CN101613801B - 金属还原方法、冶金方法和产品及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属还原方法，包括：将一混合物料加入到反应器中，该混合物料由至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂，和至少一种的添加剂组成，加热反应器到选定的还原温度，搅拌混合物料的同时，推动其通过反应器，并因此经过一段还原时间，然后得到一生成产物，该生成产物包含至少一种零价金属和残渣。本发明还涉及：包括该金属还原方法的冶金方法和由该金属还原方法制取的产品。本发明进一步涉及金属还原装置、金属还原系统和包含该金属还原装置的冶金系统。
Description
技术领域
本发明涉及金属还原和冶金技术领域，特别地涉及金属还原方法、冶金方法及相关产品和使用的装置。
背景技术
金属是人类不可或缺的材料。在自然界中，它们通常不以单质，亦即零价金属的形式存在；例如：大多数被发现的，是以化合物和混合物的形式存在于矿石中。为了获得单质形式的金属，就需要对矿石进行冶炼来提取金属。
提炼金属有多种方法，其中一种是：利用还原剂，在一适当温度下还原矿石。常用的基于还原反应的冶金方法包括，以铁的提炼为例，传统方法包括高炉炼铁法。其他常用的生铁还原的方法包括，例如：直接还原和熔融还原。直接生铁还原主要有以下两大类：(1)气基直接还原，包括：例如：Midrex竖炉法和HYL反应罐法；和(2)煤基直接还原，包括：例如：使用环形转底炉的Fastmet法、使用回转窑的CRIMM法、Fastmelt法和ITmk3法。这些方法中的大多数通常需要高的铁品位，如：矿石铁品位高于60％。另一煤基直接还原法使用隧道窑且反应物以粉末状进入到隧道窑中。熔融还原方法 包括：例如：Corex法、Hismelt法、Finex法以及其他如DIOS、AISI和CCF法。另一种常用的方法是Hoganas法。
上述的这些方法，一般来说，可能需要高的能量消耗，造成严重的空气污染，或需要大量的设备投资。此外，这些方法可能严格要求高质量的进料，如：要求高品位的矿石，或在冶炼过程中需要精确的控制以避免产品质量较差。因此，对于能够解决至少一个上述问题的新金属还原方法，仍然存在强烈的需求。
发明内容
本发明涉及一种金属还原方法，其特征是：包括：将一混合物料加入到反应器中，该混合物料包含：至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂，加热该反应器到选定的还原温度，搅拌混合物料的同时，推动其通过反应器，并因此经过一段还原时间，然后得到一生成产物，该生成产物包含至少一种的零价金属和残渣。
本发明进一步涉及一种冶金方法，其特征是：包括：一混合阶段，包括：将至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂混合成为一混合物料； 一金属还原阶段，包括：将该混合物料加入到反应器中，加热反应器到选定的还原温度，搅拌混合物料的同时，推动其通过反应器，并因此经过一段还原时间，然后得到一生成产物，该生成产物包含至少一种的零价金属和残渣；和一分离阶段，将至少一种的零价金属与残渣分离。
本发明还涉及一种由上述金属还原方法生成的产品，其特征是：生成产物以：包含至少一零价金属的内核与外部包裹层的实心颗粒形式存在。
本发明进一步涉及一套用于从至少一种的金属物料中提取至少一种金属的金属还原装置，其特征是：包括：一用来容纳含至少一种金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂的混合物料的反应器壳体；一包含至少一个的与反应器壳体热联接的加热单元，和至少一个的可控制地联接在加热单元上的温控单元的加热装置；和一安装在该反应器壳体中的推进搅拌器。
本发明还涉及使用上述金属还原装置的一种金属还原系统和一种冶金系统以及金属还原产品。
附图说明
图1是与本发明一致的示例金属还原方法流程图。
图2是与本发明一致的示例冶金方法流程图。
图3(A)和图3(B)是与本发明一致的示例添加剂回收方法流程图。
图4是与本发明一致的示例冶金系统流程图。
图5描述的是与本发明一致的一示例金属还原装置。
图6是图5中金属还原装置沿线6-6截取的水平截面图。
图7是图6中推进搅拌器的部分放大图。
图8是图7中推进搅拌器的8-8截面图。
图9是图5中金属还原装置沿线9-9截取的竖直截面图。
具体实施方式
本发明涉及一种金属还原方法，其特征是：包括：将一混合物料加入到反应器中，该混合物料包含：至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂，加热该反应器到选定的还原温度，搅拌混合物料的同时，推动其通过反应器，并因此经过一段还原时间，和得到一生成产物，该生成产物包含至少一种的零价金属和残渣。
在一实施例中，混合物料以细颗粒状存在。例如：细颗粒的颗粒尺寸小于约1mm。再例如，细颗粒的颗粒尺寸小于约0.074mm。这些颗粒尺寸可以通过一种选自己知的，如：激光密度法、沉降法、和电子显微镜法的工艺方法来测量。
此处公开的至少一种的含金属物料可以选自：矿石、熔渣、工业废渣和金属氧化物。在一实施例中，至少一种的含金属物料选自矿石。矿石包括但不限于：低品位矿石、共生矿和难选冶矿。例如，至少一种的含金属物料可选自低品位矿石。此处所述的“低品位矿石”是指金属品位低于现有技术要求的矿石。例如，低品位铁矿是指铁品位不高于60％，如：铁的重量为矿石总重的20％～60％。在另一实施例中，至少一种的含金属物料选自工业废渣。
多于一种的含金属物料亦可以用于一个单独的金属还原过程。例如：一种以上的含有铁的工业废渣，尽管这些工业废渣拥有不同来源和不同规格，但可以在一个单独的金属还原过程中联合使用并被还原。
在一实施例中，至少一种的含金属物料含有至少一种的金属化合物。该至少一种的金属化合物可选自，如：包含至少一种正价金属的各种化合物。例如：该至少一种的金属化合物可选自金属氧化物、金属碳酸盐和金属氢氧化物。再例如，至少一种的金属化合物选自金属硫化物，该金属硫化物可以在进行金属还原之前通过一种已知的工艺方法转化为金属氧化物。当使用的含金属化合物多于一种时，该至少一种的含金属化合物可能含有相同或不同的金属。例如，一含金属物料可能含有Fe3O4，Fe2O3，FeO，和/或其任何组合。再例如，含有铁和/或镍的氧化物和/或硫化物的金属化合物可共存于一种含金属物料中。
至少一种的还原剂可为任何能够使得金属还原的还原剂，并可选自，例如：具有较高碳含量的物料。在一实施例中，至少一种的还原剂选自：煤、无烟煤、焦炭、重油、石油焦和沥青。例如，至少一种的还原剂可以选自煤、无烟煤和焦炭。
此处公开的至少一种的还原剂在混合物料中的加入量可能大于其理论摩尔值。在一实施例中，该至少一种的还原剂加入量比理论摩尔值大约5％至约100％。此处所指的至少一种的还原剂的“理论摩尔值”是指在理想的化学反应条件下，根据化学反应方程式和至少一种的含金属物料中金属含量的估算值，计算所得的金属还原反应充分完成所需的还原剂量。例如，如果用煤还原一种含Fe3O4物料，将发生以下化学反应：Fe3O4+2C＝3Fe+2CO2。在理想化学反应条件下，完全还原1摩尔Fe3O4，需要2摩尔碳。即，还原1摩尔Fe3O4的理论摩尔值是2摩尔碳。实际应用中，还原剂的理论摩尔值是根据含金属物料中金属含量的估算值计算所得。
