CN106673682B - 一种利用固废生产铁合金和耐火材料的方法 - Google Patents

一种利用固废生产铁合金和耐火材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于固废处理领域，特别涉及一种利用固废生产铁合金和耐火材料的方法，包括以下步骤:(1)原料预处理：将铬渣、还原剂进行破碎处理，对赤泥进行烘干处理；(2)配料：将铬渣、还原剂、赤泥均匀混合；(3)还原熔炼：将混合好的配料加入到还原熔炼炉即矿热炉中熔炼，熔炼完成后，铬铁水和炉渣都在炉子的下部取出；(4)炉渣处理：将炉渣进行粒化处理，得到3mm以下的颗粒，然后再进行磨碎，制备成粒度小于150目的耐火材料原料。本发明的方法具有处理固废的工艺流程短、固废利用的附加值高、节能环保的特点，同时具有很大的发展潜力。

Description

一种利用固废生产铁合金和耐火材料的方法
技术领域
本发明涉及固废处理领域，特别提供了一种利用固废生产铁合金和耐火材料的方法。
背景技术
铝热还原法炼铬产生的铬渣可以作为二次资源利用，目前对铝热还原法练铬产生的铬渣的处理方法主要有两个途径，一种是直接再进行冶炼生产金属铬，一种是直接使用作为生产耐材的一种材料；对于拜耳法生产氧化铝产生的赤泥，由于含铁量高，除了直接使用于建材的制备，还可以从中提取铁资源、铝资源，目前的提取方法有先提取铁后提取铝的方法，也有先提取铝后提取铁的方法。
专利CN103896609A，一种铬刚玉料及其生产方法中直接使用铬渣作为生产原料制备铬刚玉料，其方法是：将铬渣与氧化铝、石焦油和氟化铝进行混合处理，得到铬刚玉料，此方法解决了铝铬渣固体废弃物的排放问题，但是此方法仅仅用于解决铬渣废弃物，并未解决赤泥的排放问题。
现有技术主要集中在对铬渣和赤泥的分别处理方面，并没有将其综合考虑处理，也没有高附加值的处理工艺。
基于上述问题，本发明提出一种利用固废生产铁合金和耐火材料的方法，将铬渣与赤泥同时作为原料进行熔炼，而两种固废渣的综合利用能够生产出高附加值的铬铁和耐火材料，这种方法将固废的处理提高到一个新台阶。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种利用固废生产铁合金和耐火材料的方法，通过将铝热还原法炼铬产生的铬渣和拜耳法生产氧化铝产生的赤泥混合熔炼，提高了铬渣和赤泥两种固废的综合利用效率。
本发明的技术方案是：
一种利用固废生产铁合金和耐火材料的方法，包括以下步骤：
(1)原料预处理：将铬渣、还原剂进行破碎处理，对赤泥进行烘干处理；
(2)配料：将铬渣、还原剂、赤泥均匀混合；
(3)还原熔炼：将混合好的配料加入到还原熔炼炉即矿热炉中熔炼，熔炼完成后，铬铁水和炉渣都在炉子的下部取出；
(4)炉渣处理：将炉渣进行粒化处理，得到3mm以下的颗粒，然后再进行磨碎，制备成粒度小于150目的耐火材料原料。
本发明原料预处理中，破碎后的原料可以保证原料的熔炼过程中还原反应的充分，烘干后的原料在冶炼过程中可以保证降低冶炼能耗、提高冶炼效率。
本发明配料的目的是为了保证铁、铬等金属的有效还原，同时，保证熔炼渣的成分能够达到生产耐火材料的要求。
本发明还原熔炼过程不仅保证铁、铬等金属的有效还原和熔化，同时，也保证了熔渣的生成以及渣铁的分离。
本发明炉渣处理主要是将炉渣处理到合适的粒度，能够作为耐火材料的原料使用。
根据炉渣成分，可以直接浇筑成高铝耐火砖，也可以通过气冷形成小颗粒耐火原料、空心耐火材料，也可以直接生产成岩棉原料。铬铁水进行铸造得到铬铁块，用于不锈钢生产的原料，铬铁中碳含量小于10％。
