利用镍铁渣的硅铁和镁的制备方法、制备装置及熔融还原炉的制作方法
【专利摘要】本发明公开利用作为镍铁制备过程的副产物的镍铁渣(Ferro-Nickel Slag)，来制备镁及硅铁的方法。本发明提供利用镍铁渣的镁的制备方法，上述利用镍铁渣的镁的制备方法包括：将包含镍铁渣、硅铁渣、硅铁及镁还原催化剂的第一原料进行配合的步骤；在热还原炉的真空气氛下，使配合的上述第一原料气化的步骤；以及回收在上述热还原炉中气化的镁的步骤。并且，本发明为了制备镁还原剂而提供如下方法，即利用作为制备镁的副产物的镁渣来制备硅铁，并利用作为制备硅铁的副产物的硅铁渣来制备镁。根据本发明，能够减少能量费用，并减少一氧化碳的排出，来改善环境问题，并能够将作为工序的副产物废弃的资源重新利用于镁及硅铁的制备。
【专利说明】利用镍铁渣的硅铁和镁的制备方法、制备装置及熔融还原 炉
【技术领域】
[0001] 本发明涉及镁制备装置，更详细地，涉及利用作为镍铁制备过程中的副产物的镍 铁渣（Ferro-Nickel Slag)来制备镁的方法。
【背景技术】
[0002] 传统上，作为镁制备方法，使用了将作为还原剂的硅铁和作为催化剂的萤石利用 于锻烧白云石，来制备镁的方法。
[0003] 白云石作为用MgCa(C03)2表示的由碳酸钙和碳酸镁组成的矿物，为了回收镁，需 要经过脱羧，像这样，锻烧的锻烧白云石使用为镁的制备原料。因此，能够产生用于制备煅 烧白云石的煅烧费用，并产生过量的二氧化碳，从而引发环境问题。
[0004] 另一方面，最近，正研究开发利用镍铁渔来制备镁的方法。然而，由于镍铁渔不含 有氧化钙成分，因而导致在制备工序中，追加投入生石灰。
[0005] 并且，如上所述的两种方法存在制备镁后残留的渣成为工业废弃物的问题。
[0006] 因此，切实需要从镍铁渣中回收镁，并在制备过程中，不产生费用增加问题，且不 产生制备副产物的环保的镁制备方法。
【发明内容】
[0007] 技术问题
[0008] 为了解决如上所述的现有技术的问题，本发明的目的在于，提供利用镍铁渣来制 备包含镁和硅铁的有用的资源的新颖的方法。
[0009] 并且，本发明的目的在于，提供能够在工序内再使用镁制备过程中的副产物的新 颖的镁及硅铁制备方法。
[0010] 并且，本发明的目的在于，提供适合适用于上述镁制备方法的镁制备装置。
[0011]并且，本发明的目的在于，提供适合硅铁的制备的熔融还原炉。
[0012] 解决问题的手段
[0013] 为了实现上述技术问题，本发明提供如下利用镍铁渣的镁的制备方法，上述利用 镍铁渣的镁的制备方法包括：将包含镍铁渣、硅铁渣、硅铁及镁还原催化剂的第一原料进行 配合的步骤；在热还原炉的真空气氛下，使配合的上述第一原料气化的步骤；以及回收在 上述热还原炉中气化的镁的步骤。
[0014] 在本发明中，上述镍铁渣可以包含镁化合物及铁成分。
[0015] 并且，在本发明中，上述硅铁渣可以包含氧化钙。
[0016]并且，本发明提供如下镁制备方法，上述镁制备方法还包括：将包含从上述热还原 炉排出的镁渣和铁矿石的第二原料进行配合的步骤，上述第二原料；向熔融还原炉投入上 述第二原料，来使包含在上述镁渣的硅石和铁成分熔融，并制备成硅铁的步骤；以及在上述 熔融还原炉中回收硅铁渣，来使上述硅铁渣向上述热还原炉循环的步骤。
[0017] 并且，本发明还可包括在上述熔融还原炉中回收硅铁溶液的步骤。此时，本发明还 可包括将回收的上述硅铁溶液的至少一部分与上述第一原料相混合并成形的步骤。