此处公开的至少一种的添加剂可以是为了达到多种目的而被使用，例如：去除任何多余物质。例如：通过使用所述的至少一种的添加剂可去除至少一种的含金属物料中的硫和/或磷。在一实施例中，至少一种的添加剂选自含有至少一种下列阳离子的化合物：Li+、Na+、K+、Ca2+、Sr2+、Ba2+和Mg2+。例如：该至少一种的添加剂可选自：LiCl、NaCl、KCl、CaCl2、SrCl2、BaCl2、MgCl2、LiF、NaF、KF、CaF2、SrF2、BaF2、MgF2、Li2O、Na2O、K2O、 CaO、SrO、BaO、MgO、LiHCO3、NaHCO3、KHCO3、Ca(HCO3)2、Sr(HCO3)2、Ba(HCO3)2、Mg(HCO3)2、Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、CaSO4、SrSO4、BaSO4、MgSO4、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3、和MgCO3。再例如：该至少一种的添加剂选：NaCl、KCl、CaCl2、NaF、CaF2、SrF2、Na2O、CaO、MgO、NaHCO3、KHCO3、Ca(HCO3)2、CaSO4、BaSO4、MgSO4、Na2CO3、K2CO3、和CaCO3。在一实施例中，该至少一种的添加剂选自：NaCl、KCl、NaF、CaF2、SrF2、CaO、MgO、NaHCO3、Ca(HCO3)2、BaSO4、MgSO4、Na2CO3、K2CO3，和CaCO3。
混合物料中的至少一种的添加剂的加入量可以取决于由该添加剂的用途决定的各种因素。例如，如果要在金属还原过程中脱硫，则该至少一种的添加剂的加入量取决于诸如：含金属物料中硫的含量和金属性质等因素。该至少一种的添加剂的加入还可以，比如：帮助在反应器内部保持能够促进还原反应的环境状态。在一实施例中，混合物料中的至少一种的添加剂的加入量比其理论值大。例如：混合物料中至少一种的添加剂的加入量比其理论值大约5％至约100％。至少一种的添加剂的“理论摩尔值”是指在至少一种的含金属物料中多余物质估算值的基础上，在理想的化学反应条件下，用于将至少一种的含金属物料中的多余物质去除所需的添加剂的计算值。添加剂的理论摩尔值可在多余物质性质的基础上，用上例中计算至少一种的还原剂的加入量的相似方法求得。
至少一种的添加剂和至少一种的还原剂的比例可根据诸如：至少一种的含金属物料的品质、含金属物料中的金属性质，和/或至少一种的添加剂的加入目的。在一实施例中，至少一种的添加剂和至少一种的还原剂的重量比约为1∶1。该重量比也可以，例如：为确保反应器内部能够促进还原反应的环境状态而变化。
反应器可以在混合物料加入之前被预热，或在混合物料加入之后被加热，或在混合物料加入的同时被加热。在一实施例中，整个金属还原过程，温度一直被保持在选定的还原温度。此处使用的“保持”是指反应器的温度一直被大致地保持在选定的还原温度。例如，当一温度可能低于选定的还原温度的混合物料被加入反应器时，可能引起反应器温度的降低。再例如，反应器中反应的末段，即，当生成产物离开反应器，反应器的温度可能高于选定的还原温度。混合物料同样可能，例如：在加入反应器前被加热到选定的还原温度。
反应器的温度可以根据时间来控制。例如：该根据时间控制的温度可以包括一预热、加热和冷却的周期。在一实施例中，反应器在被加热到选定的还原温度之前，经过设定的预热时间段预热。然后，反应器温度在整个设定的还原时间段被保持在选定的还原温度；随后反应器在设定的冷却时间段内被冷却，以将生成产物冷却到一希望的温度。在整个周期中，反应器的不同部分可以，例如：处于不同的温度。在一实施例中，同一时间，反应器的进料段可以处于一预热温度，中段可以处于一选定反应温度，出料段可以处于一冷却 温度。在另一实施例中，同一时间，整个反应器的温度一直被保持在一选定的还原温度。
还原温度的选定取决于多种因素，诸如：含金属物料中的金属性质和/或研磨后的含金属物料的颗粒尺寸。在一实施例中，选定的还原温度不低于500℃。例如：选定的还原温度范围可以是约800℃至约1200℃。在另一实施例中，选定的还原温度范围可以是约1000℃至约1050℃。
至少一种的零价金属可以选自磁性金属和非磁性金属，如钴、铜、铁、铅、镍、锡、钨和锌。在一实施例中，该至少一种的零价金属选自铁、镍和锡。例如：该至少一种的零价金属可选自镍和锡。在另一实施例中，该至少一种的零价金属是铁。
此处公开的金属还原方法可同时或依次从含金属物料中提取一种以上的金属，这取决于含金属物料的类型和/或金属属性。例如：如果含金属物料含有两种金属，而这两种金属又能在相似的条件下被提取，如：相似的还原温度，那么这两种金属就有可能被同时从含金属物料提取出来。再例如，如果含金属物料含有两种金属，但这两种金属通常不能正常地在相似条件下被还原，那么一种金属就可能被先还原，而残渣可能被回收然后用于另一轮本发明公开的金属还原过程。
还原时间的选定取决于多种因素，如：含金属物料中金属的性质，选定的还原剂，和/或研磨后的含金属物料的颗粒尺寸。在一实施例中，还原时间不小于约20分钟。例如：还原时间范围可以是约60分钟至约150分钟。
在一实施例中，例如：使用此处公开的金属还原装置来实现搅拌混合物料的同时推动其通过反应器。例如：对混合物料的搅拌可以是连续地。可替换的，对混合物料的搅拌也可以是间断地。
在一实施例中，反应器内部被加入含有如：至少一种含金属物料的混合物，在混合物料通过反应器的过程中，反应器内部的氧被耗尽。所述的“耗尽”的意思是在反应器内大体上没有O2残留。例如：O2的耗尽可通过如：密封反应器进而阻止O2进入反应器这样的手段来实现。尽管如此，当混合物被加入反应器时，微量的O2还是可能被带入。存在于密封的反应器内的O2可以在与混合物料中的还原剂反应后被进一步耗尽。对于金属还原来说，氧被耗尽的环境是有利的并可增加还原反应速率和/或使得还原反应更加完全。
此处公开的生成产物包含：至少一种的零价金属和残渣。残渣可包括：例如，任何未反应的添加剂，未反应的还原剂，未反应的含金属物料，吸收了在金属还原过程中产生的废气的副产品，以及含金属物料与添加剂和还原剂反应产生的副产品。
至少一种的零价金属可能以金属内核的形式存在，而残渣也许全部或部分以：覆盖至少一种的零价金属内核全部或部分外表面的，并可通过如：研磨而被除去的外壳形式存在。
因此，生成产物可以实心颗粒的形式存在，其包括金属内核和外部包裹层。此处所述“实心颗粒”的意思是内部无孔洞的颗粒。实心颗粒不同于内部有孔洞的海绵颗粒。作为另一例子，生成产物中的实心颗粒以团块的形式存在。在一实施例中，实心颗粒的颗粒尺寸不大于约10mm。在另一实施例中，实心颗粒的颗粒尺寸不大于约1mm。
此处公开的金属还原方法还可能进一步包括：在将混合物料加入反应器前，将至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂分别研磨成细颗粒状并混合成混和物料。可以选择的，此处公开的金属还原方法还可能进一步包括：在将混合物料加入反应器前，将至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂一同研磨成细颗粒状的混合物料。当至少一种的含金属物料选自矿石时，研磨取决于，如：矿石中金属化合物的嵌布粒度。研磨的主要目的之一包括：如，暴露出含金属物料中的金属成分。为达到这一目的，研磨前的预处理或许会被使用，包括：破碎，来获得适合研磨设备使用的矿石尺寸。
为了进一步描述此处公开的金属还原方法，某些实施例被部分地通过图，如：图1，来呈现。图1中的S101表示一将由：至少一种的含金属 物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂组成的细颗粒状的混和物料加入反应器的步骤。该混合物料被研磨至颗粒的颗粒尺寸小于约1mm，目的是：提高金属还原反应的速率。
