利用硅酸亚铁电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法

专利名称：利用硅酸亚铁电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法
技术领域：
本发明涉及一种有色金属冶炼弃渣综合利用技术，特别涉及利用硅酸 亚铁电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法。
背景技术：
镍、铜冶炼弃渣是镍、铜冶炼生产中排放的冶炼弃渣，是一种工业固 体废弃物。随着生产的发展，固体废弃物逐年增加，数量巨大的镍、铜冶 炼弃渣在冶炼企业周边渣场露天堆存，除极少量供水泥厂作添加剂(代替 铁矿石)夕卜，其余绝大部分没有得到利用，造成了对企业周边生态环境、 人居环境的严重的环保问题。经过分析测算，镍、铜冶炼弃渣中含有大量铁质元素和二氧化硅，另外含有少量镍、铜、钴、铅、锌等金属元素。以某特大型冶炼企业约160 万吨的弃渣为例，其中金属、非金属理论存量为含铁62万吨、镍4917 吨、铜6273吨、钴1864吨、铅337吨、锌5976吨、二氧化硅59万吨。 这既是巨大的资源浪费，同时也表明镍、铜冶炼弃渣具有巨大的开发利用 价值，然而目前镍、铜冶炼弃渣的综合利用实际上已成为世界性的难题。发明内容本发明的目的是提供一种利用硅酸亚铁电炉整体脱氧还原生产硅铁 的方法，该方法能够充分利用废弃的镍、铜冶炼弃渣资源，避免由此带来 的资源浪费和环境影响，以较低的成本生产出合格的硅铁产品。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种利用硅酸亚铁电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，其特别之处在 于，包括如下步骤a、 将镍冶炼弃渣，铜冶炼弃渣，或镍、铜、钴冶炼弃渣加热至熔融状 态，或直接取熔融状态的镍冶炼弃渣，铜冶炼弃渣，或镍、铜、钴冶炼弃 渣，放置于热渣包内；b、 保温使弃渣保持熔融状态，同时向弃渣中通入氧气或空气从而生 成固体残渣以净化除杂；C、除去固体残渣；d、 将剩下的部分冷却后破碎；e、 然后作为铁质原料与其它原料一起通过脱氧还原法生产硅铁。 其中在步骤c前还需要震荡热渣包30-40分钟，然后静置8-12分钟。 其中在步骤c后还要除去熔融状态弃渣下层占弃渣总重量4-6%的重金属层。其中在步骤b后还要保温使弃渣保持熔融状态，同时向弃渣中通入氯 气从而生成固体残渣以净化除杂，氯气的用量为每吨弃渣0.1-0.25立方米， 通气时间为5-10分钟，或向弃渣中通入氯气直至杂质含量符合要求。其中在步骤b中通入氧气的用量为每吨弃渣0.4-1立方米，通气时间 为5-10分钟，或向弃渣中通入氧气直至杂质含量符合要求。其中在步骤b中通入空气的用量为每吨弃渣2-5立方米，通气时间为 5-10分钟，或向弃渣中通入空气直至杂质含量符合要求。其中步骤b中使用石墨化碳素材料气体导管伸入该热渣包内以通气。其中熔融状态的弃渣是指弃渣温度在1150°C-1300°C。其中步骤e中其它原料是指硅石和还原剂，或石英和还原剂。其中还原剂采用兰碳、冶金焦、或气煤焦。本发明方法首先将镍、铜冶炼弃渣净化除杂，然后用于硅铁生产中可 替代钢屑、氧化铁皮、烧结球团等铁质原料，同时减少硅石(或石英)用
量，实验证明，采用本发明方法生产出来的硅铁(FeSi75)完全符合国家 标准。以外，采用本发明生产出来的硅铁还是一种微合金化硅铁，含有微 量镍元素，用微合金化硅铁炼钢在一定程度上可以提高炼钢质量。微合金 化硅铁用于不锈钢、特殊钢生产时，可节约镍、钴的用量，从而降低炼钢 成本。除杂后的弃渣本身为玻璃态熟料在生产硅铁时可以大幅度降低生产 电耗，从而大幅度降低硅铁生产成本，减少二氧化碳的排放。
