CN105164285A - 用于从含有pgm的铬铁矿中回收pgm和铁铬合金的方法和装置 - Google Patents

用于从含有pgm的铬铁矿中回收pgm和铁铬合金的方法和装置 Download PDF

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Abstract

在一种用于从含有铂族金属的铬铁矿中回收铂族金属和铁铬合金的方法中，制备精矿，所述精矿包含矿石的大部分PGM和铬铁矿，使得精矿进行加热步骤，以便干燥和/或预热该精矿，之后在DC熔炉(14)中在还原条件下熔化已经预热的所述精矿，以便产生包含供料的PGM的熔融金属合金以及包含供料的铬的熔渣，将熔渣从熔炉(14)放出至AC熔渣炉(16)内，在AC熔渣炉(16)中对铁和铬进行还原，以便产生铁铬合金。利用湿法冶金方法从自熔炉(14)放出的金属合金中回收PGM。

Description

用于从含有PGM的铬铁矿中回收PGM和铁铬合金的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于从含有PGM的铬铁矿中回收铂族金属和铁铬合金的方法和装置。
背景技术
世界上已知的铂储量大部分位于南非，南非生产世界上的大部分铂。南非还是世界上最大的铁铬合金单一生产商。铂族金属或者PGM包括铂、铑、钯、钌、铱、锇。PGM经常与铬铁矿一起出现。作为原料，在南非的铂工业日益从传统的Merensky矿脉变化成UG2矿脉。UG2矿脉包含世界上已知的PGM储量的大部分，它还有很高的铬铁矿含量。
在使用基于UG2的原料时，当前的PGM回收方法有一些难题。一个难题是普通的熔炉不能使用包含超过2.5％的Cr的精矿。当铬含量太高时，Cr将在熔炉中产生硬壳，且爆炸的危险很高。当供料的Cr2O3含量太高时，传统的六个成一线的熔炉容易积累高熔点的铬铁矿尖晶石。还有，炉的控制也非常难。而且，当目标是使得铬铁矿与PGM分离时，选矿处理相当复杂。通常，已经通过尽可能地从矿石中除去铬铁矿而对UG2矿石进行选矿，以便在PGM熔炉供料中达到较低的铬铁矿含量。通过浮选而从精矿中完全除去铬铁矿是非常困难的。铬在高于1600℃的温度下熔化，而PGM熔炉在1400-1500℃操作。在供料中存在铬将导致降低炉的还原效率，且铬铁矿还能够损坏熔炉。
南非的铂工业采用的UG2选矿处理产生了大量的含铬铁矿的尾料。铁铬生产商能够使用这些尾料作为原料。南非电力短缺，这是本地生产商不能使用铂工业的全部的含铬铁矿的尾料的原因，但是尾料出口给中国。中国目前建立了大量的铬铁生产能力，这是南非生产商所担心的。本发明的一个目的是提供一种方法，该方法使得南非人能够在他们自己的国家中更完全地利用他们的UG2资源。
已经试图发展了高温冶金方法，该高温冶金方法容许在PGM精矿中的更高的铬铁矿含量。US6699302B1公开了一种用于处理金属硫化物精矿的方法，该金属硫化物精矿包含从以下组中选择的至少一种金属：PGM、镍、钴和锌。该方法包括对金属硫化物精矿进行僵烧，使得僵烧后的精矿在电稳定的开放式电弧炉中在还原条件下熔化，以及从熔化步骤收集呈合金或蒸气形式的金属。铬是不希望有的元素，在转炉中从金属合金中除去它。
尽管US6699302B1的方法能够使用具有高铬含量的原料，但是铬最终由该方法丢弃。而且，该方法只设计成用于硫化物原料。
工业上还没有这样的方法，该方法有效组合从含有PGM的铬铁矿(例如UG2)中回收PGM和铬铁。
发明内容
本发明的目的是消除或至少减少现有技术的问题。
另一目的是提供一种有效利用含有PGM的铬铁矿的新方法。
根据本发明的方法的特征在权利要求1中提出。
根据本发明的装置的特征在权利要求10中提出。
新方法包括：制备精矿，该精矿包含矿石的大部分PGM和铬铁矿；使得精矿进行加热步骤，以便干燥和/或预热该精矿；以及在DC熔炉中在还原条件下熔化精矿，以便产生包含供料的PGM的熔融金属合金以及包含供料的铬的熔渣。将熔渣从熔炉放出至AC熔渣炉内，在AC熔渣炉中进行包含在熔渣中的铁和铬的氧化物的还原，以便产生铁铬合金。
根据本发明的一个实施例，加热步骤另外包括焙烧所述精矿，以便除去包含在精矿中的硫磺和/或挥发物。
根据本发明的一个实施例，通过助熔剂来控制熔渣特性。
优选是，所述方法还包括将助熔剂和/或还原剂添加至熔炉和/或熔渣炉内。
根据本发明的一个实施例，通过添加还原剂来控制在熔炉和/或熔渣炉中的还原条件。
根据本发明的一个实施例，通过添加助熔剂来控制在熔炉和/或熔渣炉中的熔渣特性。
优选是，从熔炉中放出的熔融金属合金，然后通过湿法冶金处理或湿法冶金处理与高温冶金处理的组合而从该金属合金中回收PGM。
根据本发明的一个实施例，将熔融金属合金从熔炉放出至Peirce-Smith转炉中，然后使得吹炼的金属合金进行雾化和湿法冶金处理步骤。
根据本发明的另一实施例，将熔融金属合金从熔炉直接放出至雾化器，然后使得雾化的金属合金进行湿法冶金处理步骤。
新装置包括：DC熔炉，用于产生包含供料的PGM的熔融金属合金和包含供料的铬的熔渣；以及AC熔渣炉，用于由从DC熔炉中放出的熔渣来产生铁铬合金。