图1的S102表示一加热反应器并将其保持在一预定还原温度，持续搅拌混合物料，推动其通过反应器，并因此经过一段还原时间的步骤。根据将获得的金属种类，反应器被加热到一适合该金属还原的温度。一选择恰当的还原温度和对混合物料的搅拌都可以提高反应的效率。
图1的S103表示的是一得到一种包含：至少一种零价金属和残渣的生成产物之步骤。该生成的零价金属可以被进一步制成金属产品。而残渣则可以被进一步处理，比如：作为水泥掺混料来使用。
在此处公开的金属还原方法中，还原温度和还原时间是可以控制的。例如：如果一种赤铁矿被还原，选定的还原温度可能为约1000℃至约1050℃，选定的还原时间可能为约60分钟至约150分钟。再例如，如果一种铁镍矿被还原，选定的还原温度就可能为约950℃至约1100℃，选定的还原时间可能为约60分钟至120分钟。
本发明进一步涉及一种冶金方法，其特征是：包括：一混合阶段，包括：将至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂混合成为一混合物料； 一金属还原阶段，包括：将该混合物料加入到反应器中，加热反应器到选定的还原温度，搅拌混合物料的同时，推动其通过反应器，并因此经过一段还原时间，然后得到一生成产物，该生成产物包含至少一种的零价金属和残渣；和一分离阶段，将至少一种的零价金属与残渣分离。
此处公开的混合阶段可以，例如：包括向至少一种的含金属物料中加入至少一种的添加剂和至少一种的还原剂，形成混合物料，和将混合物料研磨成细颗粒状。研磨后的含：金属物料、至少一种的还原剂、和至少一种的添加剂的混合物料可能含有水分。因此，该冶金方法可以，例如，进一步包括一干燥步骤。该混合物料可以被至少一种工艺上常用的导热媒介所干燥。例如，至少一种的导热媒介可选自导热油、水和气体。
另外，该冶金方法可以，例如，进一步包括：在制成混合物料之前，将至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂分别研磨成细颗粒状。该至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂、和/或至少一种的添加剂可能含有水分。因此，该冶金方法可能，例如，进一步包括：在研磨步骤之后，分别干燥至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂、和至少一种的添加剂。在一可替换的实施例中，研磨步骤之后，研磨过的至少一种的添加剂、研磨过的至少一种的还原剂和研磨过的至少一种的含金属物料可以被按 合适比例一起混合成研磨过的混合物料。然后该研磨过的混和物料可以被干燥至少一次以达到加入反应器所要求的含水量。
此处公开的金属还原阶段与上述的金属还原方法类似。这里应该被理解为：一个或多个金属还原过程可能在一个或多个的反应器中同时进行。
此处公开的冶金方法可能进一步包括：例如，直接还原阶段后的一研磨步骤，该步骤中，生成产物被研磨。该研磨步骤是用于将零价金属与金属还原阶段形成的覆盖在零价金属表面的外壳分离。在一实施例中，一种湿法研磨被用于研磨生成产物。任何可用于湿法研磨的液体都可以被使用。例如，水或者合适的，含有：例如，至少一种的添加剂的，水溶液或悬浊液可以用于湿法研磨。用于湿法研磨的液体量可能基于多种因素而被确定，如：需要被研磨的生成产物的量。该液体的优选量可能基于效率的目的而被确定。例如：水或一合适的含有：如：该至少一种的添加剂的溶液或悬浊液可以被用于湿法研磨。例如：在研磨之前，该冶金方法包括：向生成产物中加入水，使生成产物和水的重量比为约1∶1至约4∶1。作为另一个例子：生成产物和水的重量比则为约7∶3。
在另一可以选择的实施例中，干法研磨被用来研磨生成产物，使至少的一种零价金属内核与外部包裹层分离。例如，研磨阶段可能持续约5分钟至约40分钟。
该冶金方法可进一步包括：一余热回收阶段，该余热回收阶段处于金属还原阶段完成之后、研磨步骤开始之前，生成产物通过至少一种的导热介质而被冷却，由该至少一种的导热介质吸收的热量被再用于干燥至少一种的需要被干燥的物料。该至少一种的需要被干燥的物料可以包括：例如，在还原反应开始之前的，至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂、至少一种的添加剂和/或任何其混合物。在一实施例中，该至少一种的导热媒介选自导热油、水和气体。
此处公开的冶金方法的分离阶段可以是使用任何工艺上已知的分离方法，例如，使用至少一种选自：磁选法、静电分离法、重选法和浮选法的分离方法。在一实施例中，该至少一种的零价金属选自磁性金属，如：铁。那么该至少一种的磁性零价金属可以通过使用，例如：一种湿法磁选而被从残渣中分离出来。在另一相应实施例中，该至少一种的零价金属选自非磁性金属。在这种情况下，该至少一种的零价金属可以通过使用一种工艺上已知的选自，例如：重选法、静电分离法和浮选法的分离方法来从残渣中分离。
此处公开的冶金方法，在分离阶段之后，可以进一步包括：一金属成品阶段和/或一残渣处理阶段。金属成品阶段可以包括，例如：对至少一种的零价金属的处理，和金属产品的成型。
对至少一种的零价金属的处理可以包括：例如，至少一个选自：干燥至少一种的零价金属，和在至少一种的零价金属表面形成一层钝化膜的步 骤。对至少一种的零价金属的处理还可以进一步包括：例如，一脱去该至少一种的零价金属所含水分的脱水步骤。在一实施例中，该脱水步骤采用至少一种选自强磁脱水、离心脱水、真空过滤和压滤的脱水方法。此处所述“干燥”的意思是使用热或导热媒介将水分从物料中除去。此处所述“脱水”的意思是使用设备将水从物料中除去。
金属产品的成型可以包括：例如，将至少一种的粘结剂和至少一种的零价金属混合，和将含有至少一种零价金属和至少一种粘结剂的混合物压块，制成金属产品。该至少一种的粘结剂选自，如：比表面积大于约600m2/kg的水泥熟料。在一实施例中，该至少一种的粘结剂添加量可以为金属产品总重的约0.5％至约5％。例如，该至少一种的粘结剂添加量为金属产品总重的约2％。
残渣处理阶段可以包括：例如，至少一个选自：对残渣进行脱水，和对残渣进行干燥的步骤。脱水步骤可使用至少一种的工艺上已知的方法，选自：例如，强磁脱水、离心脱水、真空过滤和压滤。残渣处理阶段还可以进一步包括：例如，残渣研磨，以将其用作水泥掺混料。
此处公开的冶金方法可以进一步包括：例如，在分离阶段之后，回收至少一种的添加剂。因为此处公开的冶金方法是连续的，那么该至少一种的添加剂的回收也可以是连续的且循环的。在一实施例中，在金属还原阶段之后，该冶金方法可以进一步包括一使用水的湿法研磨步骤，而经过分离阶段的 残渣将被脱水以获得一固体残渣和一含有全部或部分该至少一种的添加剂的液体部分。该液体部分可以是一溶液或者是一悬浊液。经过脱水步骤的液体部分中，至少一种的添加剂浓度可以被调整至接近该至少一种的添加剂的饱和浓度。该至少一种的添加剂可以通过：如，干燥而被回收。
此处公开的冶金方法通过图2所示的实施例被进一步描述。图2是与本发明一致的示例冶金方法流程图，包括：一混合阶段，混合至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂，形成混合物料；一金属还原阶段，包括将混合物料加入到反应器中，加热反应器到一选定的还原温度，搅拌混合物料的同时，推动其通过反应器，并因此经过一段还原时间，然后得到一生成产物，该生成产物包含至少一种的零价金属和残渣；一分离阶段，包括将至少一种的零价金属从残渣中分离；和一后处理阶段，该阶段中，至少一种的零价金属和残渣被处理。在一实施例中，反应器在金属还原阶段一直被保持在一选定的还原温度。
