專利名稱：利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合 金化硅鐵的方法。
背景技術(shù)：
鎳、銅、鈷冶煉棄渣是鎳冶煉生產(chǎn)中排放的冶煉棄渣，是一種工業(yè)固 體廢棄物。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，固體廢棄物逐年增加，數(shù)量巨大的鎳、銅、 鈷冶煉棄渣在冶煉企業(yè)周邊渣場露天堆存，除極少量供水泥廠作添加劑 (代替鐵礦石)夕卜，其余絕大部分沒有得到利用，造成了對(duì)企業(yè)周邊生態(tài) 環(huán)境、人居環(huán)境嚴(yán)重的環(huán)保問題。
經(jīng)過分析測算，鎳、銅、鈷冶煉棄渣中含有大量鐵質(zhì)元素和二氧化硅，
另外含有少量鎳、銅、鈷、鉛、鋅等金屬元素。以某特大型冶煉企業(yè)約160 萬噸的棄渣為例，其中金屬、非金屬理論存量為含鐵62萬噸、鎳4917 噸、銅6273噸、鈷1864噸、鉛337噸、鋅5976噸、二氧化硅59萬噸。 這既是巨大的資源浪費(fèi)，同時(shí)也表明鎳、銅、鈷冶煉棄渣具有巨大的開發(fā) 利用價(jià)值，然而目前鎳、銅、鈷冶煉棄渣的綜合利用實(shí)際上已成為世界性 的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電爐整體脫氧還原 生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，該方法能夠充分利用廢棄的鎳、銅、鈷冶煉棄渣資源，避免由此帶來的資源浪費(fèi)和環(huán)境影響，以較低的成本生產(chǎn)出合格 的硅鐵產(chǎn)品。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的 方法，其特征在于，包括如下步驟
a、 將鎳、銅、鈷冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與其它原料一起通過脫氧還原 法得到高溫熔融狀態(tài)的硅鐵；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通 入氯氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s；
c、 除去固體殘?jiān)纯伞?br> 其中在步驟c前還需要震蕩鐵水包3-5分鐘，然后靜置2-4分鐘。 其中在步驟c后還要除去熔融狀態(tài)硅鐵下層占硅鐵總重量1-2%的重 金屬層。
其中在步驟b后還要保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入氧 氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s，氧氣的用量為每噸硅鐵0.2-0.5立方米， 通氣時(shí)間為5-10分鐘，或向硅鐵中通入氧氣直至雜質(zhì)含量符合要求。
其中在步驟b后還要保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入空 氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s，空氣的用量為每噸硅鐵1-2.5立方米， 通氣時(shí)間為5-10分鐘，或向硅鐵中通入空氣直至雜質(zhì)含量符合要求。
其中在步驟b中通入氯氣的用量為每噸硅鐵0.05-0.125立方米，通氣 時(shí)間為5-10分鐘，或向硅鐵中通入氧氣直至雜質(zhì)含量符合要求。
其中使用石墨化碳素材料氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包內(nèi)以通氣。
其中熔融狀態(tài)的硅鐵是指硅鐵溫度在1250-1700°C 。
其中步驟e中其它原料是指硅石和還原劑，或石英和還原劑。
其中還原劑采用蘭碳、冶金焦、或氣煤焦。本發(fā)明方法將鎳、銅、鈷冶煉棄渣直接用于硅鐵生產(chǎn)中可替代鋼屑、 氧化鐵皮、燒結(jié)球團(tuán)等鐵質(zhì)原料，同時(shí)減少硅石(或石英)用量，實(shí)驗(yàn)證
明，采用本發(fā)明方法生產(chǎn)出來的硅鐵(FeSi75)完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)。以外， 采用本發(fā)明生產(chǎn)出來的硅鐵還是一種微合金化硅鐵，含有微量鎳、銅、鈷 元素，用微合金化硅鐵煉鋼在一定程度上可以提高煉鋼質(zhì)量。微合金化硅 鐵用于不銹鋼、特殊鋼生產(chǎn)時(shí)，可節(jié)約鎳、鈷的用量，從而降低煉鋼成本。 除雜后的鎳、銅、鈷棄渣本身為玻璃態(tài)熟料在生產(chǎn)硅鐵時(shí)可以降低生產(chǎn)電 耗，從而大幅度降低硅鐵生產(chǎn)成本，減少二氧化碳的排放。
采用本發(fā)明的方法高效綜合回收了鎳、銅、鈷冶煉棄渣中的鐵、硅、 鎳、鈷、銅等元素。其中硅回收率95%以上，鐵回收率96%以上，鎳回收 率92%以上，鈷回收率93%以上，銅回收率90%以上。達(dá)到了大宗工業(yè)固體 廢棄物資源化利用的目的，現(xiàn)有冶煉企業(yè)存放鎳、銅、鈷冶煉棄渣占用了 大量土地，采用本發(fā)明方法不僅遏制了鎳、銅、鈷冶煉棄渣對(duì)土地的不斷 吞噬，還能通過處理原有的鎳、銅、鈷冶煉棄渣逐步釋放出原來占有的土 地，這不僅產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，還產(chǎn)生相應(yīng)的環(huán)保效益和社會(huì)效益。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明方法生產(chǎn)硅鐵的原理是
