CN109112318A - 一种用于回收不合格电解金属的重熔方法 - Google Patents

一种用于回收不合格电解金属的重熔方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于回收不合格电解金属的重熔方法，首先使用化渣炉化渣；然后抬升重熔装置中的抽锭平台，使其底水箱紧贴下部导电水冷结晶器；将液态炉渣从保护气体喷吹筒上口倒入，同时加入合格的电解金属固料；接通电源，打开保护气体系统，使用传送带将不合格电解金属固料从料仓运送至保护气体喷吹筒上口，并倒入至其中，待重熔金属锭长到50mm～150mm高度后开始抽锭，待不合格电解金属固料添加完毕，关闭传送带电源，待炉渣和重熔金属锭完全冷却后，进行起吊和脱模工作。该方法操作简单，运行安全可靠，能够有效地降低不合格电解金属中有害元素的含量，最大限度地提高金属回收率以及精炼金属锭质量。

Description

一种用于回收不合格电解金属的重熔方法
技术领域
本发明提供了一种用于回收不合格电解金属的新型重熔工艺，属于电解金属回收技术领域。
背景技术
在金属电解制备过程中，为了提高电流效率以及转换电解金属晶型，通常会使用相应的添加剂，但受添加剂的影响，电解金属中硫、磷等有害元素会增加，从而降低了电解金属产品的品质。对于硫、磷等有害元素含量超标的电解金属，企业一般做法是以低廉的价格卖给对成分要求不高的客户作为其它行业产品的原材料。这种做法只是将有害元素进行了暂时的转移，在后续加工过程中，这些有害元素还是会对产品质量或者环境造成不利影响。
目前部分企业开始使用高温炉对不合格电解金属进行重熔精炼，在重熔过程中，加入配比好的固体渣料，渣料熔化后与金属熔体发生化学反应，从而去除金属熔体中的有害元素。但由于高温炉是在大气环境下敞口运行，重熔过程中空气会对金属熔体产生氧化，导致精炼后的金属锭氧含量升高，金属回收率减小。此外，高温炉多采用间接加热的方式，限制了渣料和不合格电解金属的升温速率以及冶炼温度，从而影响了电解金属的精炼效果，降低了精炼金属锭的经济价值。
发明内容
本发明提供了一种用于回收不合格电解金属的重熔方法，解决了现有技术中的不足，该工艺操作简单，运行安全可靠，能够有效地降低不合格电解金属中有害元素的含量，最大限度地提高金属回收率以及精炼金属锭质量。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种用于回收不合格电解金属的重熔方法，包括以下步骤：(1)根据不合格电解金属的种类和所需精炼不合格电解金属的重量确定炉渣的成分及重量，使用化渣炉化渣，将炉渣熔化为液态；
(2)抬升重熔装置中的抽锭平台，使其底水箱紧贴下部导电水冷结晶器；
(3)将底水箱、上部导电水冷结晶器及下部导电水冷结晶器的冷却水系统接通；
(4)待炉渣温度升至1700℃～1900℃后，将液态炉渣从保护气体喷吹筒上口倒入，同时加入合格的电解金属固料；
(5)当炉渣液面上升至上部导电水冷结晶器时，停止加入合格的电解金属固料，并立即接通电源，这时上部导电水冷结晶器、液态炉渣、合格的电解金属和下部导电水冷结晶器通过电缆与变压器形成供电回路，重熔电流在整个精炼过程中保持恒定；
(6)打开保护气体系统，使得保护气喷吹筒和上部导电水冷结晶器中充满保护气体，从而避免了炉渣和电解金属的氧化；
(7)使用传送带将不合格电解金属固料从料仓运送至保护气体喷吹筒上口，并倒入至其中，加料速率在整个精炼过程中保持恒定；
(8)待重熔金属锭长到50mm～150mm高度后开始抽锭，控制抽锭平台下移速度与加料速度相匹配；
(9)待不合格电解金属固料添加完毕，关闭传送带电源，继续维持电流恒定20分钟～40分钟，然后关闭电源；
(10)待炉渣和重熔金属锭完全冷却后，用桥式起重机进行起吊和脱模工作。
步骤(1)中所述炉渣成分包括CaF2、Al2O3、CaO、MgO和SiO2中的三种以上，按质量份数计，CaF2 35～50份，Al2O3 25～45份，CaO 20～30份，MgO 5～10份，SiO2 5～10份。
步骤(5)中所述液态炉渣的液面高度不低于上部导电水冷结晶器高度的二分之一。