如图2所示，在混合阶段之前，含金属物料可以根据所需规格被破碎至颗粒状，如：破碎至所使用的研磨设备，比如：球磨机允许的尺寸。在一实施例中，含金属物料可能被破碎至颗粒尺寸小于3mm以避免对研磨设备，比如：球磨机的潜在伤害。然后，在混合阶段，可以将至少一种的添加剂和至少一种的还原剂加入到至少一种的含金属物料中，形成混合物料。该混合物料随后可以被研磨成颗粒尺寸小于0.074mm的细颗粒状。该混和物料可以通过 使用导热油或水被进一步干燥。而在被加入金属还原装置前，该混合物料可以被充分地混合。
如图2所示，在金属还原阶段与分离阶段之间，一余热回收阶段及一研磨阶段可以被实行。余热回收阶段的目的包括：例如，冷却生成产物和将热量转移至导热媒介。而回收的热量可以用于干燥需要干燥的物料。在研磨步骤，生成产物可以使用一种湿法研磨而被磨洗以使金属内核同其外壳解离。
如图2所示，后处理过程可以包括一金属成品阶段、一残渣处理阶段。在金属成品阶段，被还原的金属可以首先通过使用：例如，一种强磁脱水方法被脱除水分并被干燥，然后通过在表面生成一层钝化膜而被钝化，以阻止其进一步被氧化。然后一种粘结剂可以被加入并与该零价金属混合。随后该金属和粘结剂可以被压块，以制成块状金属产品。在残渣处理阶段，残渣可以被脱水、干燥和研磨，从而制成一种水泥掺混料来被使用。
此处公开的冶金方法，在分离阶段之后，可以进一步包括：回收该至少一种的添加剂。例如：此处公开的冶金方法可以进一步包括：一在还原阶段之后、分离阶段之前的湿法研磨步骤，和在分离阶段之后的至少一次的脱水步骤，该步骤中分离后的残渣再被脱水，以得到一固体部分和一液体部分，然后该至少一种的添加剂通过调整液体部分中此至少一种的添加剂的浓度至接近其饱和浓度再干燥该液体部分而被回收。
再例如：此处公开的冶金方法可以进一步包括：一在还原阶段之 后、分离阶段之前的湿法研磨步骤；一首次脱水步骤，该步骤中分离后的残渣再被脱水，以得到一固体部分和一液体部分；至少一次的洗涤步骤，该步骤中固体部分被洗涤；和至少一次的二次脱水步骤，得到至少一份的二次脱水液体部分。该至少一种的添加剂通过：将首次脱水得到的液体部分和至少一份的二次脱水得到的液体部分用于湿法研磨步骤，直到首次脱水得到的液体部分或至少一份的二次脱水得到的液体部分中该至少一种的添加剂浓度接近其饱和浓度，然后干燥所述的首次脱水得到的液体部分或至少一份的二次脱水液体部分，而被回收。
此处公开的冶金方法，有关该至少一种的添加剂回收部分，由图3(A)和图3(B)中的实施例进一步说明。如图3(A)所示，此冶金方法可以进一步包括：一在还原阶段之后、分离阶段之前的使用水的湿法研磨步骤；一位于分离步骤之后的首次脱水步骤，该步骤中分离后的残渣再被脱水，以得到一固体残渣和一首次脱水得到的液体部分；一使用水的首次洗涤步骤，该步骤中，固体残渣被洗涤；一二次脱水步骤，以得到一固体残渣和一二次脱水得到的液体部分；一使用水的二次洗涤步骤，该步骤中，固体残渣被洗涤；和一三次脱水步骤，以得到一大体不含至少一种的添加剂的固体残渣和一三次脱水得到的液体部分。每次脱水得到的液体部分可以是一溶液或者是一悬浊液。由于该冶金方法可以是连续的，该至少一种的添加剂也可以通过：调整液体部分中该至少一种的添加剂的浓度至接近其饱和浓度，然后干燥各脱水步骤得到的 液体部分，而被连续地回收。在该实施例中，首次脱水得到的液体部分，二次脱水得到的液体部分和三次脱水得到的液体部分被混合，混合液中，该至少一种的添加剂浓度通过：例如，控制湿法研磨、首次洗涤和二次洗涤步骤中加入的水量，而被调整至接近其饱和浓度。
在另一实施例中，该至少一种的添加剂可以被连续地且循环地回收。如图3(B)所示，此冶金方法可以进一步包括：一在还原阶段之后、分离阶段之前的使用水的湿法研磨步骤；一位于分离步骤之后的首次脱水步骤，该步骤中分离后的残渣再被脱水，以得到一固体残渣和一首次脱水得到的液体部分；一使用水的首次洗涤步骤，该步骤中，固体残渣被洗涤；一二次脱水步骤，以得到一固体残渣和一二次脱水得到的液体部分；一使用水的二次洗涤步骤，该步骤中，固体残渣被洗涤；和一三次脱水步骤，以得到一大体不含至少一种的添加剂的固体残渣和一三次脱水得到的液体部分。每次脱水得到的液体部分可以是一溶液或者是一悬浊液。首次脱水得到的液体部分，二次脱水得到的液体部分和三次脱水得到的液体部分可以被送回到湿法研磨步骤使用，以形成一个不需要加入新水的湿法研磨步骤，直到：例如，首次脱水得到的液体部分中的该至少一种的添加剂的浓度至接近其饱和浓度。那时，该首次脱水得到的液体部分被收集并被干燥以回收该至少一种的添加剂。由于该冶金方法可以是连续的，该至少一种的添加剂也可以通过：调整液体部分中该至少一种的添加剂的浓度至接近其饱和浓度，而被连续地回收。这样的调整可以通过：例如， 控制湿法研磨、首次洗涤和二次洗涤步骤中加入的水量而实现。
这里应该被理解为：在其他类似于图3(A)和图3(B)的实施例中，此处公开的冶金方法中的，位于金属还原、湿法研磨和分离步骤之后的洗涤与脱水步骤可以被一次或多次的实行，以达到：例如，至少一个的下列目的：(1)脱水步骤后得到的液体部分中的该至少一种的添加剂浓度能被调整至接近其饱和浓度，以便更容易的通过干燥而回收该至少一种的添加剂；和(2)固体残渣中的全部或部分该至少一种的添加剂能够在洗涤和脱水步骤之后被去除，以使得由该固体残渣制成的产品，如：一水泥掺混料，质量不会因为该至少一种的添加剂的残留而被严重的损害。
由蒸发产生的蒸汽可以被用来干燥需要被干燥的物料。该蒸汽同样可以被冷凝然，得到的水可以被再利用。
本发明还涉及一种由上述金属还原方法生成的产品，其特征是：生成产物以：包含至少一零价金属的内核与外部包裹层的实心颗粒形式存在。
在一实施例中，实心颗粒的颗粒大小不大于约10mm。最为另一个例子，该实心颗粒的颗粒尺寸不大于约1mm。
本发明还提供一金属还原系统。图4说明了一个这样的系统。金属还原系统48包括：按照从最上游到最下游的顺序排列，一物料制备系统100，一金属还原装置200，一热回收装置300，一分离系统400，此外，金属还原系统48还包括，平行存在的一金属成品系统500和一残渣利用系统600，两 者都处于分离系统400的下游。金属还原系统48还包括一添加剂回收系统700，其可以位于金属成品系统500和/或残渣利用系统600的下游。该金属还原系统48应该被理解为：可以包括为实现此处公开的流程而附加的或可替换的组成部分。此外，该金属还原系统48应该被理解为：其并不需要实现此处公开的每个流程，也并不需要包括图4所示的每个组成部分。
物料制备系统100是用来制备一种细颗粒状的混合物料。该混合物料可以包含：至少一种的金属物料、至少一种的还原剂、和至少一种的添加剂。如图4所示，该物料制备系统可包括：一破碎设备101，用于破碎至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和/或至少一种的添加剂；一混合设备102，用于混合至少一种的含金属物料、至少一种的添加剂和至少一种的添加剂；一研磨设备103，例如：一球磨机，用于将混合物料研磨成细颗粒状；和一干燥设备104，用于干燥研磨后的混合物料；该物料制取系统100应该被理解为：可以包括一个或多个可替换的用于成型细颗粒的装置，且该一个或多个装置可以单独将至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂以及至少一种的添加剂成型为细颗粒，或将由：至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂中的一种或多种所组成的组合成型为细颗粒。