將合格粒度的鎳、銅、鈷冶煉棄渣、硅石、焦碳和蘭碳(或其它還原 劑)在配料站按比例配料，經(jīng)上料皮帶將混合料送至爐頂平臺(tái)，再由梭式 皮帶將混合料卸至爐頂料倉。爐料經(jīng)料管間斷加入電弧爐內(nèi)，在電弧高溫 狀態(tài)下，鎳、銅、鈷冶煉棄渣中的鐵元素和硅元素同時(shí)被碳元素還原，二 氧化硅中的硅元素也被碳元素還原生成比例確定，混合均勻的硅鐵。
反應(yīng)方程式為
C+02=C021 +熱量 (電弧狀態(tài)下)C+C02=2C0 t -熱量 (電弧狀態(tài)下) FeSi03 2Fe0 Si02+7C0=3Fe+2Si+7C02 t -熱量 (電弧狀態(tài)下) Si02+2C0=Si+2C02 t -熱量 (電弧狀態(tài)下)
本發(fā)明方法對(duì)含有雜質(zhì)的硅鐵凈化除雜的原理是
利用爐外精煉技術(shù)，將高壓氯氣、高壓氧氣先后分別噴吹入熔融狀態(tài) 的含有雜質(zhì)的硅鐵中，分批定量對(duì)其進(jìn)行凈化除雜處理，使棄渣中的有害 雜質(zhì)(如氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、硫化物等)進(jìn)行充分反應(yīng)，同時(shí)通過 均勻、輕微的水平震蕩促進(jìn)生成比重較小的新化合物，新化合物漂浮于硅 鐵上面而析出，重金屬沉積于下層。以此工藝將含有雜質(zhì)的硅鐵中的有害 雜質(zhì)降低到規(guī)定范圍內(nèi)，使含有雜質(zhì)的硅鐵得到純化。
反應(yīng)方程式為
2Ca+02=2Ca0 (高溫熔融狀態(tài)下) 2Mg+02=2MgO (高溫熔融狀態(tài)下) 4A1+302=2A1203 (高溫熔融狀態(tài)下) 2K+C12=2KC1 (高溫熔融狀態(tài)下) 2Na+Cl2=2NaCl (高溫熔融狀態(tài)下)
本發(fā)明方法主要是將鎳、銅、鈷冶煉棄渣直接作為鐵質(zhì)原料代替現(xiàn)有 硅鐵冶煉生產(chǎn)中的鋼屑、氧化鐵皮、燒結(jié)球團(tuán)等鐵質(zhì)原料，當(dāng)然同時(shí)也替 代了部分硅石原料，由于鎳、銅、鈷冶煉棄渣中硅和鐵的含量是確定的， 因此可以很容易的計(jì)算出其它原料的用量，以硅、鐵計(jì)算原料間的配比關(guān) 系與現(xiàn)有技術(shù)完全相同，而除此之外現(xiàn)有脫氧還原冶煉硅鐵的其它原料 (如還原劑)、所有原料的配比、和工藝參數(shù)等均與現(xiàn)有技術(shù)完全相同。 由于鎳、銅、鈷冶煉棄渣中含有雜質(zhì)，因此將其直接作為原料生產(chǎn)的 硅鐵也含有一定的雜質(zhì)，本發(fā)明方法利用爐外精煉技術(shù)，將高壓氯氣、高 壓氧氣先后分別噴吹入熔融狀態(tài)的含有雜質(zhì)的硅鐵中，分批定量對(duì)其進(jìn)行凈化除雜處理，從而得到合格的硅鐵產(chǎn)品。
以下為生產(chǎn)低冰鎳，熱棄渣為鎳鐵渣的電爐熱渣成分典型值的化學(xué)成 分表
三個(gè)月內(nèi)電爐熱渣成分(％)_
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 0.070.560.020.080.01
最高0.810.6844.27 2.0310.98 46.40 0.322.300.180.24 0.21 實(shí)施例1:
a、 將鎳、銅、鈷冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與硅石和蘭碳一起通過脫氧還 原法得到溫度在125(TC熔融狀態(tài)的硅鐵(含雜質(zhì))；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣(高壓氯氣)從而生 成固體殘?jiān)詢艋s，氯氣的用量為每噸硅鐵0.05立方米，通氣時(shí)間為 5分鐘；
c、 均勻、輕微的水平震蕩鐵水包3分鐘，然后靜置2分鐘；
d、 除去固體殘?jiān)纯桑?br> e、 除去熔融狀態(tài)硅鐵下層占硅鐵總重量1%的重金屬層即可。 實(shí)施例2 :
a、 將鎳、銅、鈷冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與硅石和冶金焦一起通過脫氧 還原法得到溫度在170(TC熔融狀態(tài)的硅鐵；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣從而生成固體殘?jiān)?凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.125立方米，通氣時(shí)間為10分鐘；
c、 均勻、輕微的水平震蕩鐵水包5分鐘，然后靜置4分鐘；d、 除去固體殘?jiān)纯桑?br> e、 除去熔融狀態(tài)硅鐵下層占硅鐵總重量2%的重金屬層即可。 實(shí)施例3 :
a、 將鎳、銅、鈷冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與石英和氣煤焦一起通過脫氧 還原法得到溫度在1300。C熔融狀態(tài)的硅鐵；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣從而生成固體殘?jiān)?凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.1立方米，通氣時(shí)間為7分鐘，或向 硅鐵中通入氯氣直至雜質(zhì)含量符合要求；
c、 均勻、輕微的水平震蕩鐵水包4分鐘，然后靜置3分鐘；
d、 除去固體殘?jiān)纯桑?br> e、 除去熔融狀態(tài)硅鐵下層占硅鐵總重量1.5%的重金屬層即可。
實(shí)施例4:
a、 將鎳、銅、鈷冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與石英和蘭碳一起通過脫氧還 原法得到溫度在1250'C熔融狀態(tài)的硅鐵(含雜質(zhì))；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣(高壓氯氣)從而生 成固體殘?jiān)詢艋s，氯氣的用量為每噸硅鐵0.05立方米，通氣時(shí)間為 5分鐘；
c、 保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入氧氣(高壓氧氣)從 而生成固體殘?jiān)詢艋s，氧氣的用量為每噸硅鐵0.3立方米，通氣時(shí) 間為6分鐘；
d、 均勻、輕微的水平震蕩鐵水包3分鐘，然后靜置2分鐘；
e、 除去固體殘?jiān)纯桑?br> f、 除去熔融狀態(tài)硅鐵下層占硅鐵總重量1%的重金屬層即可。實(shí)施例5:
a、 將鎳、銅、鈷冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與硅石和冶金焦一起通過脫氧 還原法得到溫度在1700。C熔融狀態(tài)的硅鐵；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣從而生成固體殘?jiān)?br> 凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.125立方米，通氣時(shí)間為10分鐘；
c、 保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入空氣(高壓空氣)從 而生成固體殘?jiān)詢艋s，空氣的用量為每噸硅鐵2立方米，通氣時(shí)間 為8分鐘；
d、 均勻、輕微的水平震蕩鐵水包5分鐘，然后靜置4分鐘；
e、 除去固體殘?jiān)纯桑?br> f、 除去熔融狀態(tài)硅鐵下層占硅鐵總重量2%的重金屬層即可。 實(shí)施例6:
a、 將鎳、銅、鈷冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與石英、冶金焦、和蘭碳一起 通過脫氧還原法得到溫度在130(TC熔融狀態(tài)的硅鐵；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣從而生成固體殘?jiān)?凈化除雜，直至雜質(zhì)含量符合要求；
c、 保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入氧氣從而生成固體殘 渣以凈化除雜，直至雜質(zhì)含量符合要求；
c、 均勻、輕微的水平震蕩鐵水包4分鐘，然后靜置3分鐘；
d、 除去固體殘?jiān)纯伞?實(shí)施例7:
a、將鎳、銅、鈷冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與石英和氣煤焦一起通過脫氧 還原法得到溫度在130(TC熔融狀態(tài)的硅鐵；b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣從而生成固體殘?jiān)?br> 凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.1立方米，通氣時(shí)間為7分鐘，或向 硅鐵中通入氯氣直至雜質(zhì)含量符合要求；
c、 除去固體殘?jiān)纯伞?實(shí)施例8:
a、 將鎳、銅、鈷冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與硅石和冶金焦一起通過脫氧 還原法得到溫度在150(TC熔融狀態(tài)的硅鐵；
b、 將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫保持熔融狀態(tài)，同時(shí)用石墨化碳素材料 氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包底部，向硅鐵中勻速通入氯氣從而生成固體殘?jiān)?凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.12立方米，通氣時(shí)間為8分鐘；
c、 保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入空氣(高壓空氣)從 而生成固體殘?jiān)詢艋s，空氣的用量為每噸硅鐵1.5立方米，通氣時(shí) 間為6分鐘；
d、 均勻、輕微的水平震蕩鐵水包3分鐘，然后靜置3分鐘；
e、 除去固體殘?jiān)纯桑?br> 通過對(duì)采用上述實(shí)施例技術(shù)方案冶煉的硅鐵進(jìn)行分析，在不除去含有 雜質(zhì)的硅鐵下層的重金屬層(主要為鎳、銅、鈷等)的情況下，本發(fā)明冶 煉的產(chǎn)品為微合金化硅鐵，目前國家尚無微合金化硅鐵產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，微合金 化硅鐵產(chǎn)品作為通常硅鐵的替代產(chǎn)品，除含有微量對(duì)鋼鐵產(chǎn)品帶來一定益 化作用的鎳、鈷元素外，其余指標(biāo)均與普通75%硅鐵相同，因此發(fā)明方法 制備的硅鐵產(chǎn)品技術(shù)條件符合GB2272—87規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
