CN1172170A

CN1172170A - 二步电炉还原炼铌铁的方法

Info

Publication number: CN1172170A
Application number: CN 96111328
Authority: CN
Inventors: 钟祥; 杨应亮; 屈曙光; 陈文如; 毛拥军; 贺泽全
Original assignee: Changsha Research Institute Of Mining And Metallurgy ministry Of Metallurgical Industry
Current assignee: Changsha Research Institute Of Mining And Metallurgy ministry Of Metallurgical Industry
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 1998-02-04
Anticipated expiration: 2016-07-25
Also published as: CN1092242C

Abstract

一种用含Nb₂O₅1～8%低品位复杂铌精矿生产铌铁的方法,主要包括铌精矿加焦粉和有机粘合剂混辗、压团、烘干制成内配碳球团。球团在电弧炉中适当的酸碱度和温度下,进行选择性的预还原,脱铁、除磷、除硫及富集铌,得富铌渣和含磷半钢。富铌渣在二次电弧炉中加混合铝热还原剂进行深还原,得合格的铌铁。从铌精矿至铌铁合金的铌总收率达73～92%;每产1吨铌铁可副产2～8吨半钢和含稀土6～8%的贫铌渣3.8～8吨,为铌的提取开辟了新路。

Description

二步电炉还原炼铌铁的方法

本发明涉及冶金化工领域中处理低品位铌精矿的方法。

处理这种物料的代表性方法之一是“高炉—转炉—电炉—电炉工艺流程”(简称高转电电法)，其原则工艺是将含铌和稀土元素的铁矿或含铌平炉渣在适当酸碱度的条件下，在高炉中加焦冶炼得含铌铁水和稀土富渣(1350±10℃)；将含铌铁水送至转炉中在1360～1420℃下吹炼，得富铌渣和含磷钢水；又将富铌渣送进电炉进行加焦冶炼，进一步脱铁降磷，得低磷低铌铁渣。将此渣配入适当焦碳，送入另一台电炉进行进一步还原熔炼，得到铌铁合金[见李尚诣等主编《铌资源开发应用技术》P.114～135，P177～195冶金工业出版社.1992年北京.Ferroniobium Production at CRMM，Brazil，Steel Times，Vol，209，No.4，P187，(1981)]。这种方法的工艺流程太长，需要高炉、转炉和两座电炉，设备投资大，厂房占地多，且铌收率很低，能耗高。

本发明的目的是研究一种以处理低品位铌精矿为原料，生产铌铁的新方法，使之技术先进，流程短，金属回收率高，生产成本低，固定资产投入少。

本发明的基本工艺过程见附图(二步电炉法冶炼铌铁流程图)所示，包括制备冷固球团，一次电炉熔炼产含磷半钢及富铌渣，以富铌渣为原料进行二次电炉熔炼，在含铝金属还原剂的作用下，产铌铁合金及贫铌稀土渣等三个工序。

制备内配炭冷固结球团是本方法的第一道主要工序。其中，该工序又包括配料、混料、压团及干燥四个步骤。球团主要由4种组分组成，即：铌精矿——含Nb₂O₅1～8％，总铁37～55％，粒级为-150目占80％；焦碳粉——含固定碳≥80％，粒级为-80目占80％；粘结剂，为天然有机大分子化合物胶体，含有羧基等官能团；添加剂—硅石粉或石灰，用于调整炉渣酸碱度。这些组分的基本配比是：以铌精矿为100分，则焦碳粉为11～20分(根据矿中的含铁量而定)，粘结剂2～8分；对上述已配好了的炉料要进行合理混合，所用设备为轮式混辗机或建筑用水泥砂浆搅拌机，操作时间为10～60分钟，并要及时地给物料补充水分，使其含水量为8～15％。将混好的料进行压团，所用设备为民用煤球机或园盘制粒机。压球机的辊径为300mm，压力为80kg/cm²，形成生团。将压制好的生团在200～350℃温度下脱除水量至球团含水量为1％左右，即为干团。此外，为改善粘结剂的性能，需加一定量的金属离子，使之生成盐类，其金属离子包括Ca²⁺、Mg²⁺、Cu⁺²等二价离子K⁺、Na₄ ⁺、NH₄ ⁺等一价离子和Fe³⁺等多价离子。它具有一定的还原能力，但其在空气中的氧化燃烧温度＞600℃。

该方法的第二道主要工序是配碳球团的电炉熔炼。该工艺的基本操作程序和具体工艺条件是：将铌精矿内配碳球团置于直流矿热电弧炉内进行预还原性熔炼。其熔炼温度为1350～1480℃，反应时间为50～180分钟。在这种工艺条件下，炉料中的铁、磷、硫等杂质被选择性还原，形成含磷半钢，而铌和稀土金属不被还原，而形成富铌渣。熔体藉比重差异而分相，使半钢与富铌渣分离。

