一種碳素鉻鐵冶煉渣中鎂、鋁、鉻、鐵綜合回收的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳素鉻鐵冶煉渣中鎂、鋁、鉻、鐵綜合回收的方法，具體地說(shuō)是涉及一種運(yùn)用硫酸銨焙燒碳素鉻鐵冶煉渣后濕法浸出并分別分離提取鎂、鋁、鉻、鐵的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉻是金屬材料領(lǐng)域重要的合金元素，主要應(yīng)用于冶金、化工和耐火材料生產(chǎn)中。近年來(lái)，我國(guó)不銹鋼產(chǎn)業(yè)迅速增長(zhǎng)，對(duì)鉻鐵的需求量越來(lái)越大。碳素鉻鐵系鉻鐵合金，除含鉻、鐵、碳外含有少量的硅、磷、硫等元素，鉻元素能夠顯著提高鋼的機(jī)械性能，使鋼達(dá)到特殊的物理化學(xué)指標(biāo)，因此鉻鐵是冶煉合金鋼的重要合金劑；鉻元素還能顯著改善鑄鐵的耐磨性能，提高鑄鐵的硬度，使鑄鐵有良好的耐熱性，因此鉻鐵可以作為生產(chǎn)鑄鐵的添加劑；另外，碳素鉻鐵也是無(wú)渣法生產(chǎn)硅鉻合金的含含鉻原料。碳素鉻鐵應(yīng)用范圍廣、需求量大，是國(guó)家冶金工業(yè)的重要原料，2013年我國(guó)消費(fèi)量達(dá)到580萬(wàn)噸。
[0003]碳素鉻鐵的冶煉工藝為:在高溫下，采用焦炭作還原劑，硅石或鋁土礦作熔劑，用還原電爐冶煉鉻鐵礦即得，并同時(shí)產(chǎn)生大量的爐渣。一般來(lái)說(shuō)，每生產(chǎn)一噸碳素鉻鐵大約要產(chǎn)生1.1?1.2噸碳素鉻鐵冶煉渣，其成分一般為Mg030?34% (wt)，Al20326?30%(wt)，Si0227?33% (wt)，Cr2O3 < 9.0% (wt)?？梢?jiàn)，碳素鉻鐵冶煉渣中的主要有價(jià)組分為鎂和鋁。同時(shí)，在碳素鉻鐵的冶煉過(guò)程中，由于爐渣熔點(diǎn)高、粘度大，難以實(shí)現(xiàn)渣鐵的徹底分離，因而碳素鉻鐵冶煉渣中不可避免的會(huì)夾帶一定量的碳素鉻鐵。
[0004]雖碳素鉻鐵冶煉渣價(jià)值較高，但因其中的鎂和鋁以尖晶石、橄欖石等物相存在，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，提取難度大，尚未大規(guī)模的高值化利用，目前我國(guó)已累計(jì)堆存超過(guò)2000萬(wàn)噸。目前，對(duì)于碳素鉻鐵冶煉渣的處理工藝，目前開(kāi)展的研究及應(yīng)用工作主要包括回收渣中夾帶的鉻鐵合金及鉻精礦、碳素鉻鐵冶煉渣直接用于生產(chǎn)耐火材料等。
[0005]碳素鉻鐵冶煉渣中鉻鐵合金及鉻精礦的分選主要采用磁選、重選等方法。磁選工藝是根據(jù)碳素鉻鐵冶煉渣中未反應(yīng)的鉻鐵礦具有弱磁性、鉻鐵合金具有強(qiáng)磁性的特點(diǎn)，控制磁選強(qiáng)度來(lái)回收渣中的鉻鐵合金和鉻鐵礦；此工藝只需將廢渣破碎、篩分成不同粒度后進(jìn)行磁選即可。我國(guó)吉林鐵合金廠曾采用磁選工藝從碳素鉻鐵冶煉渣中回收磁性組分，當(dāng)碳素鉻鐵冶煉密經(jīng)破碎并球磨至粒徑小于0.9mm后,可回收碳素鉻鐵冶煉密中90%以上的Cr2O3組分。針對(duì)碳素鉻鐵冶煉渣中的高值鉻鐵合金，經(jīng)國(guó)內(nèi)外多家鐵合金廠的不斷實(shí)踐，證明可采用跳汰重力分選技術(shù)回收；本世紀(jì)初，南非研究機(jī)構(gòu)Mintek成功開(kāi)發(fā)出了從碳素鉻鐵冶煉渣中回收金屬合金的AFS工藝，并在全球6家鉻鐵合金公司實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，回收的合金僅含有不到2%的渣，可直接銷(xiāo)售。