进一步的，步骤(1)中铬渣为铝热还原法炼铬产生，赤泥为拜耳法生产氧化铝产生，还原剂为焦炭、兰炭、煤粉、焦油或铝粒中的一种或几种混合。
进一步的，步骤(1)中铬渣的主要成分为：Cr2O3：7-20％，Al2O3：75-90％，CaO：1-5％，Na2O：0.5-5％；
赤泥的主要成分为：Fe2O3：18-35％，Al2O3:15-30％，SiO2：10-25％，CaO：3-10％，Na2O：3-12％，TiO2：1-8％；
上述组分为质量百分比，且上述组分之和为100％。
进一步的，步骤(1)中铬渣的粒径小于40mm，还原剂粒径在10-50mm之间的比例大于90％，赤泥中水分的质量百分含量小于1％。
进一步的，步骤(2)中铬渣、赤泥、还原剂的添加比例为1：(0.5～1.5):(0.12～0.16)，上述比例为质量比。
还原剂的添加量需要保证铬渣中的铬氧化物和赤泥中的铁氧化物充分还原，即还原剂的配加量为化学反应还原铬氧化物和铁氧化物理论所需量的1-1.5倍；
进一步的，步骤(2)配料中还添加炉渣调节剂，炉渣调节剂为石英石、铝土矿或石灰石中的一种或几种混合，炉渣调节剂的添加量占铬渣、赤泥、还原剂及炉渣调节剂总质量的0-30％，调节剂的作用是调节炉渣的成分、碱度，使最终的熔渣能够达到耐火材料的需求。
进一步的，炉渣调节剂的粒径小于40mm，炉渣调节剂中水分的质量百分含量小于1％。
进一步的，炉渣调节剂为石英石，SiO2含量大于90％；所述炉渣调节剂为铝土矿，Al2O3含量范围为40-70％；炉渣调节剂为石灰石，CaO含量范围为40-55％。
进一步的，步骤(3)所生成的铬铁水中包括：Fe：25～95％，Cr：10～74％，C：1～5％，上述含量为质量百分比，且上述组分之和为100％。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明实现了铬渣和赤泥两种固废的综合利用；
(2)本发明中将两个固废混合处理生产铬铁合金和耐材两种产品，提高了固废的利用价值；
(3)固废综合利用不会产生二次污染，环境友好；
(4)本发明工艺流程短、固废利用的附加值高、节能环保的特点，同时具有很大的发展潜力。
附图说明
图1是一种利用固废生产铁合金和耐火材料的工艺图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
实施例中采用的铬渣和赤泥主要成分如下：
(1)铬渣，Cr2O3：13.08％，Al2O3：80.97％，CaO：3.62％，Na2O：1.36％。
(2)赤泥，Fe2O3：28％，Al2O3:23％，SiO2：21％，CaO：6.3％，Na2O：8.5％，TiO2：2.3％。
实施例1
本实施例中还原剂采用焦炭，焦炭的固定碳含量在85％；炉渣调节剂为铝土矿，其中Al2O3含量为52％。
如图1所示，首先进行原料预处理，将大块状的原始铬渣破碎到粒径小于40mm的小块；烘干后的赤泥水分含量小于1％；焦炭粒度在10-50mm之间的比例应该大于90％；铝土矿的粒度小于40mm，水分含量小于1％；然后，将1份铬渣，0.5份赤泥，0.12份焦炭和0.2份铝土矿混合均匀；再将混合料加入到矿热炉中，混合料中的铬氧化物和铁氧化物被焦炭还原，最终生成铬铁进行铸造，得到铬铁块。
铬铁成分为：Fe：35％～50％，Cr：30％～44％，C：1％～5％；得到的炉渣主要成分为：Al2O3：70％～84％，SiO2：3％～9％，CaO：1％～5％，MgO：0.1％～0.9％，炉渣经过粒化后得到3mm以下的颗粒，然后再进行磨碎制备成粒度小于150目的耐火材料原料。