采用本发明的方法高效综合回收了镍、铜冶炼弃渣中的铁、硅、镍、 铜、钴等元素。其中硅回收率95%以上，铁回收率96%以上，镍回收率92% 以上，铜回收率90%以上< 钴回收率93%以上。达到了大宗工业固体废弃 物资源化利用的目的，现有冶炼企业存放镍、铜冶炼弃渣占用了大量土地， 采用本发明方法不仅遏制了镍、铜冶炼弃渣对土地的不断吞噬，还能通过 处理原有的镍、铜冶炼弃渣逐步释放出原来占有的土地，这不仅产生经济 效益，还产生相应的环保效益和社会效益。
具体实施例方式
本发明方法对镍、铜冶炼弃渣净化除杂的原理是
利用炉外精炼技术，将高压氧气、高压氯气先后分别喷吹入熔融状态 的弃渣中，分批定量对其进行净化除杂处理，使弃渣中的有害杂质(如氧 化铝、氧化镁、氧化钙、硫化物等)进行充分反应，同时通过均匀、轻微 的震荡促进生成比重较小的新化合物，新化合物漂浮于弃渣上面而析出， 重金属沉积于下层。以此工艺将弃渣中的有害杂质降低到规定范围内，使 弃渣得到纯化，纯化后的主要成分为硅酸亚铁(分子式为 FeSi03 2FeO Si02)产品。反应方程式为
FeS+3Fe304+5Si02+502=5(2Fe0 Si02)+S02 t (高温熔融状态下) 2Ca+02=2Ca0 (高温熔融状态下) 2Mg+02=2MgO (高温熔融状态下) 4A1+302=2A1203 (高温熔融状态下) 2K+C12=2KC1 (高温熔融状态下) 2Na+Cl2=2NaCl (高温熔融状态下) 本发明方法生产硅铁的原理是
将合格粒度的硅酸亚铁、硅石、焦碳和兰碳(或其它还原剂)在配料 站按比例配料，经上料皮带将混合料送至炉顶平台，再由梭式皮带将混合 料卸至炉顶料仓。炉料经料管间断加入电弧炉内，在电弧高温状态下，硅 酸亚铁中的铁元素和硅元素同时被碳元素还原，二氧化硅中的硅元素也被 碳元素还原生成比例确定，混合均匀的硅铁。
反应方程式为
C+0^C02t+热量 (电弧状态下) C+C02=2C0 t -热量
FeSi03 2Fe0 Si02+7C0=3Fe+2Si+7C02 f -热量 (电弧状态下) Si02+2C0=Si+2C021 -热量 (电弧状态下) 本发明方法主要是将弃渣净化除杂后的硅酸亚铁作为铁质原料代替 现有硅铁冶炼生产中的钢屑、氧化铁皮、烧结球团等铁质原料，当然同时 也替代了部分硅石原料，由于硅酸亚铁中硅和铁的含量是确定的，因此可 以很容易的计算出其它原料的用量，以硅、铁计算原料间的配比关系与现 有技术完全相同，而除此之外现有脱氧还原冶炼硅铁的其它原料(如还原 剂)、所有原料的配比、和工艺参数等均与现有技术完全相同。
以下为生产低冰镍，热弃渣为镍铁渣的电炉热渣成分典型值的化学成分表
三个月内电炉热渣成分(％)_
元素Ni Cu Fe Ca0 Mg0 Si02Co SPb Zn As 平均0.240,2537.69 1,537.4340.05 0. 151. 130.050. 140.02 最低0.140.1322,91 0.524.5430.09 0,070.560.020.08 0.01 最高0.810.6844.27 2.0310.98 46.40 0.322.300.180.24 0.21
以下为生产低冰铜，热弃渣为铜铁渣的贫化电炉热渣成分典型值的化 学成分表
三个月内贫化电炉热渣成分(°/o)
元素 Ni Cu Fe Ca0 MgO Si02 Co S Pb Zn As