金属还原装置200是用于完成含金属物料的还原反应并提取单质金属。图5描述了一金属还原装置200和热回收装置300的示例实施例。图6是图5中金属还原装置200沿线6-6截取的水平截面图。图9是图5中金属 还原装置200沿线9-9截取的竖直截面图。如图5、图6和图9所示，该金属还原装置200包括：两个推进搅拌器支撑装置1、一加压下料装置2、一进料斗3、一推进搅拌器4、一反应器壳体5、一加热装置6、一保温层7、高温密封8、两个联轴器9(一个联轴器9a和一个联轴器9b)、一齿轮箱29、一减速器10、一电机11、壳体基础支撑12、壳体滑动支撑30和一出料管13。
金属还原装置200的部件可以是由各种可耐金属还原装置200操作温度的各种金属或非金属材料制成。例如：金属还原装置200可以是由各种可耐600℃-3000℃的金属或非金属材料制成。例如：高温钢可以被用来制作金属还原装置200的许多部件。
当金属还原装置200运转时，与料斗3联接的加压下料装置2，将料斗3中的物料(混合物料)压入壳体5的前段部分31。然而，这里应该理解为：其他组件或布置也可以被用来将进料加入壳体5的前段部分31。例如：一纯重力进料或一旋转泵也可以被用来将进料加入壳体5的前段部分31。壳体5被壳体基础支撑12所支撑，每端都被高温密封8所密封，并且至少部分由加热装置6覆盖。至少部分加热装置6由保温层7覆盖，并通过壳体5向物料提供热量。因此，这里应该被理解为：加热装置可以热联接壳体5。正如此处使用的，假如热量能够在第一结构和第二结构之间直接或者间接传递，那么第一结构就是热联接第二结构的。推进搅拌器4位于壳体5之中，并包括两根相互平行布置的轴。然而，推进搅拌器4应该被理解成：可以包括其他数 目的轴(如：一根或多根轴)，并且这些轴可以是相互平行布置的也可以是不相互平行布置的。
不管是多少根轴，每个轴的每个端头都与推进搅拌器支撑装置1联接并被其支撑。每根推进搅拌器的一端都接有一联轴器9(如，旋转轴61的一端与联轴器9a联接，旋转轴62的一端与联轴器9b联接)。联轴器9又与依次同减速器10和电机11联接的齿轮箱29相联接。电机11通过减速器10向齿轮箱29提供旋转动力。齿轮箱29在联轴器9之间进行旋转动力的分配，然后联轴器9向推进搅拌器4的每根轴提供旋转动力。这里应该被理解为：金属还原装置200没必要必须包括齿轮箱29。例如：在一推进搅拌器4只由一根旋转轴组成的实施例中，减速器10可以从电机11获得旋转动力，然后直接向与该单根旋转轴联接的联轴器9提供旋转动力。可选择的，金属还原装置200也可以是这样的形式：推进搅拌器4的每根旋转轴都配有一电机11和一减速器10，每个电机11可以通过一减速器10和联轴器9向单根旋转轴提供旋转动力。在任何情况下，因为推进搅拌器4的一根或多根旋转轴的旋转将进料搅拌和推进通过壳体5到达壳体5的下游部分32，在这里，物料被通过出料管13排出金属还原装置200。
保温层7可以被应用于加热装置6的外表面，这可以阻止热量从加热装置6和壳体5中散失。高温密封8被安装在壳体5的两端，其可以耐受金属还原装置200的运行温度。高温密封8可以帮助保持壳体5内部的“氧 耗尽”气氛(如：防止氧气进入壳体5)，还可以防止壳体5内部的粉尘进入金属还原系统48的机械部分。
图7是推进搅拌器4的放大图。如上所述，推进搅拌器4可以包括两根旋转轴61和62，这两根旋转轴可以被相互平行的布置。每根旋转轴可以包括一复数的沿其圆周(图8)和轴长(图7)间断排布的叶片63。然而，这里应该理解为：每根旋转轴61、62可以包括更少或者更多的叶片63。例如：每根旋转轴61、62可以有一个单独的沿其轴长延伸的叶片，并且该单独叶片可以形成一螺旋结构。
图7所述的旋转轴62，每个叶片63可有一上游端面50和一下游端面55。每个叶片63的上游端面50通常垂直于旋转轴62的纵轴线70，而每个叶片63的下游端面55可以与沿旋转轴62的纵轴线70垂直方向延伸的面72成一夹角。特别的，每个叶片63的下游端面55可包括介于约1°和约45°之间的夹角α。这里应该被理解为：下游端面55可以是平面的或非平面的，并且一非平面的下游端面55的夹角α可以由如图7所示的，点U和点L之间的直线所确定。旋转轴62上每个叶片63的夹角α度数，在每个叶片都是相互平行布置的情况下，可以是相同的。可选择的，夹角α的度数可以在旋转轴62的所有叶片63之间变化，可以沿着旋转轴62的轴长增加或减少。例如：一个位于旋转轴62上游端头部分叶片的夹角α可能与一个位于旋转轴62下游 端头部分叶片的夹角α存在如约5°～约15°的差值。这种夹角α的变化或许可以增加推进搅拌器4对进料的推进和搅拌。
叶片63也可以被轻微弯曲。每个叶片63的径向内缘64可以根据其径向外缘65而扭曲。此外，每个叶片63的厚度可以沿着叶片63的弧而变化，并且如图8所示的，每个叶片63的径向内缘64可以被定位在旋转轴62的凹形联接67中。这种叶片63与旋转轴62之间的凹形联接可以防止叶片63在金属还原装置200工作过程中被弯曲或破坏。此外，叶片63可以由至少一种的耐磨材料覆盖，该耐磨材料可以帮助阻止和/或减慢叶片63在金属还原装置200工作工程中的磨损。例如：该研磨材料可以是：镍、铬、钛、金刚石和/或另外的材料或者各种耐磨材料的组合。可选择的，叶片63也可以被处理成耐磨损的。例如：叶片63可以被热处理或其他处理得具有耐磨性。
如图8所述，当沿着旋转轴纵向看过去时，至少一个的叶片实际上是C型的，并且可以是沿着旋转轴62的一段弧β延伸。例如：弧β可以是介于约120°至约160°之间的弧，并且可以是约140°。可以选择的，β也可以是小于约120°或者大于约160°。如图7所示，C型叶片63可以是位于沿旋转轴62的相同的圆周位置上。可以选择的，该C型叶片63也可以位于沿旋转轴62的不同的圆周位置上。最后，这里应该被理解为：上述对旋转轴62的叶片63各种构造的讨论也同样适用于旋转轴61的叶片63，并且旋转轴61和62可能有相同或不同的构造。例如：旋转轴61的叶片63可以根据旋转轴62的 叶片63而定位于不同的轴向位置上。这样可以允许，当沿着推进搅拌器4的轴向看去的时候，旋转轴61的叶片63与旋转轴62的叶片63相重叠。因此，旋转轴61的叶片63或许在金属还原装置200运转过程中与旋转轴62的叶片63相啮合。
根据图5和图6，与减速器10、齿轮箱29和联轴器9相连接的电机11向推进搅拌器4的旋转轴61、62提供可调速的旋转动力。电机11可以是：一交流电机、一交流变频电机或其他种类的电机。可以选择的，电机11也可以是：一柴油机、一汽油机或其它种类的内燃机。
减速器10被用于协调旋转轴61、62的转速和电机11的转速。这样的协调是有益的，这是因为电机11的转速可能大大高于旋转轴61、62的所需转速，同时旋转轴61、62转动所需扭矩亦可能大于电机11可以提供的扭矩。减速器10可以是一圆柱齿轮减速器。但这里应该被理解成：减速器10可以选择的为：一行星齿轮减速器或者其他合适的齿轮减速装置。
齿轮箱29可以被用来在推进搅拌器4的旋转轴61、62之间分配旋转动力。例如：齿轮箱29可以均匀地或者不均匀地在旋转轴61、62之间分配旋转动力。齿轮箱29可以包含，例如：一个或多个齿轮。可选择的或者另外的，齿轮箱29可以包含，例如：一个或多个链条、皮带、滑轮或者其他能够在旋转轴61、62之间分配旋转动力的装置。
联轴器9被用来补偿推进搅拌器4的旋转轴61、62的径向、轴 向和/或角度的偏差。联轴器9可以通过帮助减少旋转轴61、62由于重力和/或金属还原装置200运转引起的变形来提高金属还原装置200的可靠性。例如：每个联轴器9可以包含一个或多个万向节、滑块联轴器、汤普森联轴器，或者其他能够在允许旋转轴61、62的径向、轴向和/或角度偏差的情况下传递扭矩的各种联轴器。
