CN102051428B - 一种综合处理铜选矿尾渣和镍熔融渣的提铁炼钢工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用矿热炉-摇炉-炼钢电弧炉-精炼炉处理铜选矿尾渣和镍熔融渣的提铁炼钢工艺，包括下列步骤：1)选用铜选矿尾渣与碳质还原剂混匀，造粒成球团块矿；2)将球团块矿入矿热炉冶炼，得到含硅铁水；3)含硅铁水脱硫，扒渣，得到低硫硅铁水；或视含硅铁水含硫量高低确定是否脱硫；4)将镍熔融渣保温运输到提铁工位；5)镍熔融渣入摇炉，加石灰，兑入低硫硅铁水，混合搅拌，得到还原铁水；6)还原铁水送电弧炉中，加石灰脱硫、脱碳和脱磷，得到钢水。该工艺合理地利用了铜选矿尾渣的成分，充分回收铜选矿尾渣和镍熔融渣中有价金属，实现综合利用的目的。该工艺设备设计合理，便于掌握实施，适合产业化应用。

Description

一种综合处理铜选矿尾渣和镍熔融渣的提铁炼钢工艺

技术领域

本发明涉及一种提铁炼钢工艺，特别是一种用矿热炉-摇炉-炼钢炉-精炼炉综合处理铜选矿尾渣和镍熔融渣的提铁炼钢工艺。

背景技术

镍铜冶金企业生产中产生的铜尾矿渣和镍熔融渣，里面还都含有一定量的有价元素，目前还没有得到充分利用。这些矿渣和冶炼渣丢弃堆放既对环境产生严重影响，同时也占有大量的土地资源。例如，金川集团每年排放镍弃渣200余万t，累计堆存量已多达2000余万t，这些弃渣中除含有少量的镍、铜和钴等有价金属外，还含有高达40％的铁.目前，除年利用10万t左右的镍弃渣用于矿山井下充填系统外，大量的镍弃渣均堆存在渣场，不仅占用土地，而且造成巨大的金属资源浪费，也给人类的生存环境带来了严重的污染和危害。上世纪九十年代，曾有兰州钢厂、鞍山热能研究院和金川公司联合进行过在电弧炉里喷煤粉还原冶炼弃渣的试验^[1]，并曾拟建实验厂，但至今尚未投产。现在已有几种专利^{[2、3、4、5、6、7、8、9]}提出了对镍渣、铜渣回收利用的办法。其中，专利2提出了一种新型电炉设计，在一座电炉上完成镍渣熔融和还原两个过程。专利3提出了一种铜镍火法冶金炉渣的处理方法，将还原碳置于“洗渣炉”的底部，碳层上分别注入一层低度锍和一层待洗炉渣，利用洗渣炉底部热锍中的氧与碳之间的化学反应产生成的CO汽泡，带动热锍起泡上升，并进入上部的渣层进行热锍洗渣，由锍/渣反应回收渣中的贵重金属。由于热锍比重大于炉渣，在重力作用下浮升到渣中的热锍又自动返回炉底，如此反复循环洗渣。专利4由北科大和金川公司共同申请，提出了在还原炉中还原镍渣并提取铁、镍后，对其余炉渣再处理并制造微晶玻璃。专利5是一种铜渣熔融还原一步制得低硫铁水的方法，其特征在于含有以下工艺步骤：高温熔融铜渣先于高温还原炉内被还原剂还原，其中铁的还原反应基本完成时，向熔池中加入一定的添加剂，待添加剂完全处于熔融状态时，将喷枪插入至渣铁界面，向熔池中喷吹一氧化碳气体，喷吹时间为30min-40min，脱硫反应基本完成。熔池静置，待渣铁完全分离，高温低硫铁水和炉渣分别由出铁口和出渣口放出。高温烟气经二次燃烧室后通过余热锅炉进行余热回收，旋风收尘、洗涤。专利6涉及一种熔融铜渣综合利用工艺及其系统。其提铜炉进料端与熔融热态铜渣连接，提铜炉还设有喷枪，喷枪末端浸入熔池内；提铜炉炉渣出口通过送料装置与提铜铁合金炉进料端连接，CaO通过料罐加入提铜炉；提铜铁合金炉设有还原剂、水蒸汽添加喷枪，该喷枪末端浸入熔池内，提铜铁合金炉底部设有纯氧吹枪；提铜铁合金炉设有铜铁合金排出口和弃渣排出口，弃渣排出口与造粒装置连接。专利7涉及一种微波碳热还原提取铜冶炼废弃渣中铁的方法。专利8公开了一种直接还原-磨选处理铜渣及镍渣的炼铁方法。首先将一定量的煤、铜渣或镍渣及熔剂混合后造球，干燥后将生球布入转底炉加热到1100℃～1350℃，保持15～40分钟，然后将600℃～1100℃的高温还原铁料直接送入水中冷却后进行细磨选别，细磨选别后的铁料用高温失氧废气进行烘干后造块，形成块状铁料。专利9涉及一种利用可燃物对有色金属铜渣/镍渣进行改性和制备优质燃料的方法，属冶炼环保技术领域。

