CN115231575A - 一种利用镍铁矿热炉液态熔渣提取含有Ni、Cr的硅铁合金及其提取方法 - Google Patents

一种利用镍铁矿热炉液态熔渣提取含有Ni、Cr的硅铁合金及其提取方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及矿渣回收利用提取合金领域，具体涉及一种利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金及其制备方法。所述含有Ni、Cr的硅铁合金是由从矿热炉排出的温度为1400‑1600℃的镍铁矿热炉液态熔渣进入熔炼炉进行制备得到；所述合金由镍铁矿热炉液态熔渣在熔炼炉中并维持温度在1560‑1590℃，通过添加由煤粉和焦粉组成的还原剂进行制备得到。本发明所述制备合金的方案具有低能耗、回收率高、消除熔渣镉污染以及实现低SiC的过剩聚集的效果。

Description

一种利用镍铁矿热炉液态熔渣提取含有Ni、Cr的硅铁合金及 其提取方法
技术领域
本发明涉及矿渣回收利用提取合金领域，具体涉及一种利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金及其制备方法。
背景技术
传统硅铁矿热电炉冶炼工艺使用原料为粉矿或块矿，为保证炉内透气性与冶炼速率，炉内原料粒度要求严格，硅石粒度应控制为40～100mm间，焦炭粒度应控制为6～22mm间，同时采取大、小颗粒焦炭按比搭配入炉，以提高炉料电阻，稳定炉况，降耗增产。硅铁电炉冶炼时，电极附近坩埚区易因气态SiO的损失造成SiC的过剩聚集形成坩埚壁，影响料面透气性，造成炉况波动。传统工艺常需要对粉状原料进行加热，耗能高；且传统的水淬渣工艺过程中含有固体废弃物镉，容易造成环境的污染；冶炼炉内易造成聚集SiC；Ni、Cr、Fe回收料低的问题。
本发明正是基于上述缺陷而提出的，具体提供了一种利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金及其制备方法。
发明内容
为实现使用低能耗、回收率高、消除熔渣镉污染以及实现低SiC的过剩聚集的目的，本发明提供了一种利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金及其制备方法。
一方面，本发明提供了一种利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金，所述含有Ni、Cr的硅铁合金中以质量百分比计元素含量为Ni 0.1～0.2％，Cr 3.5-5.5％，Fe 20～40％，Si 50-80％。
进一步地，所述含有Ni、Cr的硅铁合金中Ni的含量为0.1％、0.12％、0.14％、0.16％、0.18％、0.2％这样的点值或者上述任意两个点值之间的范围。
进一步地，所述含有Ni、Cr的硅铁合金中Cr的含量为3.5％、3.7％、4.0％、4.2％、4.4％、4.6％、4.8％、5.0％、5.2％、5.4％、5.5％这样的点值或者上述任意两个点值之间的范围。
进一步地，所述含有Ni、Cr的硅铁合金中Fe的含量为20％、22％、24％、26％、28％、30％、32％、34％、36％、38％、40％这样的点值或者上述任意两个点值之间的范围。
进一步地，所述含有Ni、Cr的硅铁合金中Si的含量为50％、53％、56％、59％、62％、65％、68％、71％、74％、76％、78％、80％这样的点值或者上述任意两个点值之间的范围。
进一步地，所述镍铁矿热炉液态熔渣化学成分以质量百分比计：TNi 0.01-1.0％，TFe 8.0-12.0％，SiO2 40.0％-60.0％，MgO 25.0％-40.0％，CaO 1.5％-4.0％，Al2O3 2.5-4.5％，Cr2O3 1.5％-3.0％。
进一步地，所述镍铁矿热炉液态熔渣中TNi含量为0.01％、0.02％、0.05％、0.1％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％这样的点值或者上述任意两个点值之间的范围。
进一步地，所述镍铁矿热炉液态熔渣中所述TFe含量为8.0％、8.5％、9.0％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12.0％这样的点值或者上述任意两个点值之间的范围。