所述步骤(5)和步骤(7)中重熔电流和加料速率由上部导电水冷结晶器内径决定，当上部水冷结晶器内径为600mm～700mm时，电流为8000A～9000A，加料速率为90kg/h～105kg/h；当上部水冷结晶器内径为701mm～800mm时，电流为10000A～11000A，加料速率为105kg/h～120kg/h；当上部水冷结晶器内径为801mm～900mm时，电流为12000A～13000A，加料速率为120kg/h～135kg/h。
步骤(5)中所述电源为单相交流电，电源频率为5Hz。
与现有技术相比，本发明提供的用于回收不合格电解金属的重熔方法具有以下优点：(1)精炼效果好。由于在整个工艺中采用了导电结晶器，液态炉渣承担了变压器二次电压的大部分压降，所以在精炼过程中液态炉渣的温度很高，一般可达1800℃～1900℃。此外，电解金属固料一般呈碎片状，进入高温液态炉渣后立即熔化成小液滴，渣金接触面积高达2600mm2/g～3500mm2/g，因此使用导电水冷结晶器对不合格电解金属进行重熔能够获得很好的精炼效果，最大限度地提升了经济价值。
(2)重熔金属锭氧化少。由于本方法中采用了保护气体喷吹，在整个精炼过程一直喷吹保护气体，杜绝了空气与高温液态炉渣和液态金属的接触，避免了液态炉渣和液态金属的氧化，提高了电解金属回收率。
(3)能耗降低。在精炼过程中，上部导电水冷结晶器、液态炉渣、液态金属和下部导电水冷结晶器通过电缆与变压器形成供电回路，电流回路短，变压器消耗的功率主要用于维持液态炉渣的高温，减少了耗散在重熔金属锭上的功率，降低了电能的消耗。
(4)生产效率提高。由于本工艺采用了抽锭重熔方法，解决了重熔金属锭长度被结晶器高度限制的问题，大大增加了重熔金属锭的长度，提高了生产效率，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明提供的用于回收不合格电解金属的重熔方法中所采用重熔装置结构示意图；
图2为保护气体喷吹筒的结构示意图；
图3为上部导电水冷结晶器的结构示意图；
图4为下部导电水冷结晶器的结构示意图；
图5为对不合格电解金属进行精炼的过程示意图；
图中：1-保护气体喷吹筒，2-保护气体喷吹筒平台，3-耐高温陶瓷纤维密封垫圈，4-上部导电水冷结晶器，5-结晶器平台，6-下部导电水冷结晶器，7-重熔金属锭，8-底水箱，9-底水箱固定底座，10-抽锭平台，11-立柱，12-电缆，13-变压器，14-控制柜，15-固定圆环，16-气体喷嘴，17-导电圆环，18-导电端头。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
实施例1
本实施例中所提供的用于回收不合格电解金属的重熔方法中所采用重熔装置的结构如图1所示，包括保护气体喷吹筒1、保护气体喷吹筒平台2、上部导电水冷结晶器4、下部导电水冷结晶器6、结晶器平台5、底水箱8、底水箱固定底座9、抽锭平台10和立柱11，保护气体喷吹筒1安装在保护气体喷吹筒平台2上，所述保护气体喷吹筒平台2固定在立柱11上，上部导电水冷结晶器4与保护气体喷吹筒1使用螺栓连接在一起，下部导电水冷结晶器6与上部导电水冷结晶器4使用螺栓连接在一起，所述上部导电水冷结晶器4与保护气体喷吹筒1之间、上部导电水冷结晶器4与下部导电水冷结晶器6之间均有耐高温陶瓷纤维密封垫圈3，同时下部导电水冷结晶器6放置在结晶器平台5上，结晶器平台5固定在立柱11上，底水箱8固定在底水箱固定底座9上，底水箱固定底座9安装在抽锭平台10上，抽锭平台10套接于立柱11上，并能够沿立柱11升降，所述的上部导电水冷结晶器4和下部导电水冷结晶器6分别通过电缆12与控制柜14连接，控制柜14与变压器13连接。
所述保护气体喷吹筒的结构如图2所示，保护气体喷吹筒的高度和内径分别为300mm和600mm，在其外壁焊接了一个固定圆环15，固定圆环的厚度和宽度分别为30mm和60mm，距离保护气体喷吹筒顶部90mm。在保护气体喷吹筒的下部均匀地分布着11个气体喷嘴16，气体喷嘴的内径为10mm，距离保护气体喷吹筒底部50mm。所述保护气体喷吹筒、固定圆环和气体喷嘴材质均为耐高温不锈钢。
所述上部水冷结晶器的结构如图3所示，上部水冷结晶器的高度和内径分别为400mm和600mm，在其外壁焊接了一个导电圆环17，导电圆环的厚度和宽度分别为10mm和20mm，距离上部导电水冷结晶器底部150mm。所述上部导电水冷结晶器和导电圆环的材质为紫铜。所述导电圆环设有导电端头18，用于与电缆相连接。