[0018] 为了实现再一上述技术问题，本发明提供如下镑制备装置，包括：溶融还原炉,用 于制备硅铁，以及热还原炉，用于还原镁氧化物，上述镁制备装置的特征在于，上述热还原 炉从镍铁渣中使镁气化，并投入上述熔融还原炉的硅铁渣作为上述热还原炉的原料。
[0019] 在本发明中，上述硅铁渣可起到用于还原上述镁氧化物的氧化钙成分的供给源的 作用。 __
[0020] 在本发明中，上述熔融还原炉可以为炼焦炉或电炉。与此不同，上述熔融还原炉也 可包括：熔融炉；以及还原炉，通过第一浇道与上述熔融炉相连接。
[0021] 在本发明中，上述还原炉可以具有煤粉投入装置。
[0022] 并且，在本发明中，上述还原炉可至少具有第二浇道及第三浇道，上述第二浇道及 第三浇道从上述还原炉底面起设置在不同高度，用于回收熔融的硅铁。
[0023] 并且，在本发明中，上述热还原炉的镁渣可以向上述熔融还原炉循环。
[0024] 为了实现另一上述技术问题，本发明提供如下熔融还原炉，上述熔融还原炉以作 为制备镁的副产物的镁渣和铁矿石为原料还原硅铁，上述熔融还原炉的特征在于，上述熔 融还原炉包括熔融炉及还原炉；上述熔融炉与还原炉通过第一浇道相连接，上述第一浇道 用于移送硅铁溶液。
[0025] 在本发明中，上述还原炉可包括第二浇道及第三浇道，上述第二浇道及第三浇道 从上述还原炉的底面起设置在不同位置，用于排出硅铁溶液。
[0026] 发明的效果
[0027]根据本发明，利用镍铁渣来制备硅铁和镁，由此能够减少基于煅烧过程的能量费 用，并能够减少一氧化碳的排出来改善环境问题。
[0028]并且，根据本发明，能够利用制备镁时所产生的渣来制备硅铁，从而能够将作为工 业废弃物的渣的生成量最小化，并将在制备硅铁的过程中所产生的渣利用为用于制备镁的 还原助剂，来能够将作为工业废弃物的渣的生成量最小化。由此，能够减少原料费用、物流 费用、设备投资费用以及废弃物处理费用，并与现有制备工艺相比，大大降低制备成本，从 而能够增强成本竞争力。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为概念性地示出本发明优选实施例的制备工序的图。
[0030]图2为概念性地示出本发明另一实施例的制备工序的图。
[0031]图3为示意性地示出本发明优选实施例的熔融还原炉的图。
[0032] 附图标记的说明
[0033] 100:熔融还原炉110:浇包
[0034] 120 :破碎机 130 :成形机
[0035] 140 :热还原炉 150 :冷凝器
[0036] 16〇 :真空泵 Π 0 :桂铁铸模机
[0037] 200 :溶融还原炉210 :溶融炉
[0038] 211:原料料斗 212:重油燃烧器
[0039] 213:排气排出口 214:溶液浇道
[0040] 220 :还原炉 221 :煤粉料斗
[0041] 222:煤粉阀装置223 :铁溶液浇道
[0042] 224 :硅铁溶液浇道
【具体实施方式】
[0043] 以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的优选实施例，以详述本发明。
[0044]本发明的实施方式用于使本发明所属【技术领域】的普通技术人员更加完整地理解 本发明。因此，为了更加明确地说明本发明，附图中的要素的形状及大小等会有所夸张。 [0045]镍铁渣作为在镍铁的制备过程中所产生的副产物，包含镁化合物及铁成分。例如， 从新喀里多尼亚镍矿中提取镍铁之后的镍铁渣由以下成分（重量百分比）组成。