平均 0.01 0.82 44. 14 1.09 1.80 35.33 0.07 1.34 0.44 1.85 0. 14
最低 0. 001 0. 62 29. 33 0. 91 1. 13 27. 39 0. 02 0. 69 0. 24 1. 42 0. 05
最高 0.06 1.30 47.20 2.10 4.01 40.33 0.10 3.77 0.69 2.73' 0.24
实施例1:
a、 将镍冶炼弃渣加热至115(TC的熔融状态；
b、 放置于热渣包内保温在1150°C，同时通过石墨化碳素材料气体导 管伸入热渣包底部向镍冶炼弃渣中通入氧气(高压氧气)，氧气的用量为 每吨镍冶炼弃渣0.4立方米，控制氧气匀速流动，通气时间为5分钟；
c、 均匀、轻微的水平震荡热渣包30分钟，然后静置8分钟；
d、 除去镍冶炼弃渣上层生成的固体残渣；
e、 将剩下的部分(主要是硅酸亚铁)冷却，再破碎后根据现有硅铁冶 炼要求制成合适大小的球块；
f、 然后将硅酸亚铁球块作为铁质原料与硅石和兰碳一起按现有硅铁冶炼要求的比例通过脱氧还原法冶炼制得硅铁。 实施例2:
a、 将镍冶炼弃渣加热至130(TC的熔融状态；
b、 放置于热渣包内保温在1300°C，同时通过石墨化碳素材料气体导 管伸入热渣包底部向镍冶炼弃渣中通入氧气，氧气的用量为每吨镍冶炼弃 渣1立方米，控制氧气匀速流动，通气时间为10分钟；
c、 均匀、轻微的水平震荡热渣包40分钟，然后静置12分钟； 其余部分与实施例l相同。
实施例3:
a、 将铜冶炼弃渣加热至120(TC的熔融状态；
b、 放置于热渣包内保温在1200°C，同时通过石墨化碳素材料气体导 管伸入热渣包底部向铜冶炼弃渣中通入氧气，氧气的用量为每吨铜冶炼弃 渣0.8立方米，控制氧气匀速流动，通气时间为8分钟；
c、 均匀、轻微的水平震荡热渣包35分钟，然后静置10分钟； 其余部分与实施例l相同。
实施例4:
a、 将镍冶炼弃渣加热至115(TC的熔融状态；
b、 放置于热渣包内保温在1150°C，同时通过石墨化碳素材料气体导 管伸入热渣包底部向镍冶炼弃渣中通入空气(高压空气)，空气的用量为 每吨镍冶炼弃渣2立方米，控制空气匀速流动，通气时间为5分钟；
c、 继续保温在1150°C，然后向镍冶炼弃渣中通入氯气(除钠、钾杂 质)，氯气(高压氯气)的用量为每吨镍冶炼弃渣0.1立方米，通气时间为 5分钟；
d、 均匀、轻微的水平震荡热渣包30分钟，然后静置8分钟；
e、 除去镍冶炼弃渣上层生成的固体残渣；其余部分与实施例l相同。 实施例5:
a、 将铜冶炼弃渣加热至130(TC的熔融状态；
b、 放置于热渣包内保温在1300°C，同时通过石墨化碳素材料气体导 管伸入热渣包底部向铜冶炼弃渣中通入空气，空气的用量为每吨铜冶炼弃 渣5立方米，控制空气匀速流动，通气时间为10分钟；
c、 继续保温在1300°C，然后向铜冶炼弃渣中通入氯气(除钠、钾杂 质)，氯气的用量为每吨铜冶炼弃渣0.25立方米，通气时间为10分钟；
d、 均匀、轻微的水平震荡热渣包40分钟，然后静置12分钟；
e、 除去铜冶炼弃渣上层生成的固体残渣； 其余部分与实施例l相同。
实施例6:
a、 将镍冶炼弃渣加热至120(TC的熔融状态；
b、 放置于热渣包内保温在1200°C，同时通过石墨化碳素材料气体导 管伸入热渣包底部向镍冶炼弃渣中通入空气，空气的用量为每吨镍冶炼弃 渣3立方米，控制空气匀速流动，通气时间为7分钟；
c、 继续保温在1200°C，然后向镍冶炼弃渣中通入氯气(除钠、钾杂 质)，氯气的用量为每吨镍冶炼弃渣0.2立方米，通气时间为8分钟;.
