專利名稱：二步電爐還原煉鈮鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金化工領(lǐng)域中處理低品位鈮精礦的方法。
處理這種物料的代表性方法之一是“高爐—轉(zhuǎn)爐—電爐—電爐工藝流程”(簡稱高轉(zhuǎn)電電法)，其原則工藝是將含鈮和稀土元素的鐵礦或含鈮平爐渣在適當(dāng)酸堿度的條件下，在高爐中加焦冶煉得含鈮鐵水和稀土富渣(1350±10℃)；將含鈮鐵水送至轉(zhuǎn)爐中在1360～1420℃下吹煉，得富鈮渣和含磷鋼水；又將富鈮渣送進(jìn)電爐進(jìn)行加焦冶煉，進(jìn)一步脫鐵降磷，得低磷低鈮鐵渣。將此渣配入適當(dāng)焦碳，送入另一臺電爐進(jìn)行進(jìn)一步還原熔煉，得到鈮鐵合金[見李尚詣等主編《鈮資源開發(fā)應(yīng)用技術(shù)》P.114～135，P177～195冶金工業(yè)出版社.1992年北京.Ferroniobium Production at CRMM，Brazil，Steel Times，Vol，209，No.4，P187，(1981)]。這種方法的工藝流程太長，需要高爐、轉(zhuǎn)爐和兩座電爐，設(shè)備投資大，廠房占地多，且鈮收率很低，能耗高。
本發(fā)明的目的是研究一種以處理低品位鈮精礦為原料，生產(chǎn)鈮鐵的新方法，使之技術(shù)先進(jìn)，流程短，金屬回收率高，生產(chǎn)成本低，固定資產(chǎn)投入少。
本發(fā)明的基本工藝過程見附圖
(二步電爐法冶煉鈮鐵流程圖)所示，包括制備冷固球團(tuán)，一次電爐熔煉產(chǎn)含磷半鋼及富鈮渣，以富鈮渣為原料進(jìn)行二次電爐熔煉，在含鋁金屬還原劑的作用下，產(chǎn)鈮鐵合金及貧鈮稀土渣等三個工序。
制備內(nèi)配炭冷固結(jié)球團(tuán)是本方法的第一道主要工序。其中，該工序又包括配料、混料、壓團(tuán)及干燥四個步驟。球團(tuán)主要由4種組分組成，即鈮精礦——含Nb2O51～8％，總鐵37～55％，粒級為-150目占80％；焦碳粉——含固定碳≥80％，粒級為-80目占80％；粘結(jié)劑，為天然有機(jī)大分子化合物膠體，含有羧基等官能團(tuán)；添加劑—硅石粉或石灰，用于調(diào)整爐渣酸堿度。這些組分的基本配比是以鈮精礦為100分，則焦碳粉為11～20分(根據(jù)礦中的含鐵量而定)，粘結(jié)劑2～8分；對上述已配好了的爐料要進(jìn)行合理混合，所用設(shè)備為輪式混輾機(jī)或建筑用水泥砂漿攪拌機(jī)，操作時間為10～60分鐘，并要及時地給物料補(bǔ)充水分，使其含水量為8～15％。將混好的料進(jìn)行壓團(tuán)，所用設(shè)備為民用煤球機(jī)或園盤制粒機(jī)。壓球機(jī)的輥徑為300mm，壓力為80kg/cm2，形成生團(tuán)。將壓制好的生團(tuán)在200～350℃溫度下脫除水量至球團(tuán)含水量為1％左右，即為干團(tuán)。此外，為改善粘結(jié)劑的性能，需加一定量的金屬離子，使之生成鹽類，其金屬離子包括Ca2+、Mg2+、Cu+2等二價離子K+、Na4+、NH4+等一價離子和Fe3+等多價離子。它具有一定的還原能力，但其在空氣中的氧化燃燒溫度＞600℃。
該方法的第二道主要工序是配碳球團(tuán)的電爐熔煉。該工藝的基本操作程序和具體工藝條件是將鈮精礦內(nèi)配碳球團(tuán)置于直流礦熱電弧爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)還原性熔煉。其熔煉溫度為1350～1480℃，反應(yīng)時間為50～180分鐘。在這種工藝條件下，爐料中的鐵、磷、硫等雜質(zhì)被選擇性還原，形成含磷半鋼，而鈮和稀土金屬不被還原，而形成富鈮渣。熔體藉比重差異而分相，使半鋼與富鈮渣分離。
本方法的第三道主要工序為富鈮渣還原熔煉鈮鐵。該工序所用設(shè)備也是電爐，所用還原劑為鋁、硅鋁、硅鈣、鋁鐵或硅鋁鐵合金，所用還原劑量的過剩系數(shù)為0.1～0.2，反應(yīng)溫度為1500～1600℃，反應(yīng)時間為120～200分鐘，使富鈮渣中的鈮和鐵、錳還原為鈮鐵合金，而稀土金屬不被還原而留在渣中，使合金與渣藉比重不同而分離。
本發(fā)明有以下幾個明顯效果。第一，由于采用了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐淞?、混料、壓團(tuán)措施，使后續(xù)工序的爐料混合均勻，透氣性好，性能穩(wěn)定，比電阻大，軟化點高，爐況穩(wěn)定，節(jié)約能耗。并且，由于采用了有機(jī)粘結(jié)劑，不但提高了球團(tuán)強(qiáng)度，而且不帶進(jìn)有害雜質(zhì)。第二，通過第一次電爐預(yù)還原熔煉，不但實現(xiàn)了鈮的富集及其與鐵、磷、硫等雜質(zhì)分離，而且直接得到了含磷半鋼，作為生產(chǎn)火車輪中磷閘瓦及機(jī)械軋輥等特種原料，從而降低整個鈮鐵冶煉成本(半鋼的產(chǎn)出率為其鈮鐵量的2～8倍)。與此同時，由于采用了復(fù)合金屬還原劑，其還原能力比一般用碳還原時強(qiáng)，鈮還原徹底(可達(dá)77～93％)；第三，通過第二步電爐金屬還原，實現(xiàn)了鈮和稀土元素的分離，得到了質(zhì)量良好的鈮鐵產(chǎn)品和稀土富渣，其鈮鐵中含鈮達(dá)10～40％，Nb/P＝15～33，全流程鈮的回收率達(dá)82～92％；產(chǎn)出的稀土元素富渣所含稀土達(dá)6～8％。