[0046] 表 1
[0047] 区分 Si02 %0~[α1203 IT. Fe |CaO~|其他~ 含量 53.45 35. 5 1. 45 ΙΓδ~ 0. 65 4. 45~
[0048] 在本发明中，用于回收包含在上述镍铁渣的镁氧化物中的镁的反应式如下。
[0049] 化学式1
[0050] 2MgO+2CaO+Si = 2Mg i +2CaO · Si02
[0051] S卩，从上述反应式可知，为了从镁氧化物还原镁，需要供给氧化钙和硅。并且，在基 于上述反应式的镁制备工序中，排出包含CaO和Si0 2之类的化合物的镁渣作为副产物。 [0052]另一方面，在本发明中，可使用硅铁渣作为上述氧化钙的供给源。上述硅铁渣为在 硅铁的制备过程中所排出的副产物，例示性地，由以下成分组成。
[0053] 表 2
[0054] 区分 |Si02 |CaO~~|Al2〇3 |Τ. Fe |MgO~|其他~ 含量 18.29 54.7 2.93 0.85 11.88 11.35
[0055] 并且，如后述内容，包含在硅铁渣的氧化钙可在没有追加投入的状态下，在本发明 的制备工序中循环。
[0056] 为此，在本发明中，镁回收工序和硅铁制备工序以循环方式相关联。即，在本发明 中，硅铁可还原作为上述化学式1的副产物的镁渣而成，且作为硅铁制备工序的副产物的 硅铁渣使用为化学式1的氧化钙的供给源。
[0057] 在本发明中，作为镁制备工序的副产物的镁渣例示性地由以下成分组成。
[0058] 表 3
[0059] ___ _____ 区分 |Si02 |CaO!a12〇3 T. Fe %0~|其他~ 含量 |65·84|21.68|0·99 |2·82 |4·34 |4·33~
[0060] 利用镁渣来制备硅铁的反应式可表示成如下。
[0061] 化学式2
[0062] Si02+xFe+C = Fe-Si+C02 个
[0063] 因此，包含在镁渣的CaO等成分包含于作为制备工序的副产物的硅铁渣，并起到 上述化学式1的CaO的供给源的作用。
[0064] 像这样，本发明将镁回收工序和硅铁制备工序紧密地关联起来，由此能够将追加 资源的投入最小化，并从废弃处理的各种渣回收有用的资源。
[0065] 图1为概念性地示出本发明优选实施例的制备工序的图。
[0066] 参照图1，本发明的硅铁及镁制备装置可包括熔融还原炉100、破碎机120、成形机 130、热还原炉140、冷凝器150、真空泵160及硅铁铸模机170。
[0067] 上述熔融还原炉100利用包含在镁渣的硅石和铁氧化物来制备硅铁。为此，在上 述熔融还原炉100中可投入镁渣和铁矿石作为原料。上述熔融还原炉100可由炼焦炉或电 炉来实现。上述炼焦炉或电炉将镁渣和铁矿石加热至1400°c?1600°C并熔融、且用碳来还 原，由此将包含在渣中的硅石和铁矿石制备成硅铁溶液。为此，在上述炼焦炉或电炉可设置 投入装置，上述投入装置用于供给煤粉。
[0068] 上述熔融还原炉100的硅铁溶液及硅铁渣通过浇包110排出，排出的硅铁溶液通 过硅铁铸模机170之类的成形单元投入及凝固，从而获得以预定的大小形象化的硅铁锭。 另一方面，如后述内容，作为该工序的副产物的硅铁渣使用为热还原炉140的原料。
[0069] 接着，为了从镍铁渣回收镁，利用破碎机120来投入包含镍铁渣、硅铁渣及萤石的 原料。其中，萤石起到还原催化剂的作用。在本发明中，可使用螺旋磨机、球磨机等任意的 破碎单元作为上述破碎机120。
