NO157664B - FremgangsmŸte for utnyttelse av fattige oksydiske og jernholdige komplekse malmer eller konsentrater. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for utnyttelse av fattige oksydiske og jernholdige komplekse malmer eller konsentrater for omdannelse av innholdet av krom, aluminium, vanadium, titan, nikkel, mangan og kobolt deri til en for videre behandling anvendbar form i erholdte metall- og/eller slaggfaser, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at materialet reduseres i nærvær av et slaggdannende material ved temperaturer 1100 til 1500°C, fordelaktig 1250 til 1400°C, hvorved man danner en separat anvendbar metallfase særlig egnet for utvinning av jernet, samt en separat anvendbar slaggfase særlig egnet for utnyttelse av krom, aluminium, titan og mangan.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravene.

Tidligere kjente prosesser har gått ut på utvinning av initiale materialer inneholdende forskjellige substanser og som skulle behandles ved hjelp av forskjellige metoder, altså ikke noen tilsvarende samtidig behandling som ved den foreliggende oppfinnelse.

Krom-kjemikalier fremstilles vanligvis ved hjelp av en oksyderende kalsinering av en kromittblanding av natriumkarbonat/ kalsiumkarbonat hvorved natriumkromat oppnås som et mellorr.-produkt. Bruken av denne prosess medfører imidlertid forskjellige ulemper med hensyn til miljøvern, helsefaktorer og lønnsomhet. Slike ulempefaktorer inkluderer kvalitetskravene for kromitt (Si02-konsentrasjonen må være levere enn»), de store mengder av gass som er til stede under kal-sineringen, reaksjonstemperatur på 1100°C og en lang reaksjons-tid på 4 timer, såvel som en rest som utgjør et problem.

Selv etter en utlatning inneholder resten krQmater av nat-rium og kalsium som gradvis oppløses av regnvann med mindre resten reduseres separat.

Fra vanadium-holdige ilmenittmalmer (Fe, V)Ti03 fjernes vanadium ved hjelp av en oksyderende behandling i nærvær av al-kalimetaller. I dette tilfelle er imidlertid den nødvendige mengde alkali stor på grunn av de alkalimetall-titanforbind-elser som dannes. I tillegg etterlates en ferrijern/titan-forbindelse som et biprodukt og denne forbindelse har liten økonomisk verdi og er på grunn av sitt høye titandioksydinn-hold uegnet for f.eks. fremstilling av råjern.

Fremstilling av ferrokrom fra et kromitt-konsentrat eller malm gjennomføres vanligvis i en elektrisk lysbueovn, hvor det må anvendes høye temperaturer for å oppnå en tilfreds-stillende reduksjonstakt. I dette tilfelle er det også nød-vendig å tilsette passende additiver for å styre smelte-punkt og viskositet av slagget, og en stor mengde tilfør-selsblanding må således smeltes ved en høy temperatur. Mengden av elektrisk energi pr. tonn ferrokrom er høy, da

de nødvendige temperaturer er 1550 - 1600°C for metallet 1650 - 1700°C for slagget. Videre er det slagg som derved oppnås vanligvis avfallsmaterial eller egnet bare for formål med liten verdi, da smeltepunktet for slagget nedsettes på grunn av fluksmidlet og derved blir den ildfaste kvalitet av de bygningsstener eller blandinger som fremstilles fra slagget nedsatt. Prosessen har en ytterligere ulempe ved at den koks som anvendes som reduksjonsmiddel må være av høy kvalitet og høykvalitets-koks er vanskelig å få tak i og eventuelt bare til høy pris.

Behandlingen av en aluminiumoksydholdig lateritt for å danne rent aluminiumoksyd, Al^O^, gjennomføres under anvendelse av Bayer- eller Pedersen-prosessen. Ulempen med Bayerprosessen er at lateritt hvori andelen av hematitt er høy hen-holdsvis at andelen av aluminiumoksyd er lav kan ikke anvendes ved prosessen. I tillegg fremstilles et jernholdig rødslam i Bayerprosessen og dette rødslam er vanskelig og dyrt å kvitte seg med. Ulempen ved Pedersen-prosessen er at energiforbruket ved smeltingen i elektroovn er høyt da kalken må tilsettes som kalksten eller må kalsineres separat før smeltingen.