d、 均匀、轻微的水平震荡热渣包36分钟，然后静置ll分钟；
e、 除去镍冶炼弃渣上层生成的固体残渣； 其余部分与实施例l相同。
实施例7:
a、 直接取115(TC的熔融状态的镍冶炼弃渣；
b、 放置于热渣包内保温在1150°C，同时通过石墨化碳素材料气体导 管伸入热渣包底部向镍冶炼弃渣中通入氧气，氧气的用量为每吨镍冶炼弃渣0.8立方米，控制氧气匀速流动，通气时间为8分钟；
c、 除去镍冶炼弃渣上层生成的固体残渣，还要除去熔融状态镍冶炼弃 渣下层占镍冶炼弃渣总重量5%的重金属层；
d、 将剩下的部分(主要是硅酸亚铁)冷却，再破碎后根据现有硅铁 冶炼要求制成合适大小的球块；
e、 然后将硅酸亚铁球块作为铁质原料与石英和冶金焦一起按现有硅铁 冶炼要求的比例通过脱氧还原法冶炼制得硅铁。
实施例8:
a、 直接取120(TC的熔融状态的镍、铜、钴冶炼弃渣；
b、 放置于热渣包内保温在1200'C，同时通过石墨化碳素材料气体导 管伸入热渣包底部向弃渣中通入空气，空气的用量为每吨弃渣3立方米， 控制空气匀速流动，通气时间为7分钟；
c、 继续保温在120(TC，然后向弃渣中通入氯气(除钠、钾杂质)，氯 气的用量为每吨弃渣0.2立方米，通气时间为8分钟；
d、 除去弃渣上层生成的固体残渣，还要除去熔融状态弃渣下层占弃 渣总重量6%的重金属层；
e、 将剩下的部分(主要是硅酸亚铁)冷却，再破碎后根据现有硅铁冶 炼要求制成合适大小的球块，-
f、 然后将硅酸亚铁球块作为铁质原料与石英和气煤焦一起按现有硅铁 冶炼要求的比例通过脱氧还原法冶炼制得硅铁。
实施例9:
a、 直接取120(TC的熔融状态的镍、铜、钴冶炼弃渣；
b、 放置于热渣包内保温在1200°C，同时通过石墨化碳素材料气体导 管伸入热渣包底部向弃渣中通入空气，直至杂质含量符合要求；
c、 继续保温在120(TC，然后向弃渣中通入氯气(除钠、钾杂质)，直至杂质含量符合要求；
d、 均匀、轻微的水平震荡热渣包36分钟，然后静置ll分钟；
e、 将剩下的部分(主要是硅酸亚铁)冷却，再破碎后根据现有硅铁冶 炼要求制成合适大小的球块；
f、 然后将硅酸亚铁球块作为铁质原料与硅石和冶金焦、兰碳一起按现 有硅铁冶炼要求的比例通过脱氧还原法冶炼制得硅铁。
通过对采用上述实施例技术方案冶炼的硅铁进行分析，在不除去弃渣 下层的重金属层(主要为镍、钴、铜等)的情况下，本发明冶炼的产品为 微合金化硅铁，目前国家尚无微合金化硅铁产品标准，微合金化硅铁产品 作为通常硅铁的替代产品，除含有微量对钢铁产品带来一定益化作用的 镍、钴元素外，其余指标均与普通75%硅铁相同，因此发明方法制备的硅 铁产品技术条件符合GB2272—87规定的标准。
相应的，在除去弃渣下层的重金属层的情况下，本发明冶炼的产品指 标均与普通75%硅铁相同，符合GB2272—87规定的标准。
权利要求