进一步地，所述镍铁矿热炉液态熔渣中所述SiO2含量为40.0％、42.0％、44.0％、46.0％、48.0％、50.0％、52.0％、54.0％、56.0％、58.0％、60.0％这样的点值或者上述任意两个点值之间的范围。
进一步地，所述镍铁矿热炉液态熔渣中所述MgO含量为25.0％、27.0％、29.0％、30.0％、32.0％、34.0％、36.0％、38.0％、40.0％这样的点值或者上述任意两个点值之间的范围。
进一步地，所述镍铁矿热炉液态熔渣中所述CaO含量为1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、2.0％、2.5％、3.0％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4.0％这样的点值或者上述任意两个点值之间的范围。
进一步地，所述镍铁矿热炉液态熔渣中所述Al2O3含量为2.5％、2.8％、3.0％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4.0％、4.2％、4.4％、4.5％这样的点值或者上述任意两个点值之间的范围。
进一步地，所述镍铁矿热炉液态熔渣中所述Cr2O3含量为1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、2.0％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3.0％这样的点值或者上述任意两个点值之间的范围。
所述含有Ni、Cr的硅铁合金是由从矿热炉排出的温度为1400-1600℃的镍铁矿热炉液态熔渣进入熔炼炉进行制备得到。进一步地，所述温度可为1400℃、1420℃、1440℃、1460℃、1480℃、1500℃、1520℃、1540℃、1560℃、1580℃、1600℃这样的点值的温度或者上述任意两个点值之间的温度范围。
所述含有Ni、Cr的硅铁合金是由镍铁矿热炉液态熔渣在熔炼炉中并维持温度在1560-1590℃，通过添加由煤粉和焦粉组成的还原剂进行制备得到。进一步地，所述温度为1560℃、1565℃、1570℃、1575℃、1580℃、1585℃、1590℃这样的点值的温度或者上述任意两个点值之间的温度范围。
进一步地，所述熔渣与还原剂的质量比为1：(0.310-0.340)、1：(0.315-0.335)1：(0.320-0.330)、1：(0.325-0.330)或1：(0.320-0.335)。
进一步地，所述还原剂中煤粉和焦粉的质量比为1：(5-10)、1：(5-9)、1：(6-10)、1：(7-10)1、1：(7-9)或1：(6-8)。
另一方面地，本发明提供所述利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金的制备方法，所述制备方法是利用热熔状态下的镍铁矿热炉液态熔渣提取制备所述合金，所述制备方法具有耗能低、合金质量优异的效果。
进一步地，所述制备方法包括：(1)、从矿热炉排出的1400-1600℃的液态熔渣注入熔炼炉中；
(2)、通过加热维持熔炼炉中熔渣温度，在熔渣温度为1560-1590℃时，持续添加由煤粉和焦粉组成的还原剂并维持炉内温度为1560-1590℃进行冶炼；
(3)、待监测达到冶炼终点需求时，停止还原剂的添加和停止加热，打开熔炼炉下方的出铁口，得到液态硅铁合金并送至炼钢车间制备含有Ni、Cr的硅铁合金。
进一步地，为了控制冶炼质量并得到含有Ni、Cr的硅铁合金，本发明创造性地选择本发明相对应的测试条件从而对质量进行控制以制备得到硅铁合金。具体地，所述冶炼终点是指在冶炼时，本发明对应的测试条件为取炉渣进行分析，当炉渣中TNi质量百分含量≤0.01％，TFe质量百分含量≤0.01％，SiO2质量百分含量≤0.01％，MgO质量百分含量为82％～85％，CaO质量百分含量为6％～7.5％，Al2O3质量百分含量为9～10％时，即判断为冶炼终点。本发明创造性地选择上述条件从而较大程度上控制本发明合金的质量并对金属元素进行高收率地回收。
进一步地，为了降低冶炼炉内易造成聚集SiC从而造成回收料的下降，本发明创造性地选择将由煤粉和焦粉组成的还原剂在以氮气为载气通过喷枪对还原剂进行喷吹的方式进行添加。
进一步地，本发明制备方法中，Si的还原回收率控制在50-95％；Fe的还原回收率为95％以上；Ni的还原回收率为95％以上；Cr的还原回收率为95％以上。
所述还原回收率为100％×液态硅铁合金质量×合金中元素质量含量/(液态熔渣质量×熔渣中元素质量含量)
有益效果：