本方法的第三道主要工序为富铌渣还原熔炼铌铁。该工序所用设备也是电炉，所用还原剂为铝、硅铝、硅钙、铝铁或硅铝铁合金，所用还原剂量的过剩系数为0.1～0.2，反应温度为1500～1600℃，反应时间为120～200分钟，使富铌渣中的铌和铁、锰还原为铌铁合金，而稀土金属不被还原而留在渣中，使合金与渣藉比重不同而分离。

本发明有以下几个明显效果。第一，由于采用了严谨的配料、混料、压团措施，使后续工序的炉料混合均匀，透气性好，性能稳定，比电阻大，软化点高，炉况稳定，节约能耗。并且，由于采用了有机粘结剂，不但提高了球团强度，而且不带进有害杂质。第二，通过第一次电炉预还原熔炼，不但实现了铌的富集及其与铁、磷、硫等杂质分离，而且直接得到了含磷半钢，作为生产火车轮中磷闸瓦及机械轧辊等特种原料，从而降低整个铌铁冶炼成本(半钢的产出率为其铌铁量的2～8倍)。与此同时，由于采用了复合金属还原剂，其还原能力比一般用碳还原时强，铌还原彻底(可达77～93％)；第三，通过第二步电炉金属还原，实现了铌和稀土元素的分离，得到了质量良好的铌铁产品和稀土富渣，其铌铁中含铌达10～40％，Nb/P＝15～33，全流程铌的回收率达82～92％；产出的稀土元素富渣所含稀土达6～8％。

图面说明

1——内配碳冷固球团工序；

2——一次电炉预还原熔炼；

3——二次电炉深还原熔炼。

实施例：

所用原料为包头白云岩2^#矿体中品位铌精矿，主要化学成分为(％)：Nb₂O₅7.55、TFe40.19、FeO5.86、CaO5.20、SiO₂8.00、MgO4.17，Al₂O₃3.99、K₂O0.75、Na₂O0.24，粒度为-120目占85％。添加的硅石粉含SiO₂97.5％，粒度为-120目占87％；所加焦粉挥发份为2.05％，灰分为17.74％，固定碳80.21％；物料配方为(按重量比)：取铌精矿100分，焦粉13分，硅石粉1.5分，粘结剂A-1^#4分，控制水分为12％四种物料用φ700mm建筑用水泥砂浆搅拌机混合10分钟后，再用民用煤球机压团，压力为80kg/cm²，团块尺度为40×36×23(mm)，所得生团的落下强度为4.1次/0.5米，抗压强度为5.8kg/个。生团在250～380℃范围内烘至含水1.3％左右，即为干团。它的抗压强度为61.5kg/个，落下强度为6.3次/米，热抗压800℃下加热30分钟为42.7kg/个，爆裂温度＞1200℃。实例中共处理铌精矿1.097吨，得配碳球团1.31吨。

将上述球团分8批投入功率为200KVA的单电极直流电弧炉中，在1420～1480℃下，经过约180分钟的熔炼处理，所产富铌渣的平均成分(％)为，Nb₂O₅15.1，P1.035，TFe6.73，SiO₂22.54，Al₂O₃8.07，CaO22.46，MgO9.02；含磷半钢的产出率为36.4％，其性能坚韧，可作火车闸瓦铸件。本工艺的铌冶炼回收率为98.32％，脱铁率为91.82％，脱磷率48％，脱硫率76％。

将一次电炉所得富铌渣送入直流电弧炉中，配料调节渣型，在＞1550℃下，用硅钙及硅铝铁混合还原剂进行还原，加入量为理论量的1.1～1.2倍。经反应30分钟得含Nb30.8％，P1.66％，S0.07％，Al0.08％的铌铁合金，其Nb/P＝18.55。相对于富铌渣，铌铁产率为88.12％。从铌精矿至铌铁合金，铌的总回收率为86.62％；每产1吨铌铁，可副产2.51吨半钢和含稀土7％的贫铌渣3.5吨。

Claims

1、本发明涉及冶金化工领域处理低品位复杂铌精矿的一种新方法。处理这种物料的代表性方法之一是高炉——转炉——电炉——电炉工艺流程。本方法的特征在于，它由铌精矿制成配碳球团(包括配料、混合、压团及干燥)，一次电炉选择性预还原熔炼(进行脱铁、除磷、除硫、得富铌渣及含磷半钢)二次电炉熔炼将富铌渣用混合铝热还原剂进行深度还原，得铌铁产品和贫铌稀土渣)三道主要工序组成。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在铌精矿中配入11～20％的焦粉，2～8％的A-1^#粘结剂后混料压团。A-1^#粘结剂是一种比重为1.3～1.5的天然大分子化合物，并经过配加金属离子的成盐处理。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征是：预还原的条件为，碱度(CaO-1.47F)/SiO₂＝0.4～0.9，炉温1350～1480℃，反应时间50～180分钟；

4、依照权利要求1所述的方法，其特征是：富铌渣进行二次电炉深度还原时，炉温高于1550℃，并用混合铝热还原剂还原铌和铁。其混合铝热还原剂含硅、铝、铁，加入量为理论量的1.1～1.2倍。