根据本发明的一个实施例，所述装置还包括加热单元，用于在将精矿供给熔炉之前干燥和/或预热该精矿。该加热单元优选是从以下组中选择：流化床反应器、回转窑、干燥塔或类似装置。
熔渣炉能够是敞式交流电炉或类似装置。
根据本发明的一个实施例，所述装置还包括Peirce-Smith转炉，用于从由熔炉放出的熔融金属合金中除去铁。
根据本发明的另一实施例，所述装置还包括雾化器，用于使得从熔炉或从转炉放出的熔融金属合金雾化。
代替使用来自PGM选矿器的尾料，本发明提出使用来自PGM熔炉的熔渣作为铁铬合金生产的原料。根据新方法，同时产生PGM和铁铬合金，这使得原料的使用有灵活性，并使得包含PGM和铬铁矿的矿石的选矿更容易。该方法与当前的回收方法相比还节省能量。包含铁铬合金的熔渣部分在引入铁铬合金处理之前不需要冷却和重新加热。
本发明能够通过控制在熔炉中还原多少铁来调节在铁铬合金中的Cr/Fe比率。通常使用的纯UG2导致Cr/Fe比率为大约1.35，这意味着在铁铬合金中Cr含量低于50％。铁铬合金的最终用户(即不锈钢工厂)喜欢更高的Cr含量。
附图说明
包含为用于进一步理解本发明和构成说明书的一部分的附图表示了本发明的实施例，并与说明书一起帮助解释本发明的原理。
图1是表示根据本发明的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
对含有PGM的铬铁矿进行细磨，以便释放PGM颗粒。在选矿器10中对已经细磨的矿石进行选矿，在该选矿器10中，目标是除去脉石，同时使得铁、铬、基础金属和PGM保留在精矿中。该方法与当前在PGM回收中使用的选矿方法相比更简单，因为不需要使得铬和铁与基础金属和PGM分离。
在加热单元12中对精矿进行热处理，其中，在将精矿供给熔炉14之前对精矿进行干燥(当需要时)和可能地预热。加热单元12能够例如是流化床反应器、回转窑或者干燥塔。当原料包含大量的硫化物和/或挥发物时，能够在加热单元12中进行焙烧，以便使金属硫化物氧化。在随后的熔炉和熔渣炉14、16中产生的CO气体能够用作加热单元12中的热源。
预热的精矿作为供料而装载至DC熔炉14中。同时，含碳的还原剂(例如无烟煤或焦炭)装载至熔炉14。当需要时还可以装入助熔剂。
在DC熔炉14中，精矿熔化，且包含在供料中的PGM、基础金属和一部分铁还原成元素金属，该元素金属在更轻的熔渣相下面分离成熔融的金属合金。不过，大部分的供料进入熔渣相中。例如，供料中的全部Cr以及大部分Fe、Al2O3、SiO2、MgO和CaO进入熔渣相中。通过控制装载至炉14中的碳的量来对在熔炉14中的还原进行限制。目标只是使得PGM与一部分铁一起变成金属相。铁液滴捕获PGM和其它基础金属，从而形成熔融的金属合金。Ni和Cu也能够存在于在熔炉14中产生的熔融金属合金中。
在直流电(DC)熔炉14中，装载的材料直接暴露于电弧中，在阴极和阳极之间的电流经过所述装载的材料。能量由等离子体开弧来供给。在熔炉14中的温度相对较高，这是反应快速的原因。等离子体电弧搅动熔渣相，并产生较强电流，这进一步促进了反应。在封闭的炉中产生一氧化碳气体。使用DC熔炉的一个更大优点是它允许装入细磨材料。
将液体熔渣从DC熔炉14放出至AC熔渣炉16。将液体金属合金从DC熔炉14的底部放出至在高温冶金和/或湿法冶金处理中的进一步精炼步骤。
优选是，熔渣炉16是敞式交流电炉，其中，电极埋入块状材料的装料中，该块状材料包括从DC熔炉接收的熔渣。含碳的还原剂和助熔剂装载至AC炉中，以便控制还原反应并优化熔渣的量和质量。普通的铁铬合金炉操作包括将铁和铬的氧化物还原成金属相。所形成的熔渣主要包含Al2O3、MgO、CaO和SiO2。从熔渣炉16接收的金属合金包含Fe、Cr、一些C和Si。供料的全部其余部分保留在熔渣中。从熔渣炉16接收的产品是铁铬合金金属和熔渣。通常，从AC熔渣炉16放出的熔渣的温度是1650-1750℃，从AC熔渣炉16放出的铁铬合金的温度是1550-1600℃。
从熔炉14放出的、富含PGM的金属合金能够直接通向湿法冶金处理步骤，或者能够在其通向湿法冶金处理之前在Peirce-Smith转炉18中对其进行吹炼。吹炼的目的是从金属合金中除去铁和其它杂质。PGM的回收例如能够包括在雾化器20中进行雾化以及滤取。
本发明的基本思想是在DC熔炉14中熔化精矿，其中，对PGM进行还原，然后在单独的AC熔渣炉16中由DC熔炉的熔渣来产生FeCr合金。这对于原料提供了灵活性，并简化了选矿处理10。
新方法的优点包括在前的选矿处理简单，因为不需要在早期阶段除去铬铁矿。因为FeCr和PGM同时产生，因此需要更少的选矿、冷却和熔化，且处理过程更有能量效率。所述处理的安全性提高，因为没有硬壳形成或爆炸的危险。对于原料的限制更少，且没有对于供料的Cr含量的限制。在处理中没有Cr或PGM的损失。
本领域技术人员显然知道，通过技术的进步，本发明的基本思想可以以多种方式来实施。因此，本发明和它的实施例并不局限于上述实例，而是它们可以在权利要求的范围内变化。

