CN86106257B - 等离子碳热法生产钼铁 - Google Patents

Abstract

本发明系采用等离了碳热法生产钼铁。其特征在于以等离子炉为冶炼装置，以熟钼矿球团为原料，利用等离子体的高温热源和碳热，以碳为还原剂，在短时间内，将氧化钼（ＭｏＯ_３）还原成低碳低硫钼铁合金。熟钼矿球团的组份配比（重量）为：熟钼矿６５～８５％，焦碳８～１２％，铁鳞（Ｆｅ_３Ｏ_↓［４］）８～１５％，硅铁３～８％。所得钼铁合金中含Ｍｏ＞５５％，Ｃ＜０．２％，Ｓ＜０．１５％。采片该方法生产钼铁，其钼的回收率＞９７％。

Description

等离子碳热法生产钼铁

本发明属于用电热法生产合金的技术领域。主要适用于冶炼钼铁合金。

目前，要获取C＜0.2%，S＜0.15%的优质钼铁合金，国内外普遍采用金属热法（《铁合金冶金学》，P389）。

金属热法的工艺路线是：钼精矿（MoS₂）→氧化焙烧→熟钼矿（MoO₃）→金属热法→钼铁合金。即首先在反射炉、迴转炉或多层焙烧炉中，将钼精矿氧化焙烧成熟钼矿，然后以熟钼矿为主要原料，并配与硅铁、铝粒、化学药品和引火剂等，一并加入反应器等冶炼炉中，进行氧化还原反应，将氧化钼还原成金属钼，再与铁化合成钼铁合金。

金属热法的热源主要来源硅，其次是铝。每冶炼一吨钼铁（含Mo55%，S＜0.15%，C＜0.2%）约需400公斤左右硅铁，80公斤左右铝等，成本较高;同时，该方法劳动强度大，砌炉、拆炉，清渣等工序十分繁琐;化学反应产生的氰化物是致疝物质，对环境污染大等。

美国专利US4466824、US4519835是在等离子炉内，通过等离子热分解钼精矿来制取钼。

等离子技术的主要特征是把气体部分电离成分子、原子、离子和电子，使之具有很高温度的气体混合物。根据特定气体的种类和它的离子化温度，可以造成工业上需要的化学反应气氛，即可以呈中性，也可以是氧化性或还原性气氛;同时，较容易地获得工业生产需要的高温。因此，等离子体不仅是一种洁净的高温热源，还是多种物理化学过程的直接参与者和保护者，对许多冶金过程具有重要意义。它可以加速反应过程，简化或缩短生产流程，提高效率，生产一般火法冶炼所难于生产的中间合金。

上述两项专利所采用的工艺过程是：将天然钼精矿（辉钼矿MoS₂）置于等离子炉中，通过氮气或氩气的电离，得到高达2900°K高的反应温度，使钼精矿MoS₂分解，直接得到Mo和S₂，其反应式是

MoS₂→Mo+S₂

反应所析出的含硫气体进行冷凝分离，得到液态硫;但所得到的钼并不是纯净的金属钼，而是碳高、硫高的不稳定钼化物。要想获得低碳低硫钼铁，还必须在冶炼炉上进行二次电冶炼，这就大大地增加了成倍的电耗，同时，回收率也降低，造成经济上不合理。

本发明的目的在于提供一种成本低回收率高的，且操作简便及效率高的，生产低碳低硫钼铁的方法。

其解决方案是以等离子炉为冶炼设备，将由钼精矿氧化焙烧制成的熟钼矿（MoO₃）与还原剂焦碳粉、铁鳞和少量硅铁制成熟钼矿球团并废钢一并加入等离子炉内。一方面是充分利用等离子体的高温热源和还原气氛;同时以碳为还原剂，进行金属氧化物（MoO₃）的还原反应，从而得到需要的钼铁合金。其还原反应式如下：

2/3MoO₃+2C→2/3Mo+2CO↑

另一方面，在如此高的温度下，使还原剂焦碳、铁鳞和硅铁等更能充分发挥其还原作用，积极参与反应过程。C、Si与Fe₃O₄、FeO反应，生成CO₂、CO和SiO₂、FeO，使其挥发或进入渣中。具体的反应式如下：

2Fe₃O₄+C→6FeO+CO₂↑

Fe₃O₄+4C→3Fe+4CO↑

2FeO+C→2Fe+CO₂↑

FeO+C→Fe+CO↑

C+O₂→CO₂↑

Si+O₂→SiO₂

上述还原反应过程的进行，又加速了MoO₃的还原。铁鳞部分以氧化亚铁形式进入渣相，另一部分还原成铁。在渣中保留氧化亚铁有利于降低渣的熔点和粘度，使之在较短的时间内完成整个反应过程。既能得到优质的钼铁，又有更高的回收率;另外，劳动强度减小，电耗也降低。