本发明利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金制备方法得到的硅铁合金中硅、铁含量高，能对镉等污染成分进行高收率的还原回收，对Si的还原回收率范围为50-95％，对Fe、Ni、Cr的还原回收率达到95％以上。
本发明制备方法创造性地将矿热炉液态熔渣直接用于硅铁合金的冶炼，能较大程度地节省能源和降低生产成本。
本发明通过对含铬氧化物的还原实现铬单质的高回收率的回收，彻底消除了高价铬元素可能对环境的危害。本发明创造性地选择冶炼的终点较大程度上控制本发明合金的质量并对金属元素进行高收率地回收。
本发明创造性地选择焦粉和煤粉作为还原剂，能产生协同复配效果地进行元素的还原，提高了Si、Fe、Ni、Cr的还原回收效果。本发明选择冶炼还原温度在1560-1590℃得到的合金的质量较高，元素回收率高；当调整冶炼还原温度不在上述温度范围时，得到的合金的铁、硅含量低，且对镉等元素的回收效果较差。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：一种利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金制备方法：(1)、从矿热炉排出的1450℃的液态熔渣注入熔炼炉中；
(2)、加热维持熔炼炉中熔渣温度，在熔渣温度为1560℃时，持续以氮气为载气通过喷枪对由煤粉和焦粉质量比为1:8组成的还原剂进行喷吹式添加并维持炉内温度为1560℃进行冶炼；熔渣与还原剂的质量比为1：0.321；
(3)、待监测达到冶炼终点(判定条件为：取炉渣进行分析，当炉渣中TNi质量百分含量≤0.01％，TFe质量百分含量≤0.01％，SiO2质量百分含量≤0.01％，MgO质量百分含量为82％～85％，CaO质量百分含量为6％～7.5％，Al2O3质量百分含量为9～10％时，即为冶炼终点)时，还原剂的添加和停止加热，静置，然后打开熔炼炉下方的出铁口，得到硅铁合金料液并送至炼钢车间制备含有Ni、Cr的硅铁合金。
实施例1中熔渣、硅铁合金的元素含量(质量百分比/％)以及回收率如下表1：
Figure BDA0003827670740000071
实施例2：一种利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金制备方法：(1)、从矿热炉排出的1500℃的液态熔渣注入熔炼炉中；
(2)、加热维持熔炼炉中熔渣温度，在熔渣温度为1580℃时，持续以氮气为载气通过喷枪对由煤粉和焦粉质量比为1:8组成的还原剂进行喷吹式添加并维持炉内温度为1580℃进行冶炼；熔渣与还原剂的质量比为1：0.330；
(3)、待监测达到冶炼终点(判定条件为：取炉渣进行分析，当炉渣中TNi质量百分含量≤0.01％，TFe质量百分含量≤0.01％，SiO2质量百分含量≤0.01％，MgO质量百分含量为82％～85％，CaO质量百分含量为6％～7.5％，Al2O3质量百分含量为9～10％时，即为冶炼终点)时，还原剂的添加和停止加热，静置，然后打开熔炼炉下方的出铁口，得到硅铁合金料液并送至炼钢车间制备含有Ni、Cr的硅铁合金。
实施例2中熔渣、硅铁合金的元素含量(质量百分比/％)以及回收率如下表2：
Figure BDA0003827670740000081
对比例1：一种利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金制备方法：(1)、从矿热炉排出的1500℃的液态熔渣注入熔炼炉中；
(2)、加热维持熔炼炉中熔渣温度，在熔渣温度为1580℃时，持续以氮气为载气通过喷枪对由煤粉和焦粉质量比为1:1组成的还原剂进行喷吹式添加并维持炉内温度为1580℃进行冶炼；熔渣与还原剂的质量比为1：0.330；
(3)、待监测达到冶炼终点(判定条件为：取炉渣进行分析，当炉渣中TNi质量百分含量≤0.01％，TFe质量百分含量≤0.01％，SiO2质量百分含量≤0.01％，MgO质量百分含量为82％～85％，CaO质量百分含量为6％～7.5％，Al2O3质量百分含量为9～10％时，即为冶炼终点)时，还原剂的添加和停止加热，静置，然后打开熔炼炉下方的出铁口，得到硅铁合金料液并送至炼钢车间制备含有Ni、Cr的硅铁合金。
对比例1中熔渣、硅铁合金的元素含量(质量百分比/％)以及回收率如下表3：
Figure BDA0003827670740000091