[0070] 接着，将在成形机130破碎的粉末与硅铁溶液相混合，并在成形机120中制备成形 体。此时，上述硅铁溶液起到成形体的黏结剂的作用。在本发明中，可包含成形体整个重量 中的5?30重量百分比的上述硅铁溶液。将所制备的成形体装入热还原炉140。
[0071] 上述热还原炉140对投入的成形体进行加热来使镁气化。为此，上述热还原炉140 维持真空状态。为此，上述镁还原炉140可包括耐热钢的反应管141来使上述反应管141的 内部维持真空状态。上述热还原炉140维持镁的气化温度以上，例如，维持1100°C?1250°C 的温度，来使镁气化。
[0072] 气化的气体镁通过冷凝器150被收集及冷凝，由此制备成镁溶液。还原镁之后残 留的镁渣可重新用作制备硅铁的原料。
[0073] 如上所述，本发明可利用硅铁制备工序和镁制备工序的副产物，来从镍铁渣制备 镁。并且，在本发明中，将两个工序相关联，由此通过用于还原镁的氧化钙源，来使包含在渣 内的氧化钙循环，从而能够有效地利用资源。并且，在本发明中，由于可在炼焦炉/电炉100 中使用作为镁还原炉140的副产物的高温的镁渣，因此在能量费用方面也有效。
[0074] 图2为概念性地示出本发明再一实施例的制备工序的图。
[0075] 参照图2,上述熔融还原炉200可由熔融炉210和还原炉220构成。
[0076] 上述熔融炉210使包含镁渣及铁矿石的原料熔融。此时，在上述熔融炉210中，与 原料一同投入包含无烟煤和/或烟煤的燃料。当然，除此之外，可使用重油和氧作为上述燃 料。
[0077] 上述还原炉220通过还原熔融的上述原料来制备硅铁溶液。为此，上述还原炉220 可具有投入装置，上述投入装置用于投入煤粉之类的还原剂。
[0078] 图3为示意性地示出本发明优选实施例的熔融还原炉200的图。
[0079] 参照图3,熔融炉210通过位于上部的原料料斗211来装入镁渣、铁矿石或煤（无 烟煤/烟煤）。并且，上述熔融炉210通过重油燃烧器212供给重油和氧，并利用投入的煤 等来将原料加热至1400°C?1600°C,由此熔解矿物。
[0080] 熔融的矿物通过溶液浇道214向熔融炉的下部的还原炉220流入，且煤粉通过设 置于还原炉220的上部的煤粉料斗221向还原炉220内投入。矿物借助投入的煤粉还原， 从而制备成硅铁溶液。此时，煤粉的投入量由煤粉阀装置222来调节，并阻挡向还原炉220 侵入的外部空气，以防止金属的氧化。
[0081] 若规定量的硅铁溶液聚集于还原炉220内，则上述硅铁溶液通过设置于还原炉的 下部的溶液浇道223、224排出。在本发明中，在上述还原炉设置至少两个以上的浇道，上述 浇道从还原炉的底面设置不同的高度。像这样，提供多个浇道的理由如下。
[0082] 还原炉内的由铁和硅组成的熔融液中的铁的比重高于硅的比重，因而集中于熔融 液的下层，且越向上层，硅的含量就越高。
[0083] 因此，通常，当制备硅铁（硅成分：75wt%)时，可通过最下部的铁溶液浇道223来 全部排出硅铁熔融液并进行混合，从而制备硅铁。
[0084] 然而，当制备硅铁中的硅成分较高的产品时，利用铁和硅的比重差，并通过硅铁溶 液浇道224排出溶液，且通过铁溶液浇道224排出的熔融液再次装入熔融炉210,从而可制 备硅的成分比重较高的硅铁。相反地，在仅利用下层的铁含量较高的硅铁的情况下，可制备 硅含量非常低的硅铁。在本发明中，能够以这种方式节减能量费用和原料费用，并且，可按 照产品用途将硅铁的硅成分调整至18?96%。
