CN107354358A - 制备高碳铬铁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了制备高碳铬铁的方法，包括：将铬铁矿、镍铁渣和焦炭进行混合，以便得到混合物料；将所述混合物料供给至电炉中进行冶炼，以便获得高碳铬铁并产生铬渣。本发明制备高碳铬铁的方法利用镍铁渣替代硅石和白云石作为电炉冶炼高碳铬铁的助熔剂，一方面可以有效制备得到高碳铬铁，另一方面镍铁渣中的氧化铁在电炉冶炼过程中也会被还原得到回收利用，实现镍铁渣中氧化镁、二氧化硅与氧化铁的综合利用。

Description

制备高碳铬铁的方法
技术领域
本发明属于化工领域，具体而言，涉及制备高碳铬铁的方法。
背景技术
目前，国内镍铁渣绝大多数是腐殖土型的红土镍矿在高温熔融状态下经还原提取镍和部分铁后，在水淬急冷状态下产生的水淬渣。利用红土镍矿生产镍铁多数采用矿热炉还原熔炼，炉渣量占到了原料的80％～90％，数量巨大，红土镍矿一般含镍在1.0-2.0％左右，以生产20％镍铁为例，镍金属的综合回收率按90％，渣的产生量至少在91％以上。据统计，2013年我国全年镍铁产量达71万吨，伴随产生的镍铁渣超过4500万吨。2015年，镍铁渣的总排放量接近一亿吨。
目前，我国对镍铁渣的综合利用率低，其处理方式多以露天堆存或填埋为主，这不仅造成资源的浪费，而且占用大量的土地，破坏周边的生态环境。与其它冶金渣相比，镍铁渣有价金属回收价值低，排渣量大，已逐步成为冶金废渣处理的一大难题。因此，尽早寻求经济合理的技术途径正确处置和综合利用镍铁渣具有十分重要的意义。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出制备高碳铬铁的方法。该方法利用镍铁渣替代硅石和白云石作为电炉冶炼高碳铬铁的助熔剂，一方面可以有效制备得到高碳铬铁，另一方面镍铁渣中的氧化铁在电炉冶炼过程中也会被还原得到回收利用，实现镍铁渣中氧化镁、二氧化硅与氧化铁的综合利用。
本发明主要是基于以下发现完成的：
高碳铬铁主要用于不锈钢生产，其中200系不锈钢含铬量约在16％，300系不锈钢含铬量约在25％，400系不锈钢含铬量约在14％，铬铁需求量最大的300系不锈钢也是不锈钢生产中最大比例的产品。高碳铬铁主要是采用铬矿、焦炭、硅石和白云石作为原料在电炉内冶炼制得。其中，硅石和白云石在冶炼中的主要作用是用来调渣，当铬矿中的Cr2O3和FeO被还原后，剩下的主要氧化物为MgO和Al2O3，这两种氧化物熔点高，必须加入熔剂(硅石和白云石)以降低其熔点，保证还原反应顺利进行和还原产物顺利排出。发明人人通过大胆尝试，将镍铁渣替代硅石和白云石作为冶炼高碳铬铁的助熔剂，效果非常理想，而且制备高碳铬铁的同时还能够有效回收镍铁渣中氧化铁，进而为大量的镍铁渣寻找到新的利用途径。
为此，根据本发明的一个方面，本发明提出了一种制备高碳铬铁的方法，包括：
将铬铁矿、镍铁渣和焦炭进行混合，以便得到混合物料；
将所述混合物料供给至电炉中进行冶炼，以便获得高碳铬铁并产生铬渣。
本发明上述实施例的制备高碳铬铁的方法以铬铁矿、镍铁渣和焦炭为原料制备高碳铬铁，其中，以镍铁渣作为电炉冶炼高碳铬铁的助熔剂。由此，通过采用本发明制备高碳铬铁的方法，一方面可以有效制备高碳铬铁，并降低原料成本；另一方面，采用固废镍铁渣作助熔剂，不仅可以使镍铁渣中的氧化铁在电炉冶炼过程中被还原从而得到回收利用，实现镍铁渣中氧化镁、二氧化硅与氧化铁的综合利用，还能有效解决镍铁矿渣利用率低、大量堆积的问题，缓解环境压力。