由此看出，本发明的特点是既利用了等离子热，又利用了碳热;以碳代替硅铁和铝粒作还原剂，加速等离子冶金的吸热反应，即在短时间内完成反应过程，得到低碳低硫钼铁。

具体工艺过程如下：钼精矿→氧化焙烧→熟钼矿→等离子炉冶炼→钼铁。

首先将钼精矿（MoS₂）置于反射炉或迴转炉或多层焙烧炉等中，采用劣质煤等原料，在空气中进行氧化焙烧，得到熟钼矿（MoO₃），其化学反应式为MoS₂+7/2O₂→MoO₃+2SO₂↑。

将焦碳、铁鳞和硅铁分别磨碎成100～150目的粉末，并与熟钼矿（MoO₃）粉混合，用水玻璃作为粘结剂，进行压块或造球，制成熟钼矿球团。

熟钼矿球团中各组份的配比（重量%）如下：熟钼矿（MoO₃）65～85%，焦碳8～20%，铁鳞（Fe₃O₄）8～15%，硅铁（含Si75%）3～8%。

将熟钼矿球团加入等离子炉内，并配入适量的废钢或铁屑，进行引弧熔炼。使用氩气或氮气和氢气做等离子气体，等离子体采用直流电，电压为100～220伏，电流＞700安。经过十几分钟，乃至几分钟的熔炼，便可得到高质量的低碳低硫钼铁合金，即所得钼铁合金中的Mo＞55%，C＜0.2%，S＜0.15%等。采用该方法生产钼铁，钼的回收率＞97%。

与金属热法相比，本发明的优点是，使用等离子炉冶炼还原方法可替代间歇的金属热还原法，可直接得到优质钼铁;以碳热和等离子体热代替金属热，可提高产品的回收率;用碳代替硅铁和铝粒作还原剂，节约了大量的硅铁、铝粒等原料，从而降低了消耗和成本，得到较大的经济效益;简化了操作工序，大大地降低了劳动强度。

与美国专利US4466824和US4519835相比，本发明是采用一次低温焙烧十一次等离子冶炼，便可得到优质的低碳低硫钼铁，前者必须经过两次电冶炼才能得到低碳硫钼铁。故本发明较前者，钼的回收率提高，设备简单，成本降低，经济合理。

实施例一

用熟钼矿作原料〔熟钼矿的具体化学成分（重量%）为Mo49.58，S0.068，Cu0.12，SiO₂14.36，FeO4.01，CaO1.54，Al₂O₃2.84〕，配加适量焦碳、铁鳞和少量硅铁，用比例为1∶1的水玻璃和水作粘结剂，在园盘造球机上造球，制成熟钼矿球团。所得熟钼矿球团中内含熟钼矿72%，焦碳13.7%，铁鳞10.8%，硅铁3.4%。

开炉前，先用废钼铁下脚料清洗等离子炉，然后装入10kg熟钼矿球团和1.7kg废钢。采用N₂+H₂作等离子体，使用功率250KW，直流电压170V，电流1200A，电弧长10～20Cm。冶炼15分钟出炉。所得钼铁合金产品的成分（重量%）为Mo57.09，S0.14，C0.12，Si0.15，Cu0.16，P0.04，其余为Fe。

实施例二

所采用的熟钼矿成分和配料及其制作熟钼矿球团的工艺操作与实施例一相同。

制得的熟钼矿球团中内含熟钼矿71%，焦碳12.1%，铁鳞10.7%，硅铁6.1%。

将10kg熟钼矿球团加入等离子炉中，另加废钢1.6kg。用N₂+H₂为等离子体，使用功率260KW，直流电压170V，电流1500A，弧长10～15Cm，冶炼10分钟出炉。所得钼铁合金产品的成分（重量%）为Mo56.23，Si0.13，C0.15，S0.15，Cu0.19，P0.05，其余为Fe。

实施例三

所采用的熟钼矿成分、配料及制作熟钼矿球团的工艺操作与实施例一相同。

所得熟钼矿球团中内含熟钼矿71.4%，焦碳12.7%，铁鳞10.7%，硅铁5.1%。

将20kg熟钼矿球团加入等离子炉中，另加废钢3.48kg。以N₂+H₂作等离子体，使用功率260KW，直流电压180V，电流1400A，弧长10～15Cm，冶炼20分钟出炉。

所得钼铁合金产品的成分（重量%）为Mo55.01，Si0.15，C0.14，S0.12，Cu0.20，P0.05，其余为Fe。

Claims (2)

1、一种利用等离子炉冶炼钼铁合金的方法。以辉钼矿为原料，利用等离子体高温热源，把辉钼矿（MoS₂）直接分解为Mo和S，从而获取含碳和硫都较高的高碳高硫钼，其特征在于以熟钼矿球团为原料，并配加一定量的废钢或铁屑，利用等离子体热和碳热，以碳作还原剂，将熟钼矿（MoO₃）还原成低碳低硫钼铁合金。

2、根据权利要求1.所述的方法，其特征在于熟钼矿球团各组份的配比（重量%）如下：熟钼矿（MoO₃）65～85%，焦碳8～20%，铁鳞（Fe₃O₄）8～15%，硅铁（含Si75%）3～8%。