炉原料中铁与单质碳的物质的量之比为1:2.8，入炉原料中硅与钙的物质的量之比为1:3.1。
步骤1)中将入炉原料压块后放置到炉中进行还原和焙烧反应的具体操作为：将入炉原料压块后放置到电阻炉以速率为10℃/min升温至1470℃，再保温烧结100min。
实施例八
本发明所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法包括以下步骤：
1)取镍冶炼渣、烟煤、石灰及Al2O3，再将镍冶炼渣破碎后加入烟煤、石灰及Al2O3，得入炉原料，然后将入炉原料压块后放置到炉中，并在还原性气氛下还原和焙烧反应；
2)将步骤1)中还原和焙烧反应的产物依次进行冷却、破碎及磁选，得直接还原铁和胶凝性材料。
步骤1)中将镍冶炼渣破碎至粒径小于等于200目后加入Al2O3、烟煤和石灰。
步骤1)中入炉原料的碱度值为3.3。
入炉原料中铁与单质碳的物质的量之比为1:2.9，入炉原料中硅与钙的物质的量之比为1:3.3。
步骤1)中将入炉原料压块后放置到炉中进行还原和焙烧反应的具体操作为：将入炉原料压块后放置到电阻炉以速率为10℃/min升温至1475℃，再保温烧结115min。
实施例九
本发明所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法包括以下步骤：
1)取镍冶炼渣、焦粉、石灰石及Al2O3，再将镍冶炼渣破碎后加入焦粉、石灰石及Al2O3，得入炉原料，然后将入炉原料压块后放置到炉中，并在还原性气氛下还原和焙烧反应；
2)将步骤1)中还原和焙烧反应的产物依次进行冷却、破碎及磁选，得直接还原铁和胶凝性材料。
步骤1)中将镍冶炼渣破碎至粒径小于等于200目后加入Al2O3、焦粉和石灰石。
步骤1)中入炉原料的碱度值为3.4。
入炉原料中铁与单质碳的物质的量之比为1:2.8，入炉原料中硅与钙的物质的量之比为1:3.4。
步骤1)中将入炉原料压块后放置到炉中进行还原和焙烧反应的具体操作为：将入炉原料压块后放置到电阻炉以速率为10℃/min升温至1410℃，再保温烧结65min。
对步骤2)中破碎后产物进行XRD分析，通过XRD分析所得产物为直接还原铁和胶凝性材料，其中胶凝性材料主要为Ca3SiO5、Ca2SiO4，Ca3SiO5及Ca2SiO4的质量和占胶凝性材料的质量的比例大于等于90％。

Claims (9)

1.一种利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取含铁有色冶炼渣、还原剂、钙质溶剂及Al2O3，再将含铁有色冶炼渣破碎后加入还原剂、钙质溶剂及Al2O3，得入炉原料，然后将入炉原料压块后放置到炉中，并在还原性气氛下还原和焙烧反应；
2)将步骤1)中还原和焙烧反应的产物依次进行冷却、破碎及磁选，得直接还原铁和胶凝性材料。
2.根据权利要求1所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法，其特征在于，步骤1)中将含铁有色冶炼渣破碎至粒径小于等于200目后加入Al2O3、还原剂和钙质溶剂。
3.根据权利要求1所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法，其特征在于，步骤1)中入炉原料的碱度值为2.2-3.5。
4.根据权利要求1所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法，其特征在于，入炉原料中铁与单质碳的物质的量之比为1:1.3-3，入炉原料中硅与钙的物质的量之比为1:2.2-3.5。
5.根据权利要求1所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法，其特征在于，所述还原剂为焦粉、褐煤、烟煤及无烟煤中的一种或几种按任意比例的混合物。
6.根据权利要求1所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法，其特征在于，所述钙质溶剂为石灰石、石灰、碳酸钠、萤石及硫酸钙中的一种或几中按任意比例的混合物。
7.根据权利要求1所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法，其特征在于，步骤1)中将入炉原料压块后放置到炉中进行还原和焙烧反应的具体操作为：将入炉原料压块后放置到电阻炉以速率为10℃/min升温至1400℃-1480℃，再保温烧结60min-120min。
8.根据权利要求1所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法，其特征在于，步骤2)中的胶凝性材料中含有Ca3SiO5及Ca2SiO4，且Ca3SiO5及Ca2SiO4的质量和占胶凝性材料的质量的比例大于等于90％。
9.根据权利要求1所述的利用含铁有色冶炼渣制备直接还原铁和胶凝性材料的方法，其特征在于，所述含铁有色冶炼渣为镍冶炼渣或铜冶炼渣。
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