对比例2：一种利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金制备方法：(1)、从矿热炉排出的1500℃的液态熔渣注入熔炼炉中；
(2)、加热维持熔炼炉中熔渣温度，在熔渣温度为1580℃时，持续以氮气为载气通过喷枪对由煤粉和焦粉质量比为1:20组成的还原剂进行喷吹式添加并维持炉内温度为1580℃进行冶炼；熔渣与还原剂的质量比为1：0.330；
(3)、待监测达到冶炼终点(判定条件为：取炉渣进行分析，当炉渣中TNi质量百分含量≤0.01％，TFe质量百分含量≤0.01％，SiO2质量百分含量≤0.01％，MgO质量百分含量为82％～85％，CaO质量百分含量为6％～7.5％，Al2O3质量百分含量为9～10％时，即为冶炼终点)时，还原剂的添加和停止加热，静置，然后打开熔炼炉下方的出铁口，得到硅铁合金料液并送至炼钢车间制备含有Ni、Cr的硅铁合金。
对比例2中熔渣、硅铁合金的元素含量(质量百分比/％)以及回收率如下表4：
Figure BDA0003827670740000101
对比例3：一种利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金制备方法：(1)、从矿热炉排出的1500℃的液态熔渣注入熔炼炉中；
(2)、在熔渣温度为1540℃时，持续以氮气为载气通过喷枪对由煤粉和焦粉质量比为1:8组成的还原剂进行喷吹式添加并维持炉内温度为1540℃进行冶炼；熔渣与还原剂的质量比为1：0.330；
(3)、待监测达到冶炼终点(判定条件为：取炉渣进行分析，当炉渣中TNi质量百分含量≤0.01％，TFe质量百分含量≤0.01％，SiO2质量百分含量≤0.01％，MgO质量百分含量为82％～85％，CaO质量百分含量为6％～7.5％，Al2O3质量百分含量为9～10％时，即为冶炼终点)时，还原剂的添加和停止加热，静置，然后打开熔炼炉下方的出铁口，得到硅铁合金料液并送至炼钢车间制备含有Ni、Cr的硅铁合金。
对比例3中熔渣、硅铁合金的元素含量(质量百分比/％)以及回收率如下表5：
Figure BDA0003827670740000111
对比例4：一种利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金制备方法：(1)、从矿热炉排出的1500℃的液态熔渣注入熔炼炉中；
(2)、在熔渣温度为1620℃时，持续以氮气为载气通过喷枪对由煤粉和焦粉质量比为1:8组成的还原剂进行喷吹式添加并维持炉内温度为1620℃进行冶炼；熔渣与还原剂的质量比为1：0.330；
(3)、待监测达到冶炼终点(判定条件为：取炉渣进行分析，当炉渣中TNi质量百分含量≤0.01％，TFe质量百分含量≤0.01％，SiO2质量百分含量≤0.01％，MgO质量百分含量为82％～85％，CaO质量百分含量为6％～7.5％，Al2O3质量百分含量为9～10％时，即为冶炼终点)时，还原剂的添加和停止加热，静置，然后打开熔炼炉下方的出铁口，得到硅铁合金料液并送至炼钢车间制备含有Ni、Cr的硅铁合金。
对比例4中熔渣、硅铁合金的元素含量(质量百分比/％)以及回收率如下表6：
Figure BDA0003827670740000121
对比例5：一种利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金制备方法：(1)、从矿热炉排出的1500℃的液态熔渣注入熔炼炉中；
(2)、加热维持熔炼炉中熔渣温度，在熔渣温度为1580℃时，将煤粉和焦粉质量比为1:8组成的还原剂一次性加入熔炼炉中并维持炉内温度为1580℃进行冶炼；熔渣与还原剂的质量比为1：0.330；
(3)、待监测达到冶炼终点(判定条件为：取炉渣进行分析，当炉渣中TNi质量百分含量≤0.01％，TFe质量百分含量≤0.01％，SiO2质量百分含量≤0.01％，MgO质量百分含量为82％～85％，CaO质量百分含量为6％～7.5％，Al2O3质量百分含量为9～10％时，即为冶炼终点)时，还原剂的添加和停止加热，静置，然后打开熔炼炉下方的出铁口，得到硅铁合金料液并送至炼钢车间制备含有Ni、Cr的硅铁合金。
对比例5中熔渣和硅铁合金的元素含量(质量百分比/％)如下表7：
Figure BDA0003827670740000131
通过上述试验及其测试数据可知，本发明利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金制备方法得到的硅铁合金中硅、铁含量高，能对镉等污染成分进行高收率的还原回收，对Si的还原回收率范围为50-95％，对Fe、Ni、Cr的还原回收率达到95％以上。