Claims (14)

1.一种用于从含有PGM的铬铁矿中回收铂族金属和铬铁的方法，包括以下步骤：
制备精矿，所述精矿包含矿石的大部分PGM和铬铁矿；
使得精矿进行加热步骤，以便干燥和/或预热该精矿；
在DC熔炉(14)中在还原条件下熔化所述精矿，以便产生包含供料的PGM的熔融金属合金以及包含供料的铬的熔渣；
将熔渣从熔炉(14)放出至AC熔渣炉(16)内；
在AC熔渣炉(16)中对包含在熔渣中的铁和铬的氧化物进行还原，以便产生铬铁合金。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述加热步骤还包括焙烧所述精矿，以便除去包含在精矿中的硫和/或挥发物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：通过助熔剂来控制熔渣特性。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，还包括：将助熔剂和/或还原剂添加至熔炉(14)和/或熔渣炉(16)内。
5.根据权利要求4所述的方法，其中：通过添加还原剂来控制在熔炉(14)和/或熔渣炉(16)中的还原条件。
6.根据权利要求3至5中任意一项所述的方法，其中：通过添加助熔剂来控制在熔炉(14)和/或熔渣炉(16)中的熔渣特性。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，还包括：从熔炉(14)中放出熔融金属合金，并从该金属合金中回收PGM。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：将熔融金属合金从熔炉(14)放出至Peirce-Smith转炉(18)中和/或使得已经吹炼的金属合金进行雾化和湿法冶金处理步骤。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括：将熔融金属合金从熔炉(14)放出至雾化器(20)，并使得已经雾化的金属合金进行湿法冶金处理步骤。
10.一种用于从含有PGM和铬铁矿的精矿中回收铂族金属和铬铁的装置，包括：DC熔炉(14)，用于产生包含供料的PGM的熔融金属合金和包含供料的铬的熔渣；以及AC熔渣炉(16)，用于由从DC熔炉(14)中放出的熔渣来产生铬铁合金。
11.根据权利要求10所述的装置，还包括：加热单元(12)，用于在将精矿供给到熔炉(14)之前干燥和/或预热该精矿，该加热单元(12)从以下组中选择：流化床反应器、回转窑、干燥塔或类似装置。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其中：熔渣炉(14)是敞式交流电炉或类似装置。
13.根据权利要求10至12中任意一项所述的装置，还包括：Peirce-Smith转炉(18)，用于从由熔炉(14)放出的熔融金属合金中除去铁。
14.根据权利要求10至13中任意一项所述的装置，还包括：雾化器(20)，用于使得从熔炉(14)或从转炉(18)放出的熔融金属合金雾化。
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