[0085] 进而，在常规的硅铁的制备中，由于硅成分越高，熔融温度就越高，因此除了电炉 的操作之外，事实上难以制备，但本发明的熔融还原炉200能够以这种方法制备硅成分较 局的娃铁。
[0086] 本发明所附的图用于说明本发明的技术思想，并没有限定意义，且本发明的技术 思想的范围并不局限于这种所附的图。本发明的保护范围应根据以下发明要求保护范围来 解释，并且，应解释为与其等同的范围内的所有技术思想包括在本发明的发明要求保护范 围内。
【权利要求】
1. 一种利用镍铁渣的镁的制备方法，其特征在于，包括： 将包含镍铁渣、硅铁渣、硅铁及镁还原催化剂的第一原料进行配合的步骤； 在热还原炉的真空气氛下，使配合的上述第一原料气化的步骤； 回收在上述热还原炉中气化的镁的步骤；以及 由镁渣制备硅铁溶液的步骤。
2. 根据权利要求1所述的利用镍铁渣的镁的制备方法，其特征在于，上述镍铁渣包含 镁化合物及铁成分。
3. 根据权利要求1所述的利用镍铁渣的镁的制备方法，其特征在于，上述硅铁渣包含 氧化钙。
4. 根据权利要求1所述的利用镍铁渣的镁的制备方法，其特征在于，还包括： 将包含从上述热还原炉排出的镁渣和铁矿石的第二原料进行配合的步骤； 向熔融还原炉投入上述第二原料，来使包含在上述镁渣的硅石和铁矿石熔融，并还原 成硅铁的步骤；以及 在上述熔融还原炉中回收硅铁渣，来使上述硅铁渣向上述热还原炉循环的步骤。
5. 根据权利要求4所述的利用镍铁渣的镁的制备方法，其特征在于，还包括在上述熔 融还原炉中回收硅铁溶液的步骤。
6. 根据权利要求5所述的利用镍铁渣的镁的制备方法，其特征在于，还包括将回收的 上述硅铁溶液的至少一部分与上述第一原料相混合并成形的步骤。
7. -种镁制备装置，包括用于制备硅铁的熔融还原炉以及用于还原镁氧化物的热还原 炉，其特征在于，上述热还原炉从镍铁渣中使镁气化，并投入上述熔融还原炉的硅铁渣作为 上述热还原炉的还原助剂。
8. 根据权利要求7所述的镁制备装置，其特征在于，上述硅铁渣起到用于还原上述镁 氧化物的氧化钙成分的供给源的作用。
9. 根据权利要求7所述的硅铁制备装置，其特征在于，上述熔融还原炉为炼焦炉或电 炉。
10. 根据权利要求7所述的硅铁制备装置，其特征在于，上述熔融还原炉包括： 熔融炉；以及 还原炉，通过第一浇道与上述熔融炉相连接。
11. 根据权利要求7所述的硅铁制备装置，其特征在于，上述还原炉具有阀装置，上述 阀装置用于投入煤粉。
12. 根据权利要求7所述的硅铁制备装置，其特征在于，上述还原炉至少具有第二浇道 及第三浇道，上述第二浇道及第三浇道从上述还原炉的底面起设置在不同高度，用于回收 熔融的硅铁。
13. 根据权利要求7所述的镁制备装置，其特征在于，上述热还原炉的镁渣向上述熔融 还原炉循环。
14. 一种熔融还原炉，以作为制备镁的副产物的镁渣和铁矿石为原料还原硅铁，其特征 在于， 上述熔融还原炉包括熔融炉及还原炉； 上述熔融炉与还原炉通过第一浇道相连接，上述第一浇道用于移送硅铁溶液。
15.根据权利要求14所述的熔融还原炉，其特征在于，上述还原炉包括第二浇道及第 三浇道，上述第二浇道及第三浇道从上述还原炉的底面起设置在不同位置，用于排出硅铁 溶液。
【文档编号】C22B26/22GK104245974SQ201380021124
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年4月24日 优先权日:2012年4月27日
【发明者】姜远燮 申请人:姜远燮