1.一种含稀土混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,混合熔渣冶金熔融还原:
取熔融态含稀土高炉熔渣和熔融态钢渣;加入保温装置或渣液可流出的熔炼反应装置,形成反应混合熔渣后,通过调控同时保证如下(a)和(b)两个参数,获得还原后的熔渣;
(a)反应混合熔渣的温度在设定范围内;
(b)反应混合熔渣中,FeO的质量浓度≤1.0%;
对应(a):
设定温度范围为1300~1620℃;
当反应装置采用保温装置时,反应混合熔渣的温度范围设定为1300~1580℃;
当反应装置采用渣液可流出的熔炼反应装置时,反应混合熔渣的温度范围设定为1350~1620℃;
控制反应混合熔渣的温度在设定温度范围的方法为:
当反应混合熔渣的温度<设定温度范围下限时,通过反应装置自身的加热功能,或向反应混合熔渣中加入燃料、含铌熔融钢渣或普通熔融钢渣中的一种或几种,进行热量补偿,使反应混合熔渣的温度达到设定温度范围内;
当反应混合熔渣的温度>设定温度范围上限时,向反应混合熔渣中加入含铌稀土物料、含铁物料、冶金熔剂或含稀土高炉熔渣中的一种或几种,进行降温,使反应混合熔渣的温度达到设定温度范围内;
对应(b):
反应混合熔渣中的FeO含量>1.0%时,向反应混合熔渣中,通入还原剂,使反应混合熔渣满足参数(b);
判断步骤1结束的条件为:
反应混合熔渣中,FeO的质量浓度≤1.0%时,停止步骤1操作,获得还原后的熔渣;
步骤2,分离回收:
采用以下方法中的一种:
方法一,当反应装置采用保温装置时,采用方法A、方法B或方法C:
方法A:当反应装置采用不可倾倒的保温装置或可倾倒的保温装置时:
(1)将还原后的熔渣,冷却至室温,获得缓冷渣;其中,金属铁沉降到反应装置的底部,形成铁坨,
(2)人工取出铁坨;将剩余缓冷渣中金属铁层,破碎至粒度为20~400μm,磨矿,磁选分离出剩余金属铁;
(3)对去除铁坨和金属铁层的缓冷渣,采用重力分选法进行分离,获得富稀土精矿/富铌精矿/富稀土与铌精矿和尾矿;
(4)尾矿的回收利用有2种:①作为水泥原料、建筑材料、代替碎石作骨料、路材或磷肥使用;②采用湿法冶金、选矿方法或选矿-湿法冶金联合法将尾矿中含磷组分分离出来;
方法B:仅当反应装置采用可倾倒的保温装置时:
(1)将还原后的熔渣的温度降温至1150~1250℃,沉降,渣-金分离,将中部和上部的还原后的熔渣倒出后,空冷或水淬,用作水泥原料或建筑材料;
(2)将下部的还原后的熔渣,仍在可倾倒的保温装置中,按照方法A还原后的熔渣进行处理;
方法C:仅当反应装置采用可倾倒的保温装置时:
(1)将还原后的熔渣,沉降渣-金分离,获得铁水与熔渣;
(2)当沉降渣中RE2O3的质量分数≤1%时,直接将沉降渣水淬,用作水泥原料或建筑材料;
(3)将铁水送往转炉炼钢;
方法二,当反应装置采用渣液可流出的熔炼反应装置时,分离回收采用方法D、方法E或方法F:
方法D:
(1)将还原后的熔渣的温度降温至1150~1250℃,沉降,渣-金分离,将中部和上部的还原后的熔渣空冷或水淬,用作水泥原料或建筑材料;
(2)将下部的还原后的熔渣,倒入保温装置中,按照方法A的还原后的熔渣进行处理;
方法E:
(1)将还原后的熔渣,沉降渣-金分离,获得铁水与熔渣;
(2)将熔渣进行炉外熔渣处理;
(3)将铁水送往转炉炼钢;
其中,熔渣进行炉外熔渣处理,采用方法E-1、E-2、E-3、E-4、E-5或E-6中的一种:
方法E-1:熔渣直接水淬;
当熔渣中RE2O3的质量分数≤1%时,直接将熔渣水淬,用作水泥原料或建筑材料;
方法E-2:熔渣氧化后空冷或水淬
(1)将熔渣倒入可倾倒的保温装置或渣液可流出的熔炼反应装置中,向熔渣中吹入氧化性气体,直至熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt%,完成喷吹,获得氧化后熔渣;其中,在整个过程中,控制熔渣温度≥1450℃,控制方法为:
当温度<1450℃,喷入预热燃料,燃烧放热补充热量,或通过装置自身加热,使保温装置内熔渣温度≥1450℃;
(2)对氧化后熔渣直接空冷或水淬,用途有4种:①矿渣水泥;②水泥调整剂;③水泥生产中的添加剂;④水泥熟料;
方法E-3,熔渣处理生产高附加值的水泥熟料:
(1)将熔渣倒入可倾倒的保温装置或渣液可流出的熔炼反应装置中,与熔融转炉含铌钢渣、普通熔融钢渣、普通高炉熔渣、电炉熔融还原渣、电炉熔融氧化渣、石灰、粉煤灰、碱性铁贫矿、铝土矿、熔融稀土高炉渣中的一种或几种混合,形成混合熔渣;