另外，根据本发明上述实施例的制备高碳铬铁的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，制备高碳铬铁的方法进一步包括：预先对所述镍铁渣进行破碎处理，以便得到平均粒径为20-50毫米的镍铁渣细粒。由此，可以显著提高冶炼效率。
在本发明的一些实施例中，将所述铬铁矿、所述镍铁渣和所述焦炭按照(60-85)：(15-40)：(12-18)的质量比进行所述混合。由此，可以有效制备得到高碳铬铁并使镍铁渣中的氧化铁被有效还原。
在本发明的一些实施例中，制备高碳铬铁的方法进一步包括在进行所述混合之前对所述铬铁矿进行预还原处理，所述预还原处理包括：将铬铁矿、还原煤与膨润土进行混合造球处理，以便得到混合球团；将所述混合球团送入转底炉内进行直接还原，以便得到预还原铬铁矿。由此，可以进一步提高高碳铬铁中铬的含量并有效避免粉状铬铁矿随炉渣或炉气流失，还可以降低高碳铬铁的冶炼能耗。
在本发明的一些实施例中，对所述铬铁矿进行预还原处理时，所述铬铁矿、所述还原煤与所述膨润土的质量比为100：(20-30)：(2-5)。由此，不仅可以有效制备得到混合球团，还能显著提高后续直接还原处理得到的预还原铬铁矿的金属化率。
在本发明的一些实施例中，对所述铬铁矿进行预还原处理后，将所述预还原铬铁矿与所述镍铁渣和所述焦炭按照100：(12-20)：(5-10)的质量比进行所述混合。由此，可以有效制备得到高碳铬铁并使镍铁渣中的氧化铁被有效还原。
在本发明的一些实施例中，所述镍铁渣中SiO2的质量分数为45-60％，MgO的质量分数为10-20％，FeO的质量分数为10-18％。由此，可以使镍铁渣在冶炼过程中发挥更好的助熔作用，保证还原反应的顺利进行和还原产物的顺利排出。
在本发明的一些实施例中，所述铬铁矿中Cr的质量分数为20-40％，Fe的质量分数为10-18％，MgO的质量分数为12-17％，SiO2的质量分数不大于5％。由此，可以有效针对含有上述成分的铬铁矿进行冶炼并得到高碳铬铁。
在本发明的一些实施例中，所述冶炼的温度为1650-1750摄氏度。由此，可以显著提高冶炼效率并进一步提高高碳铬铁中的铬含量。
在本发明的一些实施例中，所述高碳铬铁中Cr的质量分数50-62％，C的质量分数6-9％。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种制备高碳铬铁的方法，包括：将铬铁矿、镍铁渣和焦炭进行混合，以便得到混合物料；将混合物料供给至电炉中进行冶炼，以便获得高碳铬铁并产生铬渣。
本发明上述实施例的制备高碳铬铁的方法以铬铁矿、镍铁渣和焦炭为原料制备高碳铬铁，其中，利用镍铁渣作为电炉冶炼高碳铬铁的助熔剂。由此，通过采用本发明制备高碳铬铁的方法，一方面可以有效制备高碳铬铁，并降低原料成本；另一方面，采用固废镍铁渣作助熔剂，不仅可以使镍铁渣中的氧化铁在电炉冶炼过程中被还原从而得到回收利用，实现镍铁渣中氧化镁、二氧化硅与氧化铁的综合利用，还能有效解决镍铁矿渣利用率低、大量堆积的问题，缓解环境压力。
下面对本发明上述实施例的制备高碳铬铁的原料进行详细描述。
根据本法明的实施例，制备高碳铬铁的原料为铬铁矿、镍铁渣和焦炭。其中，镍铁渣为助熔剂，焦炭为还原剂。发明人发现，采用电炉冶炼高碳铬铁时，当铬矿中的Cr2O3和FeO被还原后，剩下的主要氧化物为MgO和Al2O3，这两种氧化物熔点高，必须加入合适的熔剂以降低其熔点，保证还原反应顺利进行和还原产物顺利排出。目前国内镍铁渣绝大多数是腐殖土型的红土镍矿在高温熔融状态下经还原提取镍和部分铁后，在水淬急冷状态下产生的水淬渣，主要由镁、铁、铝的硅酸盐组分构成，其原料和生产工艺基本相同，主要成分是MgO、SiO2和FeO，属于FeO-MgO-SiO2三元渣系，次要成分是A12O3、Cr2O3、CaO等，其主要的矿物组成是2FeO·SiO2、FeO·SiO2和MgO·SiO2。由此，发明人利用镍铁渣中二氧化硅和氧化镁含量高的性质，将其作为冶炼高碳铬铁的助熔剂，在制备高碳铬铁的同时使镍铁渣中的氧化铁也得到回收利用。