1、一种利用硅酸亚铁电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法，其特征在于，包括如下步骤a、将镍冶炼弃渣，铜冶炼弃渣，或镍、铜、钴冶炼弃渣加热至熔融状态，或直接取熔融状态的镍冶炼弃渣，铜冶炼弃渣，或镍、铜、钴冶炼弃渣，放置于热渣包内；b、保温使弃渣保持熔融状态，同时向弃渣中通入氧气或空气从而生成固体残渣以净化除杂；c、除去固体残渣；d、将剩下的部分冷却后破碎；e、然后作为铁质原料与其它原料一起通过脱氧还原法生产硅铁。
2、 如权利要求1所述的利用硅酸亚铁电炉整体脱氧还原生产硅铁的 方法，其特征在于其中在步骤c前还需要震荡热渣包30-40分钟，然后 静置8-12分钟。
3、 如权利要求1所述的利用硅酸亚铁电炉整体脱氧还原生产硅铁的 方法，其特征在于其中在步骤c后还要除去熔融状态弃渣下层占弃渣总 重量4-6%的重金属层。
4、 如权利要求1所述的利用硅酸亚铁电炉整体脱氧还原生产硅铁的 方法，其特征在于其中在步骤b后还要保温使弃渣保持熔融状态，同时向弃渣中通入氯气从而生成固体残渣以净化除杂，氯气的用量为每吨弃渣0.1-0.25立方米，通气时间为5-10分钟，或向弃渣中通入氯气直至杂质含 量符合要求。
5、 如权利要求1所述的利用硅酸亚铁电炉整体脱氧还原生产硅铁的 方法，其特征在于其中在步骤b中通入氧气的用量为每吨弃渣0.4-1立方米，通气时间为5-10分钟，或向弃渣中通入氧气直至杂质含量符合要求。
6、 如权利要求1所述的利用硅酸亚铁电炉整体脱氧还原生产硅铁的 方法，其特征在于其中在步骤b中通入空气的用量为每吨弃渣2-5立方 米，通气时间为5-10分钟，或向弃渣中通入空气直至杂质含量符合要求。
7、 如权利要求1至6中任意一项所述的利用硅酸亚铁电炉整体脱氧 还原生产硅铁的方法，其特征在于其中步骤b中使用石墨化碳素材料气 体导管伸入该热渣包内以通气。
8、 如权利要求1至6中任意一项所述的利用硅酸亚铁电炉整体脱氧 还原生产硅铁的方法，其特征在于其中熔融状态的弃渣是指弃渣温度在 1150°C-1300。C。
9、 如权利要求1至6中任意一项所述的利用硅酸亚铁电炉整体脱氧 还原生产硅铁的方法，其特征在于其中步骤e中其它原料是指硅石和还 原剂，或石英和还原剂。
10、 如权利要求9所述的利用硅酸亚铁电炉整体脱氧还原生产硅铁的 方法，其特征在于其中还原剂采用兰碳、冶金焦、或气煤焦。
全文摘要
本发明涉及一种利用硅酸亚铁电炉整体脱氧还原生产硅铁的方法。包括如下步骤a.将镍冶炼弃渣，铜冶炼弃渣，或镍、铜、钴冶炼弃渣加热至熔融状态，或直接取熔融状态的镍冶炼弃渣，铜冶炼弃渣，或镍、铜、钴冶炼弃渣，放置于热渣包内；b.保温使弃渣保持熔融状态，同时向弃渣中通入氧气或空气从而生成固体残渣以净化除杂；c.除去固体残渣；d.将剩下的部分冷却后破碎；e.然后作为铁质原料与其它原料一起通过脱氧还原法生产硅铁。本发明方法首先将弃渣净化除杂，然后用于硅铁生产中可替代钢屑、氧化铁皮、烧结球团等铁质原料，同时减少硅石(或石英)用量，实验证明，采用本发明方法生产出来的硅铁(FeSi75)完全符合国家标准，本发明提供了一种生产铁合金的新方法。
文档编号C22C35/00GK101545044SQ20091011722
公开日2009年9月30日 申请日期2009年2月12日 优先权日2009年2月12日
发明者牛庆君, 王振峰 申请人:牛庆君