至今尚未见到以上这些专利应用于工业生产的报道。随着循环经济在有色行业的发展，相信会有更多的专利技术被发明，被应用。

参考文献

[1]郝文义，金川冶炼弃渣综合利用研究钢铁冶金部分试验小结，甘肃冶金1995，2，(5)，总第60期

[2]高惠民谢国威，一种熔融还原镍渣提铁的方法及装置专利申请号200810013552.0

[3]冼爱平，一种铜镍冶金炉渣的处理方法，专利申请号2000123066.2

[4]倪文于晓霞兰华龙李克庆马明生，一种综合利用高温镍冶炼熔融渣的方法，专利申请号200610156309.5

[5]王华李磊胡建杭，一种铜渣熔融还原一步制得低硫铁水的方法，专利申请号201010167157.5

[6]王宏耀马晓健李帅俊谭凤娟陈强吴峰张波罗光亮，一种熔融铜渣综合利用工艺及其系统，专利申请号201010276392.6

[7]廖亚龙徐福昌彭金辉，一种微波碳热还原提取铜冶炼废弃渣中铁的方法，专利申请号201010103671.2

[8]吴道洪，直接还原-磨选处理铜渣及镍渣的炼铁方法，专利申请号200910088663.2

[9]王华胡建杭包桂蓉王仕博魏永刚，利用可燃物对有色金属铜渣/镍渣进行改性和制备优质燃料的方法，专利申请号200710066166.3

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用现有炉型进行合理组合，形成一种处理铜尾矿渣和镍熔融渣的提铁炼钢工艺，该工艺以铜尾矿渣和镍熔融渣为原料，回收金属资源，减少环境污染；同时回收处理铜尾矿渣和镍熔融渣中的铁、镍、铜等金属元素，并将产出的炉渣用于制作水泥等无机非金属建筑材料。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种综合处理铜选矿尾渣和镍熔融渣的提铁炼钢工艺，其特征在于，该工艺包括下列步骤：