推进搅拌器支撑装置1被用来支撑推进搅拌器4的旋转轴61和旋转轴62。该支撑可以通过防止旋转轴61、62因为其自重而造成的变形和/或偏移来提高旋转轴61、62的稳定性。每个推进搅拌器支撑装置1可以包含一种或多种轴承，这些轴承可以允许当旋转轴61、62轴向伸长时，旋转轴61、62的相应轴向运动。例如：当金属还原装置200在运行中达到高温(如：1100℃)时，旋转轴61，62可能会轴向伸长(如：等于或高于10cm)。该一种或多种的轴承可以包括：例如，一种或多种的衬套或滑动轴承、液压轴承、磁性轴承，或者其他种类的被设计成允许旋转轴61、62相应轴向运动的轴承。
根据图5和图9，壳体基础支撑12可以支撑螺筒5，并可能包括：拥有一根或多根横梁的框架。可以选择的或者另外的，螺筒支撑架12可以包括一个或多个的吊架、支架、和/或其他能够支撑壳体5和/或壳体基础支撑12其他部位的元件。尽管壳体基础支撑12可以直接支撑壳体5，但这里仍然可以预期，如图4和图8所示，壳体基础支撑12可以选择的或者另外的通过滑动支撑30来支撑壳体5。复数的滑动支撑30可以沿着壳体长度方向或宽度方 向布置。在任何情况下，壳体基础支撑12和/或滑动支撑30可防止螺筒5由于自重而变形和/或偏移。通过防止壳体5变形和/或偏移，壳体基础支撑12和/或滑动支撑30同时也可以防止壳体5阻碍推进搅拌器4的旋转轴61、62的旋转。
如图5所示，每个滑动支撑30包括一第一部分35和一与第一部分可移动地联接的第二部分40。第一部分35被固定的联接在壳体5上，第二部分则被固定的联接在壳体基础支撑12上。另一方面，第一部分35与第二部分40，两者之间可以相对移动。当壳体5轴向伸长时，这种相对运动可以允许壳体5与壳体基础支撑12之间相互移动。例如：当金属还原装置200在运行中达到高温(如：1100℃)时，壳体5可能会轴向伸长(如：等于或高于10cm)。特殊地，每个第一部分35和第二部分40可能包含平坦且光滑的表面。而且，第一部分35的平坦且光滑表面被置于第二部分40的平坦且光滑的表面上。当第一部分35相对第二部分40运动时，第一部分35的平坦且光滑表面将沿着第二部分40的平坦且光滑表面滑动。可以选择的，第一、第二部分35和40也可以不含有平坦且光滑的表面。例如：第一部分35可选择的包含一滚轮，而第二部分40含有一轨道，这样一来，当壳体5轴向伸长时，第一部分35的轮子将沿着第二部分40的轨道滚动。在另一可以选择的方案中，第一部分35包含轨道而第二部分40则包含滚轮，或者第一和第二部分35和40包含其他，当支撑壳体5时，仍能够相对移动的结构。
加热装置6通过壳体5向还原反应提供热量，加热装置6可以包括：一个或多个直接或间接的与壳体5热联接的低能耗加热单元。例如：每个加热单元可以包括：一电阻加热器、一红外热管加热器、一燃气炉、一中频加热器、一燃煤炉、一热炉、一沸腾炉、一循环流化床炉、一输送带式加热炉、一换热器或者其他能够向金属还原提供热量的加热单元。另外，加热装置6还可以包括一个或多个可控地与加热单元联接的温度控制单元。例如：每个温度控制单元可以包含一个或多个传感器和/或控制器。温度控制单元的每个传感器可以感应一能够表明壳体5和/或壳体5内部的混和物料温度的参数，并与控制器交换这些参数。根据该温度，控制器就可以调整一个或多个的加热单元的工作，将温度保持在一选定的还原温度。
在一还原过程中，进料(由至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂组成的混合物料)被从进料斗3输送至壳体5中。在壳体5中，混合物料被推进搅拌器4推进与搅拌。还原反应在壳体5中发生，含金属物料与还原剂在壳体5中反应生成含有金属单质和其他诸如：废气与残渣的高温生成物。废气含有如：硫、磷这样的有害成分，但它们可以被添加剂吸收而被固定在残渣中，以尽量减少环境污染。然后，高温的生成产物通过出料管13被排出，并进入后处理过程。
热回收装置300被用于从还原过程中回收热能并再利用。如图5所示，热回收装置300与金属还原装置200联接。该热回收装置300被设计成从金属还原装置200中接收高温的生成产物，然后从其中回收热能。
如图5所示，热回收装置300包括：两个输送器支撑装置14、一进料管15、一输送器16、一热回收装置壳体17、换热套管18和19、一保温层20、高温密封21、一联轴器22、一减速器23、一电机24、壳体基础支撑26和一出料管25。
当热回收装置300运转时，从金属还原装置200中排出的生成产物通过进料管15被送入壳体17的一上游部分80。例如：金属还原装置200的出料管13可以与进料管15相联接，然后生成产物就可以通过进料管15从金属还原装置200直接加入到壳体17中。可以选择的，在出料管13和进料管15之间可以有其他的结构，生成产物也可以通过进料管15间接地加入壳体17。壳体17由壳体基础支撑26支撑，两端由高温密封21密封，至少部分地被换热套管18和19覆盖。换热套管18和19至少部分地被保温层20覆盖，其作用是：通过壳体17从生成产物中回收热量。因此，这里应该被理解为：换热套管18和19是与壳体17热联接的。输送器16位于壳体17内，可以包含一根旋转轴。旋转轴的每端都与一个输送器支撑装置14联接并被其支撑。并且，旋转轴的一端与联轴器22相联接，该联轴器依次与减速器23和电机24联接。电机24通过减速器23和联轴器22向输送器16的旋转轴提供旋转动力。通过 输送器16的旋转轴的转动，推动生成产物经过壳体17到达壳体17的一下游部分85，在这里，该生成产物通过出料管25被排出热回收装置300。
热回收装置300的一些结构与金属还原装置200中的同类结构相类似。尤其是，输送器支撑装置14与推进搅拌器支撑装置1类似，热回收装置壳体17与反应器壳体5类似，保温层20与保温层7类似，高温密封21与高温密封8类似，联轴器22与联轴器9类似，减速器23与减速器10类似，电机24与电机11类似，壳体基础支撑26与壳体基础支撑12类似，出料管25与出料管13相似。
换热套管18和19通过壳体17从生成产物中回收热能。每个换热套管18和19中可以含有一导热媒介，该导热媒介可以从生成产物中吸收和/或储存热能，从而帮助冷却该生成产物。这些热能可以用来辅助干燥那些需要被干燥的物料，并且可以减少金属还原系统48的总能耗。例如：换热套管18中的导热媒介可以是油，换热套管19中的导热媒介可以是水。可以选择的，换热套管18中的导热媒介可以是水，而换热套管19中的导热媒介可以是油。另一个可以选择的情况是：换热套管18和19中的导热媒介可以是气体或者其他能够吸收和/或储存热能的媒介，而且可以各自具有相同或不同的媒介。在任何情况下，该导热媒介都可以在金属还原系统48中的各部分之间循环以在各组分之间传递热能。
参考图4，分离系统400被用于将从金属还原装置200中排出的已还原金属从残渣中分离出来。如图4所示，分离系统400可以包括：一用于研磨生成产物的研磨设备401。例如，研磨设备401可以包括：一球磨机、一超重力磨机或其他种类能够研磨生成产物的磨机。另外，该分离系统400可以包括一用于将已还原金属从残渣中分离出来的分离设备402。例如：该分离设备402可以包括一用于将磁性金属从残渣中分离出来的磁选机。在另一可以选择的情况下，该分离设备402可以包括：一浮选机、一静电分离机或其他种类能够将非磁性金属从残渣中分离出来的分离设备。
金属成品系统500可以被用来使用已还原的金属制造金属产品。如图4所示，金属成品系统500可以包括一用于处理已还原金属的处理系统505。处理系统505可以包括一用于从已还原金属中脱除水分的脱水机。例如：该脱水机可以包括：一强磁脱水机、一离心分离机(如：一水平旋转式离心分离机)、一真空过滤单元、一压滤单元或其他能够从已还原金属中脱除水分的装置。另外，该处理系统505可以包括一用于干燥已还原金属的干燥设备。该处理系统505也可以包括一用于在已还原金属表面形成钝化膜(即：将已还原的金属处理得难以被再氧化)的钝化系统。可以选择的或附加的，该处理系统505可以包括一用来对已还原金属进行热处理或其他处理的装置。