Formålet for den foreliggende oppfinnelse er å eliminere u-lempene ved den hittil anvendte teknikk og å tilveiebringe en behandlingsprosess som er økonomisk både med hensyn til energiteknologi og de anvendte materialer og som videre om-danner alt det anvendte material til en brukbar form.

For å illustrere oppfinnelsen vises det til de vedføyde teg-ninger hvori: Fig. 1 skjematisk avbilder flytskjemaet for behandlings-prosessen i henhold til oppfinnelsen, og Fig. 2 avbilder en utførelsesform av den samme prosess hvor det anvendes en totrinns behandling i roterende ovn/elektroovn.

I figurene er den roterende ovn angitt med henvisningsbe-tegnelsen 1 og det faste material 2a og forbrenningsluften og reduksjonsgassen 2b innføres i ovnen. Reaksjonsgassene kan anvendes for tørking eller forvarming av tilførsels-materialet. I fig. 2 er elektroovnen angitt ved henvisnings-tallet 6. Etter å ha kommet ut fra ovnen avkjøles produktet i en kjøletrommel 3 hvorfra produktet føres inn i en mølle 4 og videre til magnetisk separasjon 5.

I den etterfølgende tabell angis som eksempel sammensetninger av de initiale materialer 2a som anvendes og de fraksjoner som utgjør sluttproduktene, 5a, 5b, 6a og 6b.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen tilføres råmaterialet eller blandingen av råmaterialer, koksen anvendt som reduksjonsmiddel, og de additiver som kreves for styring av sammensetningen i en roterende ovn. En passende gassatmos-fære, en passende temperaturprofil og en passende oppholds-tid bestemmes for den roterende ovn for å oppnå det ønskede produkt. Temperaturprofilen oppnås ved å brenne brennstof-fet på kontrollert måte i reaksjonssonene. «Det brennstoff som anvendes for oppvarming av den roterende ovn er olje, gass, kullstiøv e.l., avhengig av den lokale situasjon.

Temperaturområdet ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er 1100. - 1500°C, foretrukket 1250 - 1400°C, i reak-sjonssonen i den roterende ovn, selvom materialer med vesens-forskjellige initiale sammensetninger kan behandles i den roterende ovn. Den korrekte temperaturprofil for hvert material oppnås ved å kontrollere blandingen av forbrennings-luft og brennstoffgass.

Produktet fra fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen av-kjøles på en kontrollert måte for å forhindre oksydasjon eller ved å følge en passende avkjølingskurve for å oppnå de ønskede kullproduktfaser. Avkjølingen gjennomføres i en kjøletrommel. Det oppnådde produkt oppdeles om nødven-dig og metallet eller metallegeringen separeres fra slagget ved hjelp av en magnetisk metode, en metode basert på forskjellen i densiteter, eller ved hjelp av en våtkjemisk metode.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er det mulig

å fremstille kromkjemikalier (eksempel 1) fra et kromitt-basert initalt material uten dannelse av skadelige alkali-metall- og/eller jordalkalimetall-kromat, da i henhold til oppfinnelsen de anvendte alkalier enten danner oksyder eller silikater. I tillegg er behandlingsperioden vesentlig kortere, og de anvendte gassmengder er vesentlig mindre enn ved de tidligere prosesser. Da videre de anvendte alkalier danner silikater ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen vil ikke oppnåelsen av en tilstrekkelig lav SiO^-konsentrasjon i betraktning av kvalitetskravene for krum-kjemikalier, ikke bevirker problemer ved den videre behandling av produktet. Kvalitetskravene foir kromkjemikalier kan således fordelaktig oppfylles.

