專利名稱：利用銅冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)硅鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用銅冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)硅鐵的方法。
背景技術(shù)：
銅冶煉棄渣是銅冶煉生產(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)量巨大的銅冶煉棄渣在冶 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，造成了對企業(yè)周邊生態(tài)環(huán)境、人居環(huán)境的嚴(yán) 重的環(huán)保問題。
經(jīng)過分析測算，銅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、銅6273噸、 鉛337噸、鋅5976噸、二氧化硅59萬噸。這既是巨大的資源浪費，同時 也表明銅冶煉棄渣具有巨大的開發(fā)利用價值，然而目前銅冶煉棄渣的綜合 利用實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銅冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)硅 鐵的方法，該方法能夠充分利用廢棄的銅冶煉棄渣資源，避免由此帶來的 資源浪費和環(huán)境影響，以較低的成本生產(chǎn)出合格的硅鐵產(chǎn)品。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種利用銅冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)硅鐵的方法，其特征在 于，包括如下步驟
a、 將銅冶煉棄渣作為鐵質(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)，同時向硅鐵中通 入氯氣從而生成固體殘渣以凈化除雜；
c、 除去固體殘渣即可。
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)，同時向硅鐵中通入氧 氣從而生成固體殘渣以凈化除雜，氧氣的用量為每噸硅鐵0.2-0.5立方米， 通氣時間為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)，同時向硅鐵中通入空 氣從而生成固體殘渣以凈化除雜，空氣的用量為每噸硅鐵1-2.5立方米， 通氣時間為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)明方法首先將銅冶煉棄渣凈化除雜，然后用于硅鐵生產(chǎn)中可替代 鋼屑、氧化鐵皮、燒結(jié)球團(tuán)等鐵質(zhì)原料，同時減少硅石(或石英)用量， 實驗證明，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)。除雜后的銅冶煉棄渣本身為玻璃態(tài)熟料在生產(chǎn)硅鐵時可以降低生產(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銅冶煉棄渣中的鐵、硅、銅等元素。
其中硅回收率95%以上，鐵回收率96%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)存放銅冶煉棄渣占用 了大量土地，采用本發(fā)明方法不僅遏制了銅冶煉棄渣對土地的不斷吞噬， 還能通過處理原有的銅冶煉棄渣逐步釋放出原來占有的土地，這不僅產(chǎn)生 經(jīng)濟效益，還產(chǎn)生相應(yīng)的環(huán)保效益和社會效益。
具體實施例方式
本發(fā)明方法生產(chǎn)硅鐵的原理是
將合格粒度的銅冶煉棄渣、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，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， 銅冶煉棄渣中的鐵元素和硅元素同時被碳元素還原，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
2C+02=2C0 (吸熱) (電弧狀態(tài)下) Fe3Si04、 2Fe0 Si02+10C0=5Fe+2Si+10C02 t (吸熱)(電弧狀態(tài)下) Si02+2C0=Si+2C02 t (吸熱) (電弧狀態(tài)下) 本發(fā)明方法對含有雜質(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
6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
FeS+3Fe304+5Si02+502=5(2Fe0 Si02)+S02 t (高溫熔融狀態(tài)下) 2Ca+02=2Ca0 (高溫熔融狀態(tài)下) 2Mg+02=2Mg0 (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)明方法主要是將銅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)然同時也替代了部 分硅石原料，由于銅冶煉棄渣中硅和鐵的含量是確定的，因此可以很容易 的計算出其它原料的用量，以硅、鐵計算原料間的配比關(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。
由于銅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)低冰銅，熱棄渣為銅鐵渣的銅合成爐熱渣成分典型值的化 學(xué)成分表
三個月內(nèi)銅合成爐熱渣成分(％)元素NiCuFeCsOMgOSi02S
平均0.0150. 8438. 082. 121.4435. 760. 52
最低0. 0010. 1930. 471.020. 8621. 160. 28
最高0.231.8341.153.853.4248.251.42
實施例1:
a、 將銅冶煉棄渣作為鐵質(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 成固體殘渣以凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.05立方米，通氣時間為 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、 除去固體殘渣即可；
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。 實施例2 :
a、 將銅冶煉棄渣作為鐵質(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渣以 凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.125立方米，通氣時間為IO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、 除去固體殘渣即可；
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。
實施例3:
8a、 將銅冶煉棄渣作為鐵質(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渣以 凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵O.l立方米，通氣時間為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、 除去固體殘渣即可；
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。 實施例4:
a、 將銅冶煉棄渣作為鐵質(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 成固體殘渣以凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.05立方米，通氣時間為 5分鐘；
c、 保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時向硅鐵中通入氧氣(高壓氧氣)從 而生成固體殘渣以凈化除雜，氧氣的用量為每噸硅鐵0.3立方米，通氣時 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、 除去固體殘渣即可；
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。 實施例5:
a、將銅冶煉棄渣作為鐵質(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瑢融狀態(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渣以
凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.125立方米，通氣時間為10分鐘；
c、 保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時向硅鐵中通入空氣(高壓空氣)從
而生成固體殘渣以凈化除雜，空氣的用量為每噸硅鐵2立方米，通氣時間
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、 除去固體殘渣即可；
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。 實施例6:
a、 將銅冶煉棄渣作為鐵質(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渣以
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、 除去固體殘渣即可。 實施例7:
a、 將銅冶煉棄渣作為鐵質(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渣以 凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.1立方米，通氣時間為7分鐘；C、除去固體殘渣即可。 實施例8:
a、 將銅冶煉棄渣作為鐵質(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渣以 凈化除雜，氯氣的用量為每噸硅鐵0.12立方米，通氣時間為8分鐘；
c、 保溫使硅鐵保持熔融狀態(tài)，同時向硅鐵中通入空氣(高壓空氣)從 而生成固體殘渣以凈化除雜，空氣的用量為每噸硅鐵1.5立方米，通氣時 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、 除去固體殘渣即可；
通過對采用上述實施例技術(shù)方案冶煉的硅鐵進(jìn)行分析，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、一種利用銅冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)硅鐵的方法，其特征在于，包括如下步驟a、將銅冶煉棄渣作為鐵質(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)，同時向硅鐵中通入氯氣從而生成固體殘渣以凈化除雜；c、除去固體殘渣即可。
2、 如權(quán)利要求1所述的利用銅冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)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所述的利用銅冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)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所述的利用銅冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)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)，同時向硅鐵中通入氧氣從而生成固體殘渣以凈化除雜，氧氣的用量為每噸硅鐵0.2-0.5立方米，通氣時間為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所述的利用銅冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)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)，同時向硅鐵中通入空氣從而生成固體殘渣以凈化除雜，空氣的用量為每噸硅鐵1-2.5立方米，通氣時間為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所述的利用銅冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)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中任意一項所述的利用銅冶煉棄渣電爐整體脫 氧還原生產(chǎn)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中任意一項所述的利用銅冶煉棄渣電爐整體脫 氧還原生產(chǎn)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中任意一項所述的利用銅冶煉棄渣電爐整體脫 氧還原生產(chǎn)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所述的利用銅冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)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)明涉及一種利用銅冶煉棄渣電爐整體脫氧還原生產(chǎn)硅鐵的方法。包括如下步驟a.將銅冶煉棄渣作為鐵質(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)，同時向硅鐵中通入氯氣從而生成固體殘渣以凈化除雜；c.除去固體殘渣即可。本發(fā)明方法首先將銅冶煉棄渣凈化除雜，然后用于硅鐵生產(chǎn)中可替代鋼屑、氧化鐵皮、燒結(jié)球團(tuán)等鐵質(zhì)原料，同時減少硅石(或石英)用量，實驗證明，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C22C35/00GK101545039SQ20091011721
公開日2009年9月30日 申請日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月9日
發(fā)明者牛慶君 申請人:牛慶君