本发明制备方法创造性地将矿热炉液态熔渣直接用于硅铁合金的冶炼，能较大程度地节省能源和降低生产成本，在1400℃至1600℃范围内，1千克熔渣的热量相当于200g左右标准煤，在此温度范围内，炉渣中的氧化物处于离子态，通过还原剂可有效的还原相应的金属和非金属，从而实现低成本的资源综合利用，回收了熔渣的有价值金属元素和非金属元素，也减少热量的浪费。
水淬渣中含有Cr元素，是一种危险固体废弃物，对环境产生污染，本发明通过对含铬氧化物的还原实现铬单质的高回收率的回收，彻底消除了高价铬元素可能对环境的危害。
本发明创造性地选择冶炼的终点较大程度上控制本发明合金的质量并对金属元素进行高收率地回收。
本发明创造性地选择焦粉和煤粉作为还原剂，能产生协同复配效果地进行元素的还原，提高了Si、Fe、Ni、Cr的还原回收效果。
本发明选择冶炼还原温度在1560-1590℃得到的合金的质量较高，元素回收率高；当调整冶炼还原温度不在上述温度范围时，得到的合金的铁、硅含量低，且对镉等元素的回收效果较差。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金，其特征在于：所述镍铁矿热炉液态熔渣化学成分以质量百分比计：TNi 0.01-1.0％，TFe 8.0-12.0％，SiO2 40.0％-60.0％，MgO 25.0％-40.0％，CaO 1.5％-4.0％，Al2O3 2.5-4.5％，Cr2O3 1.5％-3.0％；
所述含有Ni、Cr的硅铁合金是由从矿热炉排出的温度为1400-1600℃的镍铁矿热炉液态熔渣进入熔炼炉进行制备得到；
所述含有Ni、Cr的硅铁合金是由镍铁矿热炉液态熔渣在熔炼炉中并维持温度在1560-1590℃，通过添加由煤粉和焦粉组成的还原剂进行制备得到；
所述熔渣与还原剂的质量比为1：(0.310-0.340)；
所述含有Ni、Cr的硅铁合金中以质量百分比计元素含量为Ni 0.1～0.2％，Cr 3.5-5.5％，Fe 20～40％，Si 50-80％。
2.如权利要求1所述的利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金，其特征在于：所述煤粉和焦粉的质量比为1：(5-10)。
3.如权利要求1所述的利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金，其特征在于：所述煤粉和焦粉的质量比为1：(6-8)。
4.如权利要求1-3任意一项所述的利用镍铁矿热炉液态熔渣制备含有Ni、Cr的硅铁合金的制备方法，其特征在于：所述方法包括，
(1)、从矿热炉排出的1400-1600℃的液态熔渣注入熔炼炉中；
(2)、通过加热维持熔炼炉中熔渣温度，在熔渣温度为1560-1590℃时，持续添加由煤粉和焦粉组成的还原剂并维持炉内温度为1560-1590℃进行冶炼；
(3)、待监测达到冶炼终点需求时，停止还原剂的添加和停止加热，静置，然后打开熔炼炉下方的出铁口，得到硅铁合金料液并送至炼钢车间制备含有Ni、Cr的硅铁合金。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述冶炼终点是指在冶炼时，取炉渣进行分析，当炉渣中TNi质量百分含量≤0.01％，TFe质量百分含量≤0.01％，SiO2质量百分含量≤0.01％，MgO质量百分含量为82％～85％，CaO质量百分含量为6％～7.5％，Al2O3质量百分含量为9～10％时，即为冶炼终点。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述添加还原剂的方式为以氮气为载气通过喷枪对还原剂进行喷吹式添加。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述Si的还原率控制在50-95％。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述Fe的还原率为95％以上。
9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述Ni的还原率为95％以上。
10.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述Cr的还原率为95％以上。
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