所述下部导电水冷结晶器的结构如图4所示，下部导电水冷结晶器的高度和内径分别为800mm和600mm，在其外壁分别焊接了一个固定圆环和导电圆环，固定圆环的厚度和宽度分别为30mm和60mm，距离下部导电水冷结晶器顶部90mm，导电圆环的厚度和宽度分别为10mm和20mm，距离下部导电水冷结晶器底部150mm。所述导电圆环设有导电端头18，用于与电缆相连接。所述固定圆环材质为耐高温不锈钢，下部导电水冷结晶器和导电圆环的材质为紫铜。
本实施例提供的用于回收不合格电解金属的重熔精炼方法具体按以下步骤进行：
步骤1：本实施例中，针对1800kg不合格电解锰金属进行重熔精炼，采用CaF2-Al2O3-CaO三元渣系，炉渣总重237kg，其中CaF2占40％、Al2O3占40％、CaO占20％(重量比)，然后使用化渣炉将固态渣料加热熔化；
步骤2：抬升抽锭平台，使底水箱紧贴下部导电水冷结晶器，并将底水箱和导电水冷结晶器的冷却水系统连接好，接通冷却水；
步骤3：待液态炉渣温度升到1700℃，将液态炉渣从保护气体喷吹筒上口倒入导电水冷结晶器内，同时加入合格的电解锰金属固料；
步骤4：当炉渣液面上升至上部导电水冷结晶器时，停止加入合格的电解锰金属固料，并立即接通电源，调整电流大小为8000A；
步骤5：打开保护气体系统，使得保护气喷吹筒和上部导电水冷结晶器中充满保护气体；
步骤6：启动皮带输送机，将不合格电解锰金属固料从料仓运送至保护气体喷吹筒上口，然后将不合格电解锰金属固料倒入至导电水冷结晶器中，加料速率恒定在95kg/h，精炼过程如图5所示；
步骤7：待重熔锰金属锭的高度增加至100mm后开始抽锭，控制抽锭平台下移速度与加料速度相匹配；
步骤8：待不合格电解锰金属固料添加完毕，关闭皮带输送机，继续维持电流恒定20分钟，之后关闭电源；
步骤9：待炉渣和重熔锰金属锭完全冷却，用桥式起重机进行起吊和脱模工作。
从重熔锰金属锭上中下三个部位分别取样，然后使用碳硫分析仪和电感耦合等离子发射光谱仪测定三组样品以及不合格电解锰金属固料中的硫含量和磷含量。结果表明，不合格电解锰金属固料中硫含量为0.100％，磷含量为0.0395％；重熔锰金属锭上中下三个部位的硫含量分别为0.0383％、0.0352％、0.0336％，磷含量分别为0.0141％、0.0152％、0.0178％；脱硫率约为65％，脱磷率约为60％。
本实施例所提供的用于回收不合格电解金属的重熔方法操作简单，所使用的装置运行可靠，能够有效地降低不合格电解锰金属中有害元素硫和磷的含量，重熔后的锰金属锭达到了重熔电解锰的国家标准GB/T2774-2006。
实施例2
本实施例所提供的用于回收不合格电解金属的重熔方法中所采用重熔装置的大体结构与实施例1相同，所不同的是：所用保护气体喷吹筒的高度和内径分别为800mm和600mm，其外壁焊接的固定圆环的厚度和宽度分别为45mm和70mm，距离保护气体喷吹筒顶部90mm。在保护气体喷吹筒的下部均匀地分布着15个气体喷嘴，气体喷嘴的内径为10mm，距离保护气体喷吹筒底部40mm。
上部水冷结晶器的高度和内径分别为500mm和600mm，其外壁焊接的导电圆环的厚度和宽度分别为15mm和30mm，距离上部导电水冷结晶器底部150mm。
下部导电水冷结晶器的高度和内径分别为800mm和600mm，其外壁焊接的固定圆环的厚度和宽度分别为30mm和60mm，距离下部导电水冷结晶器顶部90mm，其外壁焊接的导电圆环的厚度和宽度分别为10mm和20mm，距离下部导电水冷结晶器底部150mm。
本实施例中针对2000kg不合格电解铬金属固料进行重熔精炼。具体步骤如下：步骤1：采用CaF2-Al2O3-CaO-SiO2四元渣系，炉渣总重300kg，配比为CaF2占40％、Al2O3占30％、CaO占20％、SiO2占10％(重量比)，然后使用化渣炉将固态渣料加热熔化；
步骤2：抬升抽锭平台，使底水箱紧贴下部导电水冷结晶器，并将底水箱和导电水冷结晶器的冷却水系统连接好，接通冷却水；
步骤3：待液态炉渣温度升到1900℃，将液态炉渣从保护气体喷吹筒上口倒入导电水冷结晶器内，同时加入合格的电解铬金属固料；
步骤4：当炉渣液面上升至上部导电水冷结晶器时，停止加入合格的电解铬金属固料，并立即接通电源，调整电流大小为9000A；