1)选用铜选矿尾渣或镍提炼系统贫化电炉渣与经粉碎的碳质还原剂按照重量比充分混匀，采取对辊挤压成型法造粒，将混合料制成50mm-120mm的球团块矿；

2)将经干燥后的球团块矿直接加入矿热炉冶炼，得到用矿热炉冶炼球团矿生产的低牌号硅25硅铁水，炉渣、废气排出；

3)对从矿热炉冶炼出的含硅铁水采用铁水预处理脱硫，然后扒渣，获得低硫硅铁水；从矿热炉冶炼出的含硅铁水含硫量≤0.04％时，含硅铁水直接进入步骤5)工序；

4)将从镍提取设备(包括沉降电炉、闪速炉、贫化电炉)中出来的高温镍熔融渣直接流入保温渣包中，保温渣包加盖保温运输到提铁工位；

5)将镍熔融渣倒入摇炉内，并按照镍熔融渣与石灰重量比例添加石灰控制碱度，然后按配料比兑入矿热炉冶炼所得低硫硅铁水，摇炉摇动操作10-18min，使炉内镍熔融渣与低硫硅铁水充分混合搅拌，镍熔融渣中FeO充分还原，得到还原铁水，炉渣、废气排出；当摇炉内反应温度过高时，可适当加入冷态的镍熔融渣充当冷却剂，调整炉内温度；

6)将还原铁水送至电弧炉中，添加石灰造渣剂，进行脱硫、脱碳和脱磷冶炼，得到钢水送入钢水精炼设备，炉渣和废气排出。

本发明进一步的特征在于：

所述铜选矿尾渣或镍提炼系统贫化电炉渣含Fe≥40％、(FeO+SiO₂)≥90％，(CaO+MgO)＜4％，且粒度为150-200目，碳质还原剂为冶金焦、兰炭或无烟煤粉，铜选矿尾渣与碳质还原剂的重量比为1∶0.28-0.34。

所述铁水预处理脱硫剂选用石灰粉或铝酸钙。

所述高温镍熔融渣保温温度≥1350℃。

所述摇炉中镍熔融渣与低硫含硅铁水按照重量比为100∶33-43的比例兑入。矿热炉冶炼的出铁时间要和镍提炼系统设备的熔融渣出渣时间相匹配；矿热炉冶炼的产铁量应与镍熔融渣的产量相匹配。

所述摇炉中添加石灰量，按照镍熔融渣与石灰重量比为100∶40-60的比例添加。

本发明具有以下特点：

1.充分利用了铜选矿尾渣(或贫化电炉渣)成分中的碱性氧化物含量很少(CaO+MgO)＜4％，含Fe≥40％、(FeO+SiO₂)≥90％的特点，见表1。将铜选矿尾渣(或贫化电炉渣)与碳质还原剂进行造块(粒)，在矿热炉中还原。矿热炉使用自焙电极，连续作业，埋弧冶炼、减少热辐射，无需再加熔剂，还原效率较电弧炉提高，可降低生产成本。冶炼出来的铁水含硅高、含碳低。[Si]可充当下一步工序的还原剂。

表1金川镍熔融渣和铜选矿尾渣产量与成分

2.充分利用了镍熔融渣的热量。高温的镍铜熔融渣与高温的硅铁水在摇炉里会自发进行[Si]与(FeO)之间的放热反应。摇炉作偏心旋转，使渣铁之间激烈搅拌，具有了良好的还原反应动力学条件，提高了冶炼效率，缩短了冶炼时间，降低了生产成本。同时可以大量的综合处理镍熔融渣和铜选矿尾渣。

3.所选用的设备为国内钢铁工业已有的设备类型。因此，便于工艺设备设计，便于掌握实施，便于早日产业化。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

以下结合附图和原理对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1，本发明用矿热炉-摇炉-炼钢炉综合处理铜选矿尾渣和镍熔融渣的提铁炼钢工艺，具体操作过程如下：

1)选用工厂的铜选矿尾渣或贫化电炉渣，针对铜选矿尾渣成分中含Fe≥40％，含碱性氧化物(CaO+MgO)＜4％，(FeO+SiO₂)≥90％的特点，利用此渣作为冶炼低牌号硅铁的原料。

矿热炉冶炼要求原料有一定的粒度。将还原剂(冶金焦粒、无烟煤粉或兰炭粒)破碎，粒度为150-200目，按照铜选矿尾渣与碳质还原剂的重量比为1∶0.28-0.34的比例充分混合均匀，本实施例给出每100kg尾渣配32kg焦粒，应保证还原剂与渣粉密切接触，制成50mm到120mm的球团矿(球团矿大小根据矿热炉容量大小确定)。为了充分保证球团矿的强度，不用或少用粘结剂，采用对辊挤压成型法造粒。