[0006]碳素鉻鐵冶煉渣的利用還包括用于生產(chǎn)耐火材料(不燒鎂鉻磚和不燒鎂磚)、微晶玻璃、堵眼鎂砂的替代品、以及作水泥摻合料和鋪路等。李志堅(jiān)、竇叔菊等人以相圖為理論依據(jù)，往碳素鉻鐵冶煉渣中加入燒結(jié)鎂砂研制出堿性耐火材料，用于砌筑錳鐵包襯，使用壽命是原鎂磚內(nèi)襯的兩倍。王志強(qiáng)、馬春等人利用30%?40%的碳素鉻鐵冶煉渣、30%?40%的硅錳渣、20%?30%的鈉鈣碎玻璃于1420°C下熔制lh，并在適當(dāng)溫度制度下熱處理，可獲得主晶相為透輝石的微晶玻璃。
[0007]上述各種碳素鉻鐵冶煉渣利用工藝，雖有其明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，但碳素鉻鐵冶煉渣中主要的鎂和鋁有價(jià)組分未能得到高值化利用，造成了資源浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有碳素鉻鐵冶煉渣處理方法中鎂、鋁等有價(jià)金屬得不到有效利用，提供一種技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的硫酸銨焙燒法綜合回收碳素鉻鐵冶煉渣中鎂、鋁、鉻、鐵等有價(jià)金屬的新方法。
[0009]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0010]一種碳素鉻鐵冶煉渣中鎂、鋁、鉻、鐵綜合回收的方法，是運(yùn)用硫酸銨焙燒活化與焙燒產(chǎn)物浸出-多金屬分離的方法實(shí)現(xiàn)鎂、鋁、鉻、鐵等有價(jià)金屬高效提取與回收的方法，硫酸銨焙燒過(guò)程將碳素鉻鐵冶煉渣中的鎂、鋁、鉻、鐵等金屬轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的易溶于水的硫酸金屬銨鹽焙燒產(chǎn)物，焙燒產(chǎn)物經(jīng)水溶液浸出后，根據(jù)硫酸金屬銨鹽的溶解度差異實(shí)現(xiàn)浸出液中主要金屬組分的逐一分離。其特征在于該方法的操作過(guò)程包括:
[0011](a)將碳素鉻鐵冶煉渣磨細(xì)至80%以上的顆粒小于74 μ m后，將硫酸銨與碳素鉻鐵冶煉渣按照一定的質(zhì)量比混合均勻；
[0012](b)步驟(a)結(jié)束后，將硫酸銨與碳素鉻鐵冶煉渣的混合料置于回轉(zhuǎn)窯中于一定溫度下焙燒一定時(shí)間，并將焙燒尾氣用水進(jìn)行吸收；
[0013](C)步驟(b)結(jié)束后，將焙燒料用水溶液在一定體積質(zhì)量比及一定溫度下浸出一定時(shí)間，浸出結(jié)束后液固分離，固相為殘余硅密，液相為鎂、鋁、鉻、鐵的硫酸金屬銨鹽的浸出液；
[0014](d)步驟(C)結(jié)束后，將硫酸金屬銨鹽的浸出液冷卻至一定溫度并攪拌一定時(shí)間，后經(jīng)液固分離，獲得十二水合硫酸鋁銨產(chǎn)品，液相為除鋁后液；
[0015](e)步驟(d)結(jié)束后，用步驟(b)獲得的尾氣吸收液或者氨水在一定溫度下中和除鋁后液至近中性，控制PH值在6?8，后液固分離，固相為氫氧化鉻和氫氧化鐵的混合物，煅燒即成為鉻黑，液相為富鎂液；
[0016](f)步驟(e)結(jié)束后，向富鎂液中添加一定量的硫酸銨固體并攪拌一段時(shí)間，后液固分離，固相為六水合硫酸鎂銨晶體，液相為硫酸銨溶液；
[0017](g)步驟(f)結(jié)束后，將硫酸銨溶液進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，結(jié)晶獲得的固體返回至步驟(a)及步驟(f)，結(jié)晶母液返回至步驟(C)中的浸出過(guò)程；
[0018](h)步驟(f)結(jié)束后，用一定濃度的氨水溶液在一定溫度及液固比(體積質(zhì)量比)下處理六水合硫酸鎂銨晶體一定時(shí)間，后液固分離，液相為硫酸銨溶液并返回至步驟(g)，與步驟(f)獲得的硫酸銨溶液合并進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶工序，固相為氫氧化鎂產(chǎn)品。
[0019]本發(fā)明的方法，其特征在于:步驟(a)中硫酸銨與碳素鉻鐵冶煉渣混合的質(zhì)量比為 2:1 ?10:1。
[0020]本發(fā)明的方法，其特征在于:步驟(b)中焙燒溫度為300?550°C，焙燒時(shí)間為2?8h。
[0021]本發(fā)明的方法，其特征在于:步驟(C)中焙燒料浸出時(shí)的體積質(zhì)量比為2:1?10:1，浸出溫度為25°C?130°C，浸出時(shí)間為0.5?5h。
[0022]本發(fā)明的方法，其特征在于:步驟(d)中浸出液冷卻結(jié)晶的溫度為20°C?40°C，冷卻結(jié)晶時(shí)間為0.5?5ho
[0023]本發(fā)明的方法，其特征在于:步驟(e)中中和除鐵的溫度為25°C?90°C。
[0024]本發(fā)明的方法，其特征在于:步驟(f)中硫酸銨固體的添加量為控制富鎂液中硫酸銨的質(zhì)量濃度為10%?40%，攪拌結(jié)晶出六水合硫酸鎂銨的時(shí)間為0.5?3h。
[0025]本發(fā)明的方法，其特征在于:步驟(h)中氨水溶液的濃度為5%?25%，處理六水合硫酸鎂銨晶體的溫度為25°C?100°C，液固比為2:1?10:1，處理時(shí)間為0.5?5h。
[0026]一種碳素鉻鐵冶煉渣中鎂、鋁、鉻、鐵綜合回收的方法，突破了傳統(tǒng)的跳汰法單一回收鉻鐵合金的思路，大幅提高了有價(jià)金屬鎂、鋁的回收率。該法運(yùn)用硫酸銨活化焙燒技術(shù)，高效地將碳素鉻鐵冶煉渣中鎂、鋁、鉻、鐵等金屬轉(zhuǎn)化為其相應(yīng)的易溶于水的硫酸金屬銨鹽，而后將焙燒產(chǎn)物進(jìn)行浸出，并進(jìn)一步結(jié)合硫酸金屬銨鹽的溶解度差異實(shí)現(xiàn)各主要金屬組元的逐一分離，最終實(shí)現(xiàn)碳素鉻鐵冶煉渣中有價(jià)組分的高效綜合回收。本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)單，鎂、鋁、鉻、鐵回收率高，其應(yīng)用將為碳素鉻鐵冶煉渣的高值化利用提供一個(gè)有效的方法。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明可適用的工藝流程圖。
具體實(shí)施方案
[0028]下面通過(guò)結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程與步驟。應(yīng)該理解的是這些實(shí)施例僅僅用于進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方案，而不是用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例中所用的碳素鉻鐵冶煉渣的成分為:Mg038.42%,A120324.74%,Si0224.90%,Cr4.88%,Fe3.28%，碳素鉻鐵冶煉渣的組成也可為其它具體含量，這不能用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0029]實(shí)施例1
[0030]取一定質(zhì)量的碳素鉻鐵冶煉渣，并將其磨細(xì)至80%以上的顆粒小于74μπι，將硫酸銨與碳素鉻鐵冶煉渣按照質(zhì)量比4:1混合均勻；將混合料置于回轉(zhuǎn)窯中于350°C焙燒6h，同時(shí)用水吸收焙燒過(guò)程產(chǎn)生的尾氣形成堿性吸收液備用；焙燒反應(yīng)結(jié)束后，將焙燒料在120°C下用水浸出0.5h,浸出時(shí)的體積質(zhì)量比為3:1,浸出結(jié)束后進(jìn)行液固分離，固相為殘余硅渣，液相為含鎂、鋁、鉻、鐵的硫酸金屬銨鹽溶液；將硫酸金屬銨鹽溶液冷卻至25°C，并攪拌0.5h，后液固分離，獲得十二水硫酸鋁銨產(chǎn)品及除鋁后液；用堿性吸收液于60°C下中和除招后液至pH值為7.0,而后液固分離，固相為氣氧化鉻和氣氧化鐵的混合物，留作焙燒制備鉻黑，液相為富鎂液；往富鎂液中添加硫酸銨晶體，使得富鎂液中硫酸銨的質(zhì)量濃度為20%,并攪拌0.5h,再液固分離,獲得六水合硫酸鎂銨晶體及硫酸銨溶液；將六水合硫酸鎂銨晶體用25%的氨水溶