步骤5：打开保护气体系统，使得保护气喷吹筒和上部导电水冷结晶器中充满保护气体；
步骤6：启动皮带输送机，将不合格电解铬金属固料从料仓运送至保护气体喷吹筒上口，然后将不合格电解铬金属固料倒入至导电水冷结晶器中，加料速率恒定在90kg/h；
步骤7：待重熔铬金属锭的高度增加至100mm后开始抽锭，控制抽锭平台下移速度与加料速度相匹配；
步骤8：待不合格电解铬金属固料添加完毕，关闭皮带输送机，继续维持电流恒定20分钟，之后关闭电源；
步骤9：待炉渣和重熔铬金属锭完全冷却，用桥式起重机进行起吊和脱模工作。
从重熔铬金属锭上中下三个部位分别取样，然后使用碳硫分析仪、电感耦合等离子发射光谱仪和氧氮分析仪测定三组样品以及不合格电解铬金属固料中的硫含量、磷含量和氧含量。结果表明，不合格电解铬金属固料中硫含量为0.0501％，磷含量为0.0422％，氧含量为0.327％；重熔铬金属锭上中下三个部位的硫含量分别为0.0177％、0.0142％、0.0137％，磷含量分别为0.00861％、0.00792％、0.00775％，氧含量分别为0.332％，0.357％，0.371％；脱硫率约为70％，脱磷率约为80％，氧含量增加了约8％，但仍然小于0.5％的国家标准。
本实施例所提供的用于回收不合格电解金属的重熔方法操作简单，所使用的装置运行可靠，能够有效地降低不合格电解铬金属中有害元素硫和磷的含量，同时又控制住了精炼过程中氧含量的升高，重熔后的铬金属锭达到了金属铬的国家标准GB/T3211-1987。

Claims (5)

1.一种用于回收不合格电解金属的重熔方法，其特征在于包括以下步骤：(1)根据不合格电解金属的种类和所需精炼不合格电解金属的重量确定炉渣的成分及重量，使用化渣炉化渣，将炉渣熔化为液态；
(2)抬升重熔装置中的抽锭平台，使其底水箱紧贴下部导电水冷结晶器；
(3)将底水箱、上部导电水冷结晶器及下部导电水冷结晶器的冷却水系统接通；
(4)待炉渣温度升至1700℃～1900℃后，将液态炉渣从保护气体喷吹筒上口倒入，同时加入合格的电解金属固料；
(5)当炉渣液面上升至上部导电水冷结晶器时，停止加入合格的电解金属固料，并立即接通电源，这时上部导电水冷结晶器、液态炉渣、合格的电解金属和下部导电水冷结晶器通过电缆与变压器形成供电回路，重熔电流在整个精炼过程中保持恒定；
(6)打开保护气体系统，使得保护气喷吹筒和上部导电水冷结晶器中充满保护气体，从而避免了炉渣和电解金属的氧化；
(7)使用传送带将不合格电解金属固料从料仓运送至保护气体喷吹筒上口，并倒入至其中，加料速率在整个精炼过程中保持恒定；
(8)待重熔金属锭长到50mm～150mm高度后开始抽锭，控制抽锭平台下移速度与加料速度相匹配；
(9)待不合格电解金属固料添加完毕，关闭传送带电源，继续维持电流恒定20分钟～40分钟，然后关闭电源；
(10)待炉渣和重熔金属锭完全冷却后，用桥式起重机进行起吊和脱模工作。
2.根据权利要求1所述的用于回收不合格电解金属的重熔方法，其特征在于：步骤(1)中所述炉渣成分包括CaF2、Al2O3、CaO、MgO和SiO2中的三种以上，按质量份数计，CaF2 35～50份，Al2O3 25～45份，CaO 20～30份，MgO 5～10份，SiO2 5～10份。
3.根据权利要求1所述的用于回收不合格电解金属的重熔方法，其特征在于：步骤(5)中所述液态炉渣的液面高度不低于上部导电水冷结晶器高度的二分之一。
4.根据权利要求1所述的用于回收不合格电解金属的重熔方法，其特征在于：所述步骤(5)和步骤(7)中重熔电流和加料速率由上部导电水冷结晶器内径决定，当上部水冷结晶器内径为600mm～700mm时，电流为8000A～9000A，加料速率为90kg/h～105kg/h；当上部水冷结晶器内径为701mm～800mm时，电流为10000A～11000A，加料速率为105kg/h～120kg/h；当上部水冷结晶器内径为801mm～900mm时，电流为12000A～13000A，加料速率为120kg/h～135kg/h。
5.根据权利要求1所述的用于回收不合格电解金属的重熔方法，其特征在于：步骤(5)中所述电源为单相交流电，电源频率为5Hz。
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