根据本发明的具体实施例，镍铁渣可以为红土镍矿经过直接还原-磨矿磁选处理得到的镍铁尾渣或者红土镍矿经过直接还原-熔分处理得到的镍铁熔分渣。由此，本发明中通过采用上述镍铁渣可以使固废镍铁渣得到有效回收利用，进而解决镍铁渣利用率低、大量堆积的问题。
根据本发明的具体实施例，镍铁渣中SiO2的质量分数可以为45-60％，MgO的质量分数可以为10-20％，FeO的质量分数可以为10-18％。由此，本发明采用上述二氧化硅和氧化镁含量较高的镍铁渣，可以使其在冶炼高碳铬铁过程中发挥更好的助熔作用，进而保证还原反应的顺利进行和还原产物的顺利排出。
根据本发明的具体实施例，铬铁矿中Cr的质量分数为20-40％，Fe的质量分数为10-18％，MgO的质量分数为12-17％，SiO2的质量分数不大于5％。由此，本发明可以有效针对含有上述成分的铬铁矿进行冶炼并得到高碳铬铁。
下面对本发明上述实施例的制备高碳铬铁的方法进行详细描述。
根据本发明的具体实施例，制备高碳铬铁的方法可以进一步包括：预先对镍铁渣进行破碎处理，以便得到平均粒径为20-50毫米的镍铁渣细粒。本发明中通过预先对镍铁渣进行破碎处理，可以进一步提高镍铁渣在混合物料中的分散性，使镍铁渣细粒在冶炼过程中能够更好的发挥助熔作用，进而显著提高冶炼效率。
根据本发明的具体实施例，可以将铬铁矿、镍铁渣和焦炭按照(60-85)：(15-40)：(12-18)的质量比进行混合。发明人发现，当镍铁渣的配入量过多时，会降低高碳铬铁中铬品位，当镍铁渣的配入量过少时，相当于配入的氧化镁和二氧化硅量不足，助熔效果不明显，会影响最终渣铁分离；当焦炭的配入量过多时，并不能提高高碳铬铁中铬品位和铬的回收率，还会造成焦炭资源浪费；当焦炭的配入量过少时，会影响铬的还原效果，降低铬的回收率。由此，本发明通过将铬铁矿、镍铁渣和焦炭按照上述质量比进行混合，不仅能够使铬铁矿中的铬和铁被充分还原，还能使镍铁渣中的氧化铁也被还原，最终获得高碳铬铁并产生铬渣。
根据本发明的具体实施例，制备高碳铬铁的方法可以进一步包括在进行混合之前对铬铁矿进行预还原处理，预还原处理包括：将铬铁矿、还原煤与膨润土进行混合造球处理，以便得到混合球团；将混合球团布入转底炉内在进行直接还原，以便得到预还原铬铁矿。本发明通过对高碳铬铁进行预还原处理，不仅可以进一步提高高碳铬铁中铬的含量，还能有效避免粉状铬铁矿随炉渣或炉气流失，进而减少原料损失并保证电炉安全运行。
根据本发明的具体实施例，对铬铁矿进行预还原处理时，铬铁矿、还原煤与膨润土的质量比可以为100：(20-30)：(2-5)。发明人发现，当还原煤的配入量过多时，并不能提高球团金属化率，还会造成还原煤资源浪费，当还原煤的配入量过少时，会降低球团中铬和铁的金属化率，增加整个流程的能耗；当膨润土的配入量过多时，膨润土中的脉石成分也影响，当膨润土的配入量过少时，球团成型效果不好，球团强度低。由此，本发明中通过将铬铁矿、还原煤与膨润土按照上述质量比进行混合，不仅可以有效制备得到混合球团，并使混合球团具有一定的强度，还能显著提高后续直接还原处理得到的预还原铬铁矿的金属化率。
