[發(fā)明專利]用催化劑對鉻鐵礦進行碳熱直接還原以用于鉻鐵合金的生產(chǎn)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780090325.5
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN110651054B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于大偉;多甘·帕克通
• 申請（專利權(quán)）人: 由加拿大自然資源部長代表的加拿大女王陛下
• 主分類號: C22B34/32
• 分類號: C22B34/32;C22B5/10;C22C27/06
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 孫微;金小芳

本發(fā)明公開了一種由鉻鐵礦礦石或精礦生產(chǎn)鉻鐵的直接還原法。根據(jù)本發(fā)明，添加氯化鈣(CaCl₂)作為催化劑以加速固體還原并在還原期間增強金屬相(即鉻鐵)的顆粒生長。與常規(guī)熔煉技術(shù)相比，鉻鐵礦礦石或精礦的還原在低得多的溫度(例如1200℃至1400℃)下進行，并且形成的鉻鐵顆粒與不需要的殘余的脈石和尖晶石顆粒分離，從而有利于隨后對它們進行物理分離。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)鉻鐵合金的鉻鐵礦礦石或精礦的火法冶金處理。

背景技術(shù)

鉻鐵合金是用于不銹鋼生產(chǎn)的重要合金。在加拿大，在北部安大略省環(huán)火山帶中的大量鉻鐵礦礦床的發(fā)現(xiàn)，使人們對這些礦床的勘探及其后續(xù)的開采和加工以生產(chǎn)鉻鐵合金的興趣增加。

目前，大部分鉻鐵礦礦石或精礦通過在電弧爐中用還原劑進行熔煉從而進行加工，以生產(chǎn)高碳鉻鐵合金或裝料級鉻合金(charge chrome)。高碳鉻鐵合金通常包含60重量％至70重量％的鉻和4重量％至6重量％的碳，而裝料級鉻合金通常具有50重量％至55重量％的鉻含量和6重量％至8重量％的碳含量。這兩種鉻鐵合金是主要用于不銹鋼生產(chǎn)的中間產(chǎn)物。

在典型的電弧爐熔煉操作中，電流通過電極以產(chǎn)生熱量并保持足夠高的溫度以熔化進料，并使爐渣保持熔融形式。通過添加還原劑來進行吸熱還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生熔融鉻鐵合金(Cr-Fe)。

FeCr₂O₄+4C→Cr₂Fe+4CO

在還原過程中，MgO和Al₂O₃從鉻鐵礦中釋放至熔融爐渣相。由于電弧爐中的熔融合金相和熔融爐渣相的不混溶性和顯著的密度差異，因而熔融合金相和熔融爐渣相形成兩個分離的層。然后通過使熔融合金和熔融爐渣各自排出而實現(xiàn)熔融合金與熔融爐渣的分離。將熔融鉻鐵合金排出并澆鑄在模具中，隨后破碎鑄錠以形成具有不同尺寸等級的可供出售的鉻鐵合金產(chǎn)品。通過熔融鉻鐵合金的水淬來生產(chǎn)顆粒形式的可供選擇的產(chǎn)品。

然而，存在與常規(guī)電弧爐熔煉操作相關(guān)的某些缺點。

在這些缺點中，用于鉻鐵合金生產(chǎn)的常規(guī)電弧爐熔煉技術(shù)是高度電能密集型的，主要是由于需要在高達1800℃的溫度下熔煉以在鉻鐵礦還原期間保持鉻鐵合金和爐渣相熔融。每噸所生產(chǎn)的鉻鐵合金的電能消耗范圍為2.4MWh至4.3MWh。其結(jié)果是，鉻鐵合金的生產(chǎn)受到電力供應(yīng)的嚴重限制，并且熔煉操作的收益率受到當?shù)?地區(qū)電價的極大影響。

因此，已經(jīng)通過不斷改進，并通過開發(fā)鉻鐵合金生產(chǎn)的可替代工藝路線，從而努力降低與常規(guī)熔煉技術(shù)相關(guān)的電能消耗。

例如，專利申請WO 2015/060951公開了一種方法，其中通過用重整天然氣在足夠高的溫度下還原，以將鉻鐵礦礦石還原。根據(jù)該申請，鉻鐵礦粉與碳以及促進劑(即氧化物、氫氧化物或碳酸鹽形式的堿性化合物)團聚。然后，在750℃至1150℃的溫度范圍內(nèi)，通過重整天然氣來還原團聚物，該團聚物優(yōu)選為球團形式。

專利申請WO 2012/149635討論了鉻鐵礦礦石的高溫碳質(zhì)還原，其中使用氧化硼(B₂O₃)或硼酸鹽作為助熔劑以生成中碳鉻鐵合金。該申請