2)将经干燥后的球团矿直接入矿热炉冶炼。冶炼为连续加料，定时出铁方式。从理论上计算铜选矿尾渣和还原剂灰分中所含的铁应99％被还原，所含的二氧化硅可被还原97％。从矿热炉冶炼出的含硅铁水Si25硅铁，含硅量约为28％。由于铁水含硅高，溶解的碳含量将小于1％。同时因原料成分中的碱性氧化物含量很少，所以，产生的渣量也很少，近似于“无渣冶炼”。矿热炉生产过程中所产生的废气可按照传统的矿热炉废气处理方式进行处理、利用。

按照重量比计，还原100kg铜选矿尾渣，消耗冶金焦粒约32kg，还原出的硅铁中含铁71％、硅28.3％、铜0.64％。因为铁水中含有28.3％的硅，会大大降低碳在铁水中的溶解度，所以铁水中的碳含量不超过1％。

生产1吨Si25硅铁需要铜选矿尾渣大约1730kg，需要冶金焦粒大约550kg，冶炼时不需要添加熔剂。冶炼上述硅铁电耗约为2900-3600度。为了减少热损失，保证还原效果，提高生产的自动化程度，应选用大型矿热炉。

3)对从矿热炉冶炼出的含硅铁水采用铁水预处理脱硫，铁水预处理脱硫剂选用石灰粉或铝酸钙，根据铁水含硫量的高低和钢种的要求酌情添加；出铁前将脱硫剂直接加入铁水包底，然后扒渣，获得低硫含硅铁水；从矿热炉冶炼出的含硅铁水含硫量≤0.04％时，不加脱硫剂，含硅铁水直接进入步骤5)工序；

4)将从镍提取设备(包括沉降电炉、闪速炉、贫化电炉)中出来的高温镍熔融渣直接流入保温渣包中，此种镍熔融渣含铁大于40％，同时含有一定量的Ni、Co、Cu有色金属元素。保温渣包加盖保温运输到提铁工位；根据闪速炉(或沉降电炉或贫化电炉)与摇炉之间距离的远近、当地的气温，决定是否在保温钢包中加入碳化稻壳等保温剂来对熔渣进行保温运输。运到摇炉工位时要保持熔渣温度≥1350℃。

5)将运输来的镍熔融渣倒入摇炉内，同时按镍熔融渣与低硫含硅铁水重量比100∶33-43的配料计算，将矿热炉冶炼所得的含硅铁水兑入盛有镍熔融渣的摇炉中，本实施例中还原100kg镍熔融渣需要低硫含硅铁约37.85kg。为了保证还原效果和脱硫效果，要在摇炉里加石灰控制一定的碱度，按照镍熔融渣与石灰重量比为100∶40-60的比例添加，本实施例中每100kg镍熔融渣要加石灰约50kg。摇炉操作至炉内镍熔融渣与硅铁水充分混合搅拌，使炉内的镍熔融渣与硅铁水摇动形成“波浪”，利用硅铁水中的硅还原镍熔融渣中的氧化铁，一般反应进行8-12min可达到金属元素在渣-铁之间的平衡，渣中的铁基本被还原。得到还原铁水和提铁后的炉渣，将炉渣扒入渣罐；剩余还原铁水倒入炼钢炉；废气经烟道排出；

兑低硫硅铁水时，低硫硅铁水会直接冲击并搅拌熔融态的镍渣。此时温度略低，且硅高碳低，主要是[Si]与(FeO)之间的反应。当摇炉开始摇动，运转一段时间，随反应放热，温度升高后，摇炉中的[C]与(FeO)可能会发生脱碳反应。摇炉摇动8-12分钟后，铁还原结束，铜、镍、钴自然也还原完毕，即可出铁。包括从兑入镍熔融渣到出铁的全部冶炼周期在10-18分钟。