根据本发明的具体实施例，对铬铁矿进行预还原处理后，可以将预还原铬铁矿与镍铁渣和焦炭按照100：(12-20)：(5-10)的质量比进行混合。发明人发现，当镍铁渣的配入量过多时，会降低高碳铬铁中铬品位。，当镍铁渣的配入量过少时，相当于配入的氧化镁和二氧化硅量不足，助熔效果不明显，会影响最终渣铁分离；当焦炭的配入量过多时，并不能提高高碳铬铁中铬品位和铬回收率，还会造成焦炭资源浪费；当焦炭的配入量过少时，会影响铬的还原效果，降低铬的回收率。由此，本发明通过将预还原铬铁矿、镍铁渣和焦炭按照上述质量比进行混合，不仅能够使铬铁矿中的铬和铁被充分还原，还能使镍铁渣中的氧化铁也被还原，最终获得高碳铬铁并产生铬渣。
根据本发明的具体实施例，直接还原的温度可以为1300-1450℃，时间可以为40-50min。由此，本发明中通过在上述条件下对混合球团进行还原，可以显著提高预还原铬铁矿的金属化率，使预还原铬铁矿中Fe的金属化率达到80-85％，Cr的金属化率达到40-50％。
根据本发明的具体实施例，冶炼的温度可以为1650-1750摄氏度。由此，可以显著提高冶炼效率并进一步提高高碳铬铁中的铬含量。
根据本发明的具体实施例，本发明通过采用铬铁矿、镍铁渣和焦炭为原料，并采用上述实施例的条件下冶炼高碳铬铁，可以有效制备得到高碳铬铁并产生铬渣，且最终得到的高碳铬铁中Cr的质量分数为50-62％，C的质量分数为6-9％；铬渣中SiO2的质量分数为34-40％，MgO的质量分数为30-41％，Al2O3的质量分数为16-25％，Cr2O3的质量分数不高于5％。
综上所述，本发明上述实施例的制备高碳铬铁的方法至少具有下列有益效果：
(1)有效解决了镍铁渣利用率低、大量堆积的问题，为镍铁渣等冶金固废的利用拓宽了思路。
(2)充分利用镍铁渣中氧化镁和二氧化硅高的特点，将其作为铬铁冶炼的熔剂，使镍铁渣中的氧化铁在电炉冶炼过程中也被还原从而得到回收利用，最终实现镍铁渣中氧化镁、二氧化硅与氧化铁的综合利用。
(3)降低高碳铬铁的原料成本，提高产品的市场竞争力。
实施例1
将镍铁渣(SiO2质量分数为50％，MgO质量分数为18％，FeO质量分数为18％)破碎至20-50mm，得到镍铁渣细粒，然后将铬铁矿(Cr质量分数为29％，Fe质量分数为18％，MgO质量分数为12％，SiO2质量分数为3.22％)、镍铁渣细粒、焦炭按质量比75:25:15配料后直接在电炉内于1650-1750℃进行熔炼，熔炼结束渣铁分离得到高碳铬铁和铬渣。其中，高碳铬铁成分：Cr质量分数为50.09％，C质量分数为6.06％，铬渣成分：铬渣中SiO2质量分数为34.21％，MgO质量分数为31.92％，Al2O3质量分数为24.56％，Cr2O3质量分数为3.76。
实施例2
将镍铁渣(SiO2质量分数为60％，MgO质量分数为10％，FeO质量分数为10％)破碎至20-50mm，得到镍铁渣细粒，然后将铬铁矿(Cr质量分数为20％，Fe质量分数为13％，MgO质量分数为17％，SiO2质量分数为4.3％)、镍铁渣细粒、焦炭按质量比80:20:18配料后直接在电炉内1650-1750℃进行熔炼，熔炼结束渣铁分离得到高碳铬铁和铬渣。高碳铬铁成分：Cr质量分数为50.8％，C质量分数为8.35％，铬渣成分：铬渣中SiO2质量分数为34.51％，MgO质量分数为35.95，Al2O3质量分数为22.58％，Cr2O3质量分数为2.69％。
实施例3
将镍铁渣(SiO2质量分数为55％，MgO质量分数为12％，FeO质量分数为15％)破碎至20-50mm，得到镍铁渣细粒；将铬铁矿(Cr质量分数为23％，Fe质量分数为15％，MgO质量分数为15％，SiO2质量分数为5％)、还原煤与膨润土按重量质量比100:20:2进行混合造球处理，以便得到混合球团，将所述混合球团送入转底炉内在1300℃条件下进行直接还原，以便得到金属化球团，金属化球团中铁的金属化率为85％，铬的金属化率45％，将所述金属化球团与所述镍铁渣和焦炭按质量比100:12:5配料并在电炉内1650-1750℃进行熔炼，熔炼结束渣铁分离得到高碳铬铁和铬渣。高碳铬铁成分：Cr质量分数为53.05％，C质量分数为6.00％，铬渣成分：铬渣中SiO2质量分数为34.13％，MgO质量分数为40.96％，Al2O3质量分数为16.47％，Cr2O3质量分数为4.02％。