(2)向混合熔渣中喷入氧化性气体,直至混合熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt%,完成喷吹,获得氧化后熔渣;其中,在整个过程中,控制混合熔渣温度≥1450℃,采用的控制方法为:
当温度<1450℃,喷入预热燃料或通过装置自身加热,使保温装置内混合熔渣温度≥1450℃;
(3)对氧化后熔渣直接空冷或水淬,制得高附加值的水泥熟料;
方法E-4:熔渣浇筑微晶玻璃或作为矿渣棉;
方法E-5:熔渣作为热态冶金熔剂:
将熔渣加入步骤1中的反应混合熔渣,作为热态冶金熔剂,调整反应混合熔渣成分,控制反应混合熔渣温度;
方法E-6,熔渣再次熔融还原:
将熔渣,倒入保温装置,作为反应混合熔渣,实时监测保温装置内的反应混合熔渣,通过调控同时保证上述参数(a)和(b),调控方法同上述步骤1中的调控方法;
分离回收采用方法A、方法B或方法C中的一种;
方法F,采用方法F-1或方法F-2中的一种:
方法F-1:熔渣氧化后空冷或水淬
(1)向还原后的熔渣中吹入氧化性气体,直至还原后的熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt%,完成喷吹,获得氧化后熔渣;其中,在整个过程中,控制熔渣温度≥1450℃,控制方法为:
当温度<1450℃,喷入预热燃料,燃烧放热补充热量,或通过装置自身加热,使保温装置内熔渣温度≥1450℃;
(2)对氧化后熔渣直接空冷或水淬,用途有4种:①矿渣水泥;②水泥调整剂;③水泥生产中的添加剂;④水泥熟料;
方法F-2,熔渣处理生产高附加值的水泥熟料:
(1)将还原后的熔渣与熔融转炉含铌钢渣、电炉熔融还原渣、电炉熔融氧化渣、石灰、粉煤灰、碱性铁贫矿、铝土矿、熔融稀土高炉渣中的一种或几种混合,形成混合熔渣;
(2)向混合熔渣中喷入氧化性气体,直至混合熔渣中的氧化铁质量百分数≥2wt%,完成喷吹,获得氧化后熔渣;其中,在整个过程中,控制混合熔渣温度≥1450℃,采用的控制方法为:
当温度<1450℃,喷入预热燃料或通过装置自身加热,使保温装置内混合熔渣温度≥1450℃;
(3)对氧化后熔渣直接空冷或水淬,制得高附加值的水泥熟料;
(4)熔炼反应装置下部铁水送往转炉炼钢。
2.根据权利要求1所述的含稀土混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的步骤1中,熔融态熔融钢渣为熔融态含铌熔融钢渣和/或熔融态普通熔融钢渣;所述的熔融态高炉熔渣由出渣口获得,或将高炉熔渣加热至熔融状态,所述的含稀土高炉熔渣中,含有RE2O3的质量分数为0.1~8%;所述的熔融态熔融钢渣由出渣口获得,或将熔融钢渣加热至熔融状态,所述的含铌熔融钢渣中,含有Nb2O5的质量分数为0.1~6%,所述的含铌熔融钢渣为转炉熔融含铌钢渣和/或电炉熔融氧化含铌钢渣。
3.根据权利要求1所述的含稀土混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的步骤1中,保温装置为可倾倒的保温装置或不可倾倒的保温装置;可倾倒的保温装置为保温渣罐,其升高温度方法为加入燃料;不可倾倒的保温装置为保温地坑,其升高温度方法为加入燃料;所述的保温渣罐和保温地坑,使用前需预热,预热温度为100~1200℃;所述的渣液可流出的熔炼反应装置,为可倾倒的熔炼反应装置或底部带有渣口的固定式熔炼反应装置;所述的可倾倒的熔炼反应装置为转炉、感应炉或可倾倒的熔炼反应渣罐中的一种;所述的底部带有渣口的固定式熔炼反应装置为等离子炉、直流电弧炉、交流电弧炉或矿热炉、鼓风炉或反射炉中的一种。
4.根据权利要求1所述的含稀土混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的步骤1中,所述的控制反应混合熔渣的温度在设定温度范围的方法中,燃料的预热温度为0~1200℃,燃料的加入量根据所需温度及煤粉的热值计算理论质量,加入的实际质量比理论质量多1~2wt.%,向反应混合熔渣中加入燃料的同时需要通入氧化性气体,燃料和氧化性气体采用喷吹的方式加入反应混合熔渣,所述的喷吹方式为采用耐火喷枪插入反应混合熔渣内部,所述的燃料为煤粉;
所述的含铌稀土物料是常温或从冶炼炉直接获得具有出炉温度的含稀土高炉渣、含铌钢渣、提铌尾渣、选稀土尾矿、低品位铌稀土矿、白云鄂博铁矿直接还原铁、白云鄂博铁矿铁精矿、白云鄂博铁矿铁精矿金属化球团、白云鄂博铁矿铁精矿含碳预还原球团、白云鄂博铁矿铁精矿烧结矿、白云鄂博铁矿铁精矿球团矿、高炉富稀土渣、高炉转型稀土渣、熔分稀土渣中的一种或几种,所述的出炉温度为600~1550℃;