Når en vanadium-holdig ilmenitt behandles ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen (eksempel 2) oppnås alle metallbestanddeler, vanadium og jern og titan, i en utnytt-bar form. Titan passerer som titandioksyd inn i den ikke-magnetiske fraksjon av produktet fra den roterende ovn, og kan anvendes for fremstilling av metallisk titan. Vanadium passerer for sin del sammen med jernet inn i den magnetiske fraksjon. Når den magnetiske fraksjon behandles videre kan vanadium gjenvinnes som kalsium-vanadat (CaV20^) fra det slagg som kommer fra raffinering av råjernet. Kalsiumvana-tet kan ved hjelp av i og for seg kjente metoder anvendes for fremstilling av vanadium-pentoksyd eller som et råmaterial for ferrovanadium.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan en aluminiumoksydholdig lateritt (eksempel 3) uten en separat agglomerering av tilførselsmaterialet, omdannes til opp-løselige salter. I dette tilfelle passerer lateritten inn i slagget fra den roterende ovnsprosess og en magnetisk separering gjennomføres på dette slagg etter av-kjøling. I den ikke-magnetiske fraksjon danner den aluminiumoksydholdige lateritt faser som er oppløselige i en alkalisk oppløsning, og sluttproduktet aluminiumoksyd kan gjenvinnes fra disse faser ved hjelp av en i og for seg kjent metode. Det er således nødvendig bare med gjennom-føring av en magnetisk separering før utvinningsprosessen for aluminiumoksydet. Den magnetisk fraksjon inneholder for sin del bare råjern. Den ikke-magnetiske fraksjon kan som sådan også anvendes som råmaterial for f.eks. aluminat-sement.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er det også mulig å fremstille en forlegering for f.eks. edelstålindu- ■ strien eller for ferrokrom-fremstilling (eksemplene 4 og 5). I dette tilfelle blir f.eks. partikkelstørrelsen av produktet og mengdeforholdene mellom de forskjellige bestanddeler i leg-eringen (Cr/Ni-forholdet i rustfritt stål) innstilt i den roterende ovn slik at de er fordelaktige for de prosesstrinn som følger.

Hvis en magnetisk separasjon gjennomføres med produktet fra den roterende ovn kan den ikke-magnetiske fraksjon anvendes for fremstilling av ferrokrom og/eller som råmaterial for kromitt- eller krom-magnesitt-bygningssten og den magnetiske fraksjon kan anvendes for fremstilling av edelstål.

Eksempel 1

For å fremstille kromkjemikalier ved hjelp av fremgangsmåten

i henhold til oppfinnelsen innføres kromitt (partikkel-størrelse 90% - 200 mesh, analyse 28, SX Fe, 25, 2% Cr, 7,9*

Al, o,7X V, 0,8* Mn+Ni) i en roterende ovn sammen med karbon og et alkalimetallsalt. Karbon ble anvendt i et over-skudd på 10 vekt* av den mengde som er nødvendig for red-uksjon av jern, nikkel og mangan. Alkalimetallsaltet inneholdt natriumkarbonat og natriumsulfat i forhold 4:1, og mengden tilsvarte forbindelsene Na(Cr, Al, V)02 og Na2Al2 SigO^g. Reaksjonstiden i den roterende ovn var 15 minutter og reaksjonstemperaturen var 1100°C. Utbyttet av jern i den magnetiske fraksjon var 95% og konsentrasjonen av jern i den magnetiske fraksjon var 90 vekt* og den magnetiske fraksjon var således som sådan egnet for ytterligere raffinering av jern. Det krom som var tilbake uredusert passerte nesten fullstendig inn i den ikke-magnetiske oksydfraksjon, da konsentrasjonen av krom i den magnetiske fraksjon var bare 0,7 vekt*. Den ikke-magnetiske oksydfraksjon kan ut-vikles videre for den ytterligere raffinering av kromkjemikalier og/eller krom og det medfølgende vanadium kan anvendes for fremstilling av vanadium-pentoksyd ved hjelp av i og for seg kjente metoder.