实施例4
将镍铁渣(SiO2质量分数为45％，MgO质量分数为20％，FeO质量分数为15％)破碎至20-50mm，得到镍铁渣细粒；将铬铁矿、还原煤与膨润土按重量质量比100:30:5进行混合造球处理，以便得到混合球团，将所述混合球团送入转底炉内在1450℃条件下进行直接还原，以便得到金属化球团，金属化球团中铁的金属化率为80％，铬的金属化率为40％，将所述金属化球团与所述镍铁渣和焦炭按质量比100:20:10配料并在电炉内1650-1750℃进行熔炼，熔炼结束渣铁分离得到高碳铬铁和铬渣。高碳铬铁成分：Cr质量分数为54.19％，C质量分数为6.65％，铬渣成分：铬渣中SiO2质量分数为37.67％，MgO质量分数为34.29％，Al2O3质量分数为18.14％，Cr2O3质量分数为3.42％。
由实施例1-4可以得出以下结论：
(1)通过采用本发明制备高碳铬铁的方法制备得到的高碳铬铁中，Cr质量分数均能达到50％以上。
(2)且通过对高碳铬铁进行预还原处理，可以进一步提高高碳铬铁中铬的含量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种制备高碳铬铁的方法，其特征在于，包括：
将铬铁矿、镍铁渣和焦炭进行混合，以便得到混合物料；
将所述混合物料供给至电炉中进行冶炼，以便获得高碳铬铁并产生铬渣。
2.根据权利要求1所述的制备高碳铬铁的方法，其特征在于，进一步包括：
预先对所述镍铁渣进行破碎处理，以便得到平均粒径为20-50毫米的镍铁渣细粒。
3.根据权利要求1所述的制备高碳铬铁的方法，其特征在于，将所述铬铁矿、所述镍铁渣和所述焦炭按照(60-85)：(15-40)：(12-18)的质量比进行所述混合。
4.根据权利要求1所述的制备高碳铬铁的方法，其特征在于，进一步包括在进行所述混合之前对所述铬铁矿进行预还原处理，所述预还原处理包括：
将铬铁矿、还原煤与膨润土进行混合造球处理，以便得到混合球团；
将所述混合球团送入转底炉内进行直接还原，以便得到预还原铬铁矿。
5.根据权利要求4所述的制备高碳铬铁的方法，其特征在于，所述铬铁矿、所述还原煤与所述膨润土的质量比为100：(20-30)：(2-5)。
6.根据权利要求5所述的制备高碳铬铁的方法，其特征在于，将所述预还原铬铁矿与所述镍铁渣和所述焦炭按照100：(12-20)：(5-10)的质量比进行所述混合。
7.根据权利要求1所述的制备高碳铬铁的方法，其特征在于，所述镍铁渣中SiO2的质量分数为45-60％，MgO的质量分数为10-20％，FeO的质量分数为10-18％。
8.根据权利要求1所述的制备高碳铬铁的方法，其特征在于，所述铬铁矿中Cr的质量分数为20-40％，Fe的质量分数为10-18％，MgO的质量分数为12-17％，SiO2的质量分数不大于5％。
9.根据权利要求1所述的制备高碳铬铁的方法，其特征在于，所述冶炼的温度为1650-1750摄氏度。
10.根据权利要求1所述的制备高碳铬铁的方法，其特征在于，所述高碳铬铁中Cr的质量分数50-62％，C的质量分数6-9％。
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