圖面說明1——內(nèi)配碳冷固球團(tuán)工序；2——一次電爐預(yù)還原熔煉；3——二次電爐深還原熔煉。
實施例所用原料為包頭白云巖2#礦體中品位鈮精礦，主要化學(xué)成分為(％)Nb2O57.55、TFe40.19、FeO5.86、CaO5.20、SiO28.00、MgO4.17，Al2O33.99、K2O0.75、Na2O0.24，粒度為-120目占85％。添加的硅石粉含SiO297.5％，粒度為-120目占87％；所加焦粉揮發(fā)份為2.05％，灰分為17.74％，固定碳80.21％；物料配方為(按重量比)取鈮精礦100分，焦粉13分，硅石粉1.5分，粘結(jié)劑A-1#4分，控制水分為12％四種物料用φ700mm建筑用水泥砂漿攪拌機(jī)混合10分鐘后，再用民用煤球機(jī)壓團(tuán)，壓力為80kg/cm2，團(tuán)塊尺度為40×36×23(mm)，所得生團(tuán)的落下強(qiáng)度為4.1次/0.5米，抗壓強(qiáng)度為5.8kg/個。生團(tuán)在250～380℃范圍內(nèi)烘至含水1.3％左右，即為干團(tuán)。它的抗壓強(qiáng)度為61.5kg/個，落下強(qiáng)度為6.3次/米，熱抗壓800℃下加熱30分鐘為42.7kg/個，爆裂溫度＞1200℃。實例中共處理鈮精礦1.097噸，得配碳球團(tuán)1.31噸。
將上述球團(tuán)分8批投入功率為200KVA的單電極直流電弧爐中，在1420～1480℃下，經(jīng)過約180分鐘的熔煉處理，所產(chǎn)富鈮渣的平均成分(％)為，Nb2O515.1，P1.035，TFe6.73，SiO222.54，Al2O38.07，CaO22.46，MgO9.02；含磷半鋼的產(chǎn)出率為36.4％，其性能堅韌，可作火車閘瓦鑄件。本工藝的鈮冶煉回收率為98.32％，脫鐵率為91.82％，脫磷率48％，脫硫率76％。
將一次電爐所得富鈮渣送入直流電弧爐中，配料調(diào)節(jié)渣型，在＞1550℃下，用硅鈣及硅鋁鐵混合還原劑進(jìn)行還原，加入量為理論量的1.1～1.2倍。經(jīng)反應(yīng)30分鐘得含Nb30.8％，P1.66％，S0.07％，Al0.08％的鈮鐵合金，其Nb/P＝18.55。相對于富鈮渣，鈮鐵產(chǎn)率為88.12％。從鈮精礦至鈮鐵合金，鈮的總回收率為86.62％；每產(chǎn)1噸鈮鐵，可副產(chǎn)2.51噸半鋼和含稀土7％的貧鈮渣3.5噸。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及冶金化工領(lǐng)域處理低品位復(fù)雜鈮精礦的一種新方法。處理這種物料的代表性方法之一是高爐——轉(zhuǎn)爐——電爐——電爐工藝流程。本方法的特征在于，它由鈮精礦制成配碳球團(tuán)(包括配料、混合、壓團(tuán)及干燥)，一次電爐選擇性預(yù)還原熔煉(進(jìn)行脫鐵、除磷、除硫、得富鈮渣及含磷半鋼)二次電爐熔煉將富鈮渣用混合鋁熱還原劑進(jìn)行深度還原，得鈮鐵產(chǎn)品和貧鈮稀土渣)三道主要工序組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在鈮精礦中配入11～20％的焦粉，2～8％的A-1#粘結(jié)劑后混料壓團(tuán)。A-1#粘結(jié)劑是一種比重為1.3～1.5的天然大分子化合物，并經(jīng)過配加金屬離子的成鹽處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是預(yù)還原的條件為，堿度(CaO-1.47F)/SiO2＝0.4～0.9，爐溫1350～1480℃，反應(yīng)時間50～180分鐘；
4.依照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是富鈮渣進(jìn)行二次電爐深度還原時，爐溫高于1550℃，并用混合鋁熱還原劑還原鈮和鐵。其混合鋁熱還原劑含硅、鋁、鐵，加入量為理論量的1.1～1.2倍。
全文摘要
一種用含Nb
文檔編號C22B34/24GK1172170SQ96111328
公開日1998年2月4日 申請日期1996年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月25日
發(fā)明者鐘祥, 楊應(yīng)亮, 屈曙光, 陳文如, 毛擁軍, 賀澤全 申請人:冶金工業(yè)部長沙礦冶研究院