所述的含铁物料是是常温或从冶炼炉直接获得具有出炉温度的普通铁精矿、普通铁精矿烧结矿、普通铁精矿球团矿、普通铁精矿金属化球团、普通铁精矿含碳预还原球团、普通铁精矿直接还原铁、普通钢渣、铁水预脱硫渣、高炉瓦斯灰、高炉烟尘、转炉烟尘、氧化铁皮、湿法炼锌过程的锌浸出渣、氧化铝生产过程产生的赤泥、粉煤灰、硫酸烧渣、铜冶炼渣、锌浸出大窑渣、镍铁渣、铅锌冶炼渣、镍冶炼渣、铅冶炼渣、转炉烟尘或电炉烟尘中的一种或几种,所述的出炉温度为600~1550℃;
其中,含铁物料中的普通铁精矿含碳预还原球团中的FeO含量≥60%,普通铁精矿金属化球团中的金属化率≥70%;
所述的含铁物料是粉状物料或球状物料,其中,粉状物料的粒度≤150μm;含铁物料以氧化性气体或中性气体载入的方式喷吹加入到反应熔渣内部,所述的喷吹方式为采用耐火喷枪插入熔渣内部吹入;
所述的冶金熔剂为含CaO或SiO2的矿物,具体为石英砂、赤泥、白云石或石灰石中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的含稀土混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的步骤1中,保证(a)和(b)两个参数的同时,使反应混合熔渣充分混合,混合方式为自然混合或搅拌混合,搅拌方式为以下方式中的一种:中性气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌中的一种,或喷吹中性气体与电磁搅拌相结合,或喷吹中性气体与机械搅拌相结合;
所述的步骤1中:所述的还原剂是固体还原剂或气体还原剂;
所述的固体还原剂是煤粉、焦粉、烟煤、含碳高炉粉尘、含碳铅锌渣、脱铝后高炉瓦斯泥、锌浸出大窑渣或无烟煤中的一种或几种;
所述的固体还原剂采用以氧化性气体载入的方式,喷吹加入反应混合熔渣内部,所述的喷吹方式为采用喷枪以喷吹的方式加入;
所述的气体还原剂是高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气、天然气或装置产生的回收尾气中的一种或几种,气体还原剂的预热温度为0~1200℃,喷吹时间与流量的关系为1~90L/(min·kg),气体还原剂的通入方式为采用耐火喷枪插入反应混合熔渣内部吹入,当气体还原剂为混合气体时,混合比例为任意比。
6.根据权利要求1所述的含稀土混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的中性气体是惰性气体、氩气或N2中的一种或几种,中性气体的预热温度为0~1200℃,喷吹时间与流量的关系为1~90L/(min·kg),中性气体的喷吹方式为采用耐火喷枪插入反应混合熔渣内部吹入,当中性气体为混合气体时,混合比例为任意比。
7.根据权利要求2所述的含稀土混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,当步骤1中熔融态熔融钢渣采用熔融态含铌熔融钢渣时,步骤2分离回收中,对应的铁水为含铌铁水,对应的金属铁为含铌金属铁,对应的金属铁层为含铌含铌金属铁层。
8.根据权利要求1或4或7所述的含稀土混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的氧化性气体为空气、氧气、富氧空气、氧气-氮气混合气、空气-氮气混合气、氧气-氩气混合气、空气-氩气混合气中的一种或几种;所述的氧化性气体插入熔渣内部吹入,插入方式为底吹、侧吹或顶吹中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的含稀土混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于,所述的步骤1中,反应混合熔渣熔融还原过程中,对反应混合熔渣表面持续喷吹富氧空气;其中,采用耐火喷枪进行喷吹,富氧空气的氧气体积含量为25~35%,预热温度为0~1200℃,喷吹时间与流量的关系为1~90L/(min·kg)。
10.根据权利要求1所述的含稀土混合熔渣冶金熔融还原回收的方法,其特征在于:
所述的步骤2中,沉降方式为自然沉降、旋转沉降或电磁沉降;
所述的步骤2,方法A、方法B与方法D中,冷却方式为自然冷却或旋转冷却;
所述的步骤2,方法A中,稀土精矿中RE2O3的质量分数为6~60%,稀土组分回收率为50~80%,方法B中,稀土精矿中RE2O3的质量分数为5~58%,稀土组分回收率为48~78%;
所述的步骤2中,重力分选法是摇床分选、溜槽分选或者二者相结合;湿法冶金是稀酸浸出法,其中稀酸浸出法是无机酸浸、有机酸浸中的一种,所述的无机酸选用硫酸、盐酸、磷酸的一种或多种,有机酸选用草酸、乙酸、柠檬酸中的一种或多种;
所述的步骤2中,金属铁回收率均为92~97%。