实施例2
本实施例中还原剂采用焦炭，焦炭的固定碳含量在85％；炉渣调节剂为石灰石，其中CaO含量为49％。
如图1所示，首先进行原料预处理，将大块状的原始铬渣破碎到粒径小于40mm的小块；烘干后的赤泥水分含量小于1％；焦炭粒度在10-50mm之间的比例应该大于90％；石灰石的粒度小于40mm，水分含量小于1％；然后，将1份铬渣，1.5份赤泥，0.16份焦炭和0.3份石灰石混合均匀；再将混合料加入到矿热炉中，混合料中的铬氧化物和铁氧化物被焦炭还原，最终生成铬铁进行铸造，得到铬铁块。
铬铁成分为：Fe：55～75％，Cr：12～22％，C：1～5％；得到的炉渣主要成分为：Al2O3：55～64％，SiO2：10～17％，CaO：5～15％，MgO：0.1～1％，TiO2：0.8～1.9％，炉渣经过粒化后得到3mm以下的颗粒，然后再进行磨碎制备成粒度小于150目的耐火材料原料。
此方法还可用于其它固废相互组合回收有价金属并制备耐火材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种利用固废生产铁合金和耐火材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原料预处理：将铬渣、还原剂进行破碎处理，对赤泥进行烘干处理；
(2)配料：将铬渣、还原剂、赤泥均匀混合；
(3)还原熔炼：将混合好的配料加入到还原熔炼炉即矿热炉中熔炼，熔炼完成后，铬铁水和炉渣都在炉子的下部取出；
(4)炉渣处理：将炉渣进行粒化处理，得到3mm以下的颗粒，然后再进行磨碎，制备成粒度小于150目的耐火材料原料；
所述步骤(1)中铬渣为铝热还原法炼铬产生，赤泥为拜耳法生产氧化铝产生，还原剂为焦炭、兰炭、煤粉、焦油或铝粒中的一种或几种混合；
所述步骤(1)中铬渣的主要成分为：Cr2O3：7-20％，Al2O3：75-90％，CaO：1-5％，Na2O：0.5-5％；赤泥的主要成分为：Fe2O3：18-35％，Al2O3:15-30％，SiO2：10-25％，CaO：3-10％，Na2O：3-12％，TiO2：1-8％；上述组分为质量百分比，且上述组分之和为100％；
所述步骤(2)中铬渣、赤泥、还原剂的添加比例为1：(0.5～1.5):(0.12～0.16)，上述比例为质量比；还原剂的添加量需要保证铬渣中的铬氧化物和赤泥中的铁氧化物充分还原，即还原剂的配加量为化学反应还原铬氧化物和铁氧化物理论所需量的1-1.5倍；
所述步骤(3)所生成的铬铁水中包括：Fe：25～95％，Cr：10～74％，C：1～5％，上述含量为质量百分比，且上述组分之和为100％；
所述步骤(1)中铬渣的粒径小于40mm，还原剂粒径在10-50mm之间的比例大于90％，赤泥中水分的质量百分含量小于1％；
所述步骤(2)配料中还添加炉渣调节剂，所述炉渣调节剂为石英石、铝土矿或石灰石中的一种或几种混合，所述炉渣调节剂的添加量占铬渣、赤泥、还原剂及炉渣调节剂总质量的0-30％；
所述炉渣调节剂的粒径小于40mm，炉渣调节剂中水分的质量百分含量小于1％；
所述炉渣调节剂为石英石，SiO2含量大于90％；所述炉渣调节剂为铝土矿，Al2O3含量范围为40-70％；炉渣调节剂为石灰石，CaO含量范围为40-55％；
所述炉渣直接浇筑成高铝耐火砖，通过气冷形成小颗粒耐火原料、空心耐火材料，或直接生产成岩棉原料；
所述铬铁水进行铸造得到铬铁块，用于不锈钢生产的原料，铬铁中碳含量小于10％。
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