还原反应按2(FeO)+[Si]＝2[Fe]+(SiO₂)进行。

当镍熔融渣与低硫含硅铁水的温度均较高时，为保持热平衡可适当加入冷态的镍熔融渣充当冷却剂，通过调整其加入量，控制炉内温度。

摇炉炉型的出铁口设计参考转炉出铁设计，采用蔽渣(或挡渣)出铁，在出净铁水的前提下尽量少下渣。出完铁后，可开动摇炉两分钟将炉内余渣涂附于炉衬，延长炉衬寿命，多余的炉渣可到入渣罐。

6)将摇炉所出还原铁水运送到炼钢电弧炉(或转炉)中，添加石灰进行后续的脱磷、脱碳、脱硫操作，得到钢水进入钢水精炼设备，炉渣排入渣罐，废气排出，完成正常的钢液初炼。

得到钢水在精炼炉完成合金钢成分调整工作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (6)

1.一种综合处理铜选矿尾渣和镍熔融渣的提铁炼钢工艺，其特征在于，包括下列步骤：

1)选用铜选矿尾渣或镍提炼系统贫化电炉渣与经粉碎的碳质还原剂按照重量比充分混匀，采取对辊挤压成型法造粒，将混合料制成50mm-120mm的球团块矿；

2)将经干燥后的球团块矿直接加入矿热炉冶炼，得到含硅25硅铁水，炉渣、废气排出；

3)对从矿热炉冶炼出的含硅铁水采用铁水预处理脱硫，然后扒渣，获得低硫硅铁水；从矿热炉冶炼出的含硅铁水含硫量≤0.04％时，含硅铁水直接进入步骤5)工序；

4)将从镍提取设备中出来的高温镍熔融渣直接流入保温渣包中，保温渣包加盖保温运输到提铁工位；

5)将镍熔融渣倒入摇炉内，并按照镍熔融渣与石灰重量比例添加石灰控制碱度，然后按配料比兑入矿热炉冶炼所得低硫硅铁水，摇炉摇动操作10-18min，使炉内镍熔融渣与低硫硅铁水充分混合搅拌，镍熔融渣中FeO充分还原，得到还原铁水，炉渣、废气排出；

6)将还原铁水送至电弧炉中，添加石灰造渣剂，进行脱硫、脱碳和脱磷冶炼，得到钢水送入钢水精炼设备，炉渣和废气排出。

2.根据权利要求1所述的一种综合处理铜选矿尾渣和镍熔融渣的提铁炼钢工艺，其特征在于，所述铜选矿尾渣或镍提炼系统贫化电炉渣，含Fe≥40％、FeO+SiO₂≥90％，CaO+MgO＜4％，且粒度为150-200目，碳质还原剂为冶金焦、兰炭或无烟煤粉，铜选矿尾渣与碳质还原剂的重量比为1∶0.28-0.34。

3.根据权利要求1所述的一种综合处理铜选矿尾渣和镍熔融渣的提铁炼钢工艺，其特征在于，所述铁水预处理脱硫选用石灰粉或铝酸钙作为脱硫剂。

4.根据权利要求1所述的一种综合处理铜选矿尾渣和镍熔融渣的提铁炼钢工艺，其特征在于，所述高温镍熔融渣保温温度≥1350℃。

5.根据权利要求1所述的一种综合处理铜选矿尾渣和镍熔融渣的提铁炼钢工艺，其特征在于，所述摇炉中镍熔融渣与低硫硅铁水按照重量比为100∶33-43的比例兑入。

6.根据权利要求1所述的一种综合处理铜选矿尾渣和镍熔融渣的提铁炼钢工艺，其特征在于，所述摇炉中添加石灰量，按照镍熔融渣与石灰重量比为100∶40-60的比例添加。