Eksempel 2

En jernrik, vanadiumholdig ilmenitt (54,6% Fe2C>3, 41% TiC^, 0,65% V) ble ført inn i en roterende ovn sammen med karbon og en (FeS2+CaO) blanding for å utvinne metallbestanddelene ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Mengden av

(FeS2+CaO) blandingen var 14% av ilmenitt mengden og mengden av karbon var 3 vekt% mer enn den nødvendige mengde for red-uksjon av det oksydiske jern til metallisk jern. Reaksjonsperioden for materialet i den roterende ovn var 2 timer ved en temperatur på 1400°C. Konsentrasjonen av titanoksyd oppnådd i den ikke-magnetiske fraksjon varierte mellom de forskjellige partikler innenfor et område på 85 - 95 vekt% og den kunne således anvendes for fremstilling av metallisk titan. Utbyttet av vanadium i den magnetiske fraksjon var 90% og konsentrasjonen 4-11 vekt%. Når den magnetiske fraksjon ble behandlet ytterligere for fremstilling av råjern passerte vanadiumet inn i slaggfasen at på grunn av

det kalsiumvanadat CaV2 .O 5 som var dannet', endret aktivitets-forholdet seg mellom slaggfasen og metallfasen.

Eksempel 3

Laterittmalm 100 vektdeler, kvarts 2,4 vektdeler, koks 11,7 vektdeler og kalksten 62,0 vektdeler ble innført i en roterende ovn for å fremstille aluminiumoksyd ved hjelp av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Sammensetningene av tilførselsmaterialene var som følger:

Reaksjonstemperaturen i den roterende ovn var 1200 - 1350°C og reaksjonsperioden var 2 timer. Produktet fra den roterende ovn ble avkjølt sakte til 600°C i en kjøletrommel hvoretter det fikk avkjøle seg fritt. Når produktet fra den roterende ovn avkjølte seg ble det i produktet dannet faser som var oppløselige i en alkalisk oppløsning CaO^A^O^ og 12CaO-7Al203 i et forhold på 2:1, og 2CaO-Si02. På grunn av endringen i krystallformen i den sistnevnte fase falt

i

produktet sammen til et findelt pulver. Etter at en magnetisk separering var gjennomført med produktet var sammensetningene av de forskjellige faser som følger:

Den ikke-magnetiske fraksjon ble utlutet videre ved hjelp av en i og for seg kjent metode, hvorved det totale utbyttet av aluminium i oppløsningen var 95%. Produktene fra den roterende ovn kan anvendes direkte som råmaterial i stålindu-strien .

Eksempel 4

En forlegering for rustfritt stål ble fremstilt fra Ni-lateritt og kromitt ved å redusere konsentratblandingen i en roterende ovn ved hjelp av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Sammensetningene av tilførselsmaterialene var:

I den roterende ovn ble reduksjonen gjennomført med en temperatur på 1300 - 1350°C under anvendelse av en kar-bonmengde som var 20% større enn den som var nødvendig for oppnåelse av den ønskede reduksjonsgrad. Av de 100 vektdeler Ni-lateritt og 30 vektdeler kromitt som ble inn-ført i ovnen ble det oppnådd 88,2 vektdeler redusert produkt fra den roterende ovn idet sammensetningen av produktet var 7,0% Cr, 16,5% Fe, 2,9% Ni, 36,9% Si02< 28,9% MgO, 6,4% A1203, 0,4% CaO og 1,1% C. En magnetisk separering av produktet fra den roterende ovn ga 23,3 vektdeler metallfraksjon inneholdende 59,8% Fe, 24,6% Cr, 10,6% Ni, 4,0% C og 1,0% Si og som kunne videreanvendes som råmaterial for edelstålindustrien. Den ikke-magnetiske fraksjon som var tilbake etter den magnetiske separering inneholdt 48,6% Si02< 39,3% MgO, 8,7% Al^, 0,6% CaO, 1,1% Cr203< 1,4% Fe203 og 0,2% NiO. Den ikke-magnetiske fraksjon kan anvendes som en blandingsbestanddel i ildfaste stener og blandinger (f.eks. Stener og blandinger av typene forsteritt og/eller krom og magnesium/krom).