相應(yīng)的，在除去硅鐵下層的重金屬層的情況下，本發(fā)明冶煉的產(chǎn)品指 標(biāo)均與普通75%硅鐵相同，符合GB2272—87規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于，包括如下步驟a、將鎳、銅、鈷冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與其它原料一起通過脫氧還原法得到高溫熔融狀態(tài)的硅鐵；b、將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入氯氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s；c、除去固體殘?jiān)纯伞?br> 2、 如權(quán)利要求1所述的利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電爐整體脫氧還原 生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中在步驟c前還需要震蕩鐵水 包3-5分鐘，然后靜置2-4分鐘。
3、 如權(quán)利要求1所述的利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電爐整體脫氧還原 生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中在步驟c后還要除去熔融狀 態(tài)硅鐵下層占硅鐵總重量1-2%的重金屬層。
4、 如權(quán)利要求1所述的利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電爐整體脫氧還原 生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中在步驟b后還要保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入氧氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s，氧氣的用量為每噸硅鐵0.2-0.5立方米，通氣時(shí)間為5-10分鐘，或向硅鐵中 通入氧氣直至雜質(zhì)含量符合要求。
5、 如權(quán)利要求1所述的利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電爐整體脫氧還原 生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中在步驟b后還要保溫使硅鐵 保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入空氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s，空 氣的用量為每噸硅鐵1-2.5立方米，通氣時(shí)間為5-10分鐘，或向硅鐵中通 入空氣直至雜質(zhì)含量符合要求。
6、 如權(quán)利要求1所述的利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中在步驟b中通入氯氣的用量為每噸硅鐵0.05-0.125立方米，通氣時(shí)間為5-10分鐘，或向硅鐵中通入氧 氣直至雜質(zhì)含量符合要求。
7、 如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電 爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中使用石墨化 碳素材料氣體導(dǎo)管伸入該鐵水包內(nèi)以通氣。
8、 如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中熔融狀態(tài)的硅鐵是指硅鐵溫度在1250-1700°C。
9、 如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電 爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中步驟e中其 它原料是指硅石和還原劑，或石英和還原劑。
10、 如權(quán)利要求9所述的利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電爐整體脫氧還原 生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法，其特征在于其中還原劑采用蘭碳、冶金焦、 或氣煤焦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用鎳、銅、鈷冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)微合金化硅鐵的方法。包括如下步驟a.將鎳、銅、鈷冶煉棄渣作為鐵質(zhì)原料與其它原料一起通過脫氧還原法得到高溫熔融狀態(tài)的硅鐵；b.將硅鐵倒入鐵水包內(nèi)保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時(shí)向硅鐵中通入氯氣從而生成固體殘?jiān)詢艋s；c.除去固體殘?jiān)纯?。本發(fā)明方法將鎳、銅、鈷冶煉棄渣直接用于硅鐵生產(chǎn)中可替代鋼屑、氧化鐵皮、燒結(jié)球團(tuán)等鐵質(zhì)原料，同時(shí)減少硅石(或石英)用量，實(shí)驗(yàn)證明，采用本發(fā)明方法生產(chǎn)出來的硅鐵(FeSi75)完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)鐵合金的新方法。
文檔編號(hào)C22B4/06GK101545046SQ200910117228
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2009年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者牛慶君 申請(qǐng)人:牛慶君