成品系统500也许还包括一用于成型已还原金属的成型系统510。例如：该成型系统510可以包括一将已还原金属和一粘结剂压制成块的 冷压设备。可以选择的或附加的，该成型系统510可以包括一用来切割、冲压、弯曲、轧制或其他能够将已还原金属制成金属产品的设备。
残渣利用系统600可以用来将残渣综合利用。如图4所示，残渣利用系统600可以包括一用于将水分从残渣中脱除的脱水设备601。例如：脱水设备601可以包括：一强磁脱水机、一离心分离机(如：一水平旋转式离心分离机)、一真空过滤单元、一压滤单元或其他能够从残渣中脱除水分的装置。可以选择的或附加的，残渣利用系统600可以包括一用于干燥残渣的干燥设备602。残渣利用系统600还可以包括一研磨残渣的研磨设备603，以使得残渣可以例如：作为一水泥掺混料使用。例如：研磨设备603可以包括一球磨机、一超重力磨机或者其他种类能够将残渣研磨的磨机。
添加剂回收系统700被用来回收和再利用，含在由金属成品系统500和/或残渣利用系统600中脱水设备所脱除的水中的，至少一种的添加剂。如图4所示，添加剂回收系统700可以包括一沉淀池701或者其他能够增加该水中该至少一种的添加剂的浓度的设备。另外，添加剂回收系统700可以包括一用来干燥水分和回收至少一种的添加剂的干燥设备702
此处公开的金属还原系统48可以具有至少一个的以下优点：
1.低能耗。如图5所示，可以包括：例如：红外热管加热器的低能耗加热单元的加热装置6至少部分地覆盖壳体5外部，并因此在还原反应发生之处加热被送入的物料。因此，该低能耗加热单元与壳体5的接近，允许金 属还原系统48避免加热其他不必要的结构。金属还原系统48使用推进搅拌器4去推进和搅动进料，增加进料中细颗粒之间的接触。这种加大的接触极大的减少了反应时间，同时强化进料与金属还原系统48各部分之间的传热。进料在进入壳体5之前，被研磨成细颗粒状，因此可以在较低的还原温度下反应。壳体5的外表面至少部分地被保温层7覆盖，因此减少了热损失。这些特点大大降低了能耗。
2.低投资。使用推进搅拌器4推进、搅拌物料，从而减少了对物料进行造球的需要。因此，在造球设备上的投资变得不是必须。此外，在此处公开的还原反应中，一诸如：煤的固体还原剂被使用，因此本发明不再需要用于生成和传输气体还原剂，例如：CO和H2的设备。另外，归功于金属还原装置200本身的简洁构造，其制造成本大大低于其他的金属还原装置。
3.可使用低品位的矿石和反应物。该金属还原系统48允许使用低品位的矿石和反应物。至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂(如：煤)和至少一种的添加剂在加入金属还原装置200之前，被充分的研磨及混合。该至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂(如：煤)和至少一种的添加剂随后又被推进搅拌器4进一步混合。这种“双重混合”增加了至少一种的添加剂、至少一种的含金属物料和至少一种的还原剂之间的接触。这种增加的接触帮助降低了对至少一种的含金属物料品位的要求，并提高了金属的还原速率。
4.模块化设计。金属还原系统48可以采用模块化设计。通过模块化设计，金属还原系统48可以将若干模块以灵活的方式组合以满足不同的产品需要。金属还原系统48可以综合具有五大功能的系统：低能耗加热、搅拌和推进物料、金属还原、余热回收和使用至少一种的添加剂吸收冶金过程中产生的有害气体，并将其固定在残渣中。这样就大大减少了设备的数量和复杂程度，使金属冶还原过程简单可靠。
5.优质的产品。如上所述，对环境和金属产品质量有害的物质，如：硫、磷，都被至少一种的添加剂所吸收并固定在残渣中。因此，只有非常少量的有害元素残留在还原出的金属中，使得金属还原系统48能够产出优质的产品。
6.灵活性。动力单元可以由：电机、减速器、联轴器组成，这些设备都具有高度的可适应性和可靠性，对物料和生产条件的适应范围也很广。
7.设备的自我保护。在推进搅拌器4的推动下，物料在壳体5中激烈地运动。然后在推进搅拌器4的叶片63无法达到的壳体5的内壁区域形成一层由生成产物组成的保护层。该保护层向还原反应提供，如：一“氧隔绝”的孤立环境，并能够帮助减少壳体5内壁的磨损和腐蚀。
8.环境友好。金属还原系统48可以脱除还原过程中产生的硫、磷和其他有害元素。
总之，此次公开的金属还原系统48可以具有：投资少、生产效率高、能耗低、低环境污染等优点，因而市场前景十分广阔。该金属还原系统48可以用来处理难选冶的，例如：超低品位的矿石和含金属工业废渣。金属还原系统48可以生产出优质产品，并能综合利用资源。
本发明可通过以下不具有约束力的示例来阐明。
与本发明一致的一冶金方法示例
含铁的钒钛磁铁矿在该示例中被使用。矿石被干燥后同无烟煤、碳酸钙及其他添加剂混合，形成混合物料。该混合物料被研磨并加入到金属还原装置中以提取金属。在还原之后，生成产物被冷却，并经过湿法研磨和磁选，将铁从残渣中分离出来。干燥铁和残渣，然后用于制造最终产品。
(1)制备
干的钒钛磁铁矿(TFe52.08％)，含有的水的重量不超过总重的5％，无烟煤的加入量按重量计是钒钛磁铁矿重量的16.9％；石灰石(主要含：碳酸钙)的加入量按重量计是钒钛磁铁矿重量的2.5％；其他添加剂的加入量按重量计是钒钛磁铁矿重量的14.9％。该混合物料使用一球磨机被磨至颗粒大小小于约0.074mm的细颗粒。
(2)还原反应
还原反应在温度范围：1000℃至1050℃，还原时间范围：60分钟至150分钟的条件下进行。生成产物由一换热器冷却，以回收热能和再利用。
(3)磁选
冷却的生成产物与水按约7∶3重量比混合，然后使用一球磨机进行研磨和清洗。铁通过使用一湿法磁选被从残渣中分离出来。得到的铁品位约为92％，铁回收率约为85％。
虽然本发明是以被认为最具有实用性的实施例来描述的，但应该指出的是：本发明并不局限于所公开的实施例；对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (54)
1.一种用于从至少一种的含金属物料中提取至少一种金属的金属还原装置，其特征是：包括：
一被设计用来容纳含至少一种的金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂的混合物料的反应器壳体；
一包含至少一个的与反应器壳体热联接的加热单元和至少一个的可控制地联接在加热单元上的温控单元的加热装置；和
一位于该反应器壳体中的推进搅拌器；
该推进搅拌器包含复数的轴，每个复数的轴都含有至少一个叶片；并且
该至少一个的叶片的径向外边缘的厚度从该叶片弧的一端至弧的另一端平顺地变化。
2.如权利要求1所述的金属还原装置，其特征是：至少一个的叶片围绕至少一条的旋转轴，以介于120°和160°之间的弧进行延伸。
3.如权利要求2所述的金属还原装置，其特征是：弧以140°的角度围绕至少一条的旋转轴延伸。
4.如权利要求2所述的金属还原装置，其特征是：至少一个的叶片的径向内缘是根据至少一个的叶片的径向外缘而扭曲的。
5.如权利要求4所述的金属还原装置，其特征是：至少一个的叶片的厚度是沿着至少一个的叶片的弧而变化的。
6.如权利要求5所述的金属还原装置，其特征是：至少一个的叶片的表面被处理得耐磨损。
7.如权利要求1所述的金属还原装置，其特征是：至少一个的叶片的径向内缘被定位在至少一根的旋转轴的凹形联接中。
8.如权利要求1所述的金属还原装置，其特征是：至少一根的旋转轴是由至少一个的轴承所支撑，该至少一个的轴承被设计得能够允许至少一根的旋转轴沿轴向伸长。