Eksempel 5

For fremstilling av ferrokrom ved hjelp av fremgangsmåten

i henhold til oppfinnelsen ble kromittkonsentrat i en

i

mengde av 100 vektdeler, 10 vektdeler slaggdannende material og 15 vektdeler koks og mer enn nødvendig for oppnåelse av et støkiometrisk reduksjonsresultat innført i en roterende ovn. Analyser av tilførselsmaterialet var som følger:

Reduksjonen i den roterende ovn ble gjennomført ved en temperatur på 1300 - 1350°C med reaksjonsperiode 1,5 time. Produktet fra den roterende ovn ble avkjølt og en magnetisk separasjon ble gjennomført med det avkjølte produkt. Analyse av den magnetiske fraksjon (41,5 vektdeler) og den ikke-magnetiske fraksjon (37,3 vektdeler) var som følger:

Den magnetiske fraksjon er et ferdig ferrokrom-produkt med et høyt karboninnhold mens slaggfasen kan anvendes som et råmaterial for f.eks. en magnesium-aluminium-silikatbland-ing .i

Selv om det her beskrives bruk av bare en roterende ovn er det klart for den fagkyndige at andre lignende ovnssystemer også kan anvendes for oppfinnelsens formål.

Eksempel 6

I dette eksempel ble den aluminiumoksydholdige lateritt fra eksempel 3 behandlet på en slik måte at råmaterialet ble først forhåndsbehandlet i en roterende ovn, hvoretter materialet ble overført i en elektrisk ovn for å fullføre reaksjonene på en energi-økonomisk måte, og i dette tilfelle var det ikke nødvendig å gjennomføre en magnetisk separasjon for produktet oppnådd fra den elektriske ovn.

En aluminiumoksydholdige laterittmalm 100 vektdeler, kalksten 27,1 vektdeler, brent kalk 16,5 vektdeler og koks 17,0 vektdeler ble innført i en roterende ovn. Den kjemiske sammensetning av tilførselsmaterialene var som følger:

Reaksjonsperioden i den roterende ovn var 2 timer og reaksjons-i

temperaturen var 1200 - 1350°C. Det ble derved ved 1110°C oppnådd et produkt fra den roterende ovn i en mengde på

104 vektdeler med sammensetning 27,2% A^O^/ 26,5% CaO, 6,2% Si02, 27,7% FetQtal, 3,8%Ti02, 0,5% MgO og 4,9% C. Produktet fra den roterende ovn ble avkjølt til 530°C hvoretter det sammen med brent kalk ble innført i en elektrisk ovn i et forhold på 56,4 vektdeler produkt fra ovnen til 1,7 vektdeler brent kalk. Fra den elektriske ovn ble det oppnådd 16,0 vektdeler råjern ved en temperatur på 1420 - 1450°C og 37,4 vektdeler elektroovnslagg ved en temperatur på 1500 - 1550°C.

Elektroovnslagget ble avkjølt i samsvar med eksempel 3 hvoretter produktet ble lutet ut i en alkalisk oppløsning.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for utnyttelse av fattige oksydiske og jernholdige komplekse malmer eller konsentrater for omdannelse av innholdet av krom, aluminium, vanadium, titan, nikkel, mangan og kobolt deri til en for videre behandling anvendbar form i erholdte metall- og/eller slaggfaser, karakterisert ved at materialet reduseres i nærvær av et slaggdannende material ved temperaturer 1100 til 1500°C, fordelaktig 1250 til 1400°C, hvorved man danner en separat anvendbar metallfase særlig egnet for utvinning av jernet, samt en separat anvendbar slaggfase særlig egnet for utnyttelse av krom, aluminium, titan og mangan.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at for den separate anvendelse av metallfasen og slaggfasen som dannes, separeres de fra hverandre fra reduksjonsproduktet ved hjelp av magnetisk separasjon eller en prosess basert på forskjell i spesifikk vekt, eller ved hjelp av våtkjemisk utlutning eller flota-s jon.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at reduksjonen foretas med fast reduksjonsmiddel i en sylinderovn, eller i en kombina-sjon av en sylinderovn og en elektrisk ovn.

4. Fremgangsmåte som angitt i et eller flere av kravene 1 " 3< karakterisert ved at det som reduksjonsmiddel anvendes koks eller stenkullstøv.