9.如权利要求1所述的金属还原装置，其特征是：反应器壳体由至少一个的滑动支撑所支撑，该至少一个的滑动支撑被设计得能够允许壳体沿轴向伸长。
10.如权利要求9所述的金属还原装置，其特征是：该至少一个的滑动支撑包括：一固定的联接在壳体上的第一部分和一与第一部分可移动地联接的第二部分。
11.如权利要求1所述的金属还原装置，其特征是：推进搅拌器包含至少一条的旋转轴和一复数的被设计成沿着该至少一条的旋转轴间断排布的叶片。
12.如权利要求11所述的金属还原装置，其特征是：当沿着至少一条的旋转轴纵向看过去时，每个复数的叶片大体上是C型的。
13.如权利要求12所述的金属还原装置，其特征是：每个复数的叶片围 绕至少一条的旋转轴，以介于120°和160°之间的弧进行延伸。
14.如权利要求13所述的金属还原装置，其特征是：弧以140°的角度围绕至少一条的旋转轴延伸。
15.如权利要求13所述的金属还原装置，其特征是：每个复数的叶片的径向内缘是根据每个复数的叶片的径向外缘而扭曲的。
16.如权利要求15所述的金属还原装置，其特征是：每个复数的叶片的厚度是沿着每个复数的叶片的弧而变化的。
17.如权利要求11所述的金属还原装置，其特征是：每个复数的叶片都有至少一个的，与跟至少一根的旋转轴的轴线垂直的平面成一介于1°和45°之间的夹角的端面。
18.如权利要求17所述的金属还原装置，其特征是：至少一根的旋转轴上的每个叶片的夹角可以是相同的也可以是不同的。
19.如权利要求11所述的金属还原装置，其特征是：复数的叶片被设置成相互平行。
20.如权利要求11所述的金属还原装置，其特征是：复数的叶片沿着至少一根的旋转轴被设置在相同的圆周位置上。
21.如权利要求11所述的金属还原装置，其特征是：复数的叶片沿着至少一根的旋转轴被设置在不同的圆周位置上。
22.如权利要求11所述的金属还原装置，其特征是：复数的叶片的表面 被处理得耐磨损。
23.如权利要求1所述的金属还原装置，其特征是：至少一个的叶片的径向内缘是根据至少一个的叶片的径向外缘而扭曲的。
24.如权利要求1所述的金属还原装置，其特征是：至少一个的叶片的表面被处理得耐磨损。
25.如权利要求1所述的金属还原装置，其特征是：复数的旋转轴被相互平行地设置。
26.如权利要求1所述的金属还原装置，其特征是：每条复数的旋转轴包含被设计成沿着每条复数的旋转轴间断排布的复数的叶片。
27.如权利要求1所述的金属还原装置，其特征是：进一步包括：一与反应器壳体上游部分联接的进料斗和一与反应器壳体下游部分联接的出料管。
28.如权利要求27所述的金属还原装置，其特征是：进一步包括一与进料斗联接的加压下料装置。
29.如权利要求1所述的金属还原装置，其特征是：加热装置至少部分地覆盖反应器壳体的外表面。
30.如权利要求29所述的金属还原装置，其特征是：加热装置至少部分地被保温层所覆盖。
31.如权利要求30所述的金属还原装置，其特征是：反应器的每个端头都设置有高温密封。
32.如权利要求1所述的金属还原装置，其特征是：至少一种的含金属物料选自矿石和工业废渣。
33.如权利要求1所述的金属还原装置，其特征是：至少一种的含金属物料含有至少一种选自：铁，镍和锡的金属。
34.一金属还原系统，其特征是：包括：
一金属还原装置，包括：
一被设计用来容纳含至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂的混合物料的反应器壳体；
一包含至少一个的与反应器壳体热联接的加热单元和至少一个的可控制地联接在加热单元上的温控单元的加热装置；和
一安装在该反应器壳体中的推进搅拌器，该推进搅拌器包含复数的轴，每个复数的轴都含有至少一个叶片；并且该至少一个的叶片的径向外边缘的厚度从该叶片弧的一端至弧的另一端平顺地变化；和
至少一套与金属还原装置联接的热回收装置，其用于容纳从至少一个的金属还原装置中排出的物料。
35.如权利要求34所述的金属还原系统，其特征是：至少一套的热回收装置包括：
一热回收装置壳体；和
至少一个位于热回收装置壳体中的旋转轴。
36.如权利要求35所述的金属还原系统，其特征是：进一步包括至少一 个的换热套管，其至少部分地覆盖热回收装置壳体的外表面。
37.如权利要求36所述的金属还原系统，其特征是：至少一个的换热套管中含有至少一种的导热媒介。
38.如权利要求37所述的金属还原系统，其特征是：至少一种的导热媒介选自：导热油、水和气体。
39.如权利要求34所述的金属还原系统，其特征是：至少一种的含金属物料选自矿石和工业废渣。
40.如权利要求34所述的金属还原系统，其特征是：至少一种的含金属物料含有的至少一种选自铁、镍和锡的金属。
41.一用于从至少一种的含金属物料中提取至少一种金属的冶金系统，其特征是：包括：
一物料制备系统，该系统是被设计用来制备含至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂的混合物料；
一种位于物料制备系统下游的金属还原装置，该装置被设计用来将至少一种的含金属物料还原成含有至少一种零价金属和残渣的生成产物，该金属还原装置包括：
一加热装置，及
一推进搅拌器，该推进搅拌器包含复数的轴，每个复数的轴都含有至少一个叶片；并且该至少一个的叶片的径向外边缘的厚度从该叶片弧的一 端至弧的另一端平顺地变化；和
一个位于金属还原装置下游的分离装置，该分离装置用于将至少一种的零价金属与残渣分离。
42.如权利要求41所述的冶金系统，其特征是：物料制备系统包含至少一种以下装置：
一用于将至少一种的含金属物料破碎的破碎设备；
一用于研磨含有至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂的混合物料的研磨设备；或
一用于干燥含有至少一种的含金属物料、至少一种的还原剂和至少一种的添加剂的混合物料的干燥设备。
43.如权利要求42所述的冶金系统，其特征是：研磨设备包括一球磨机。
44.如权利要求41所述的冶金系统，其特征是：分离设备包括至少一种的磁选机、重选机、静电分离机和浮选机。
45.如权利要求41所述的冶金系统，其特征是：进一步包括一位于分离装置下游的金属成品系统，该金属成品系统包括：
一用于处理至少一种的零价金属的处理系统；和
一用于成型金属产品的成型系统。
46.如权利要求45所述的冶金系统，其特征是：处理系统包括：一个设计用来将至少一种的零价金属钝化的装置。
47.如权利要求46所述的冶金系统，其特征是：成型系统包括：一个设计用来将含有至少一种的零价金属和至少一种的粘结剂的混合物料压制成块的冷压机。
48.如权利要求46所述的冶金系统，其特征是：处理系统包括：一设计用来从至少一种的零价金属中脱去水分的脱水设备。
49. 如权利要求41所述的冶金系统，其特征是：进一步包括一残渣利用系统，该系统包括一用于残渣研磨的研磨设备。
50.如权利要求45所述的冶金系统，其特征是：研磨设备包括：一球磨机或一超重力磨机。
51.如权利要求45所述的冶金系统，其特征是：残渣利用系统包括：一设计用来从残渣中脱去水分的脱水设备。
52.如权利要求41所述的冶金系统，其特征是：进一步包括一添加剂回收系统。
53.如权利要求41所述的冶金系统，其特征是：进一步包括一热回收装置，
其位于金属还原装置的下游，并且
热回收装置是被设计用于容纳从金属还原设备中排出的物料并从这些排出物料中回收热量。
54.如权利要求53所述的冶金系统，其特征是：热回收装置包括：
一热回收装置壳体
一位于热回收装置壳体中的旋转轴；
一与热回收装置壳体上游部分联接的进料管；
一与热回收装置壳体下游部分联接的出料管；和
至少一个的换热套管，其至少部分地覆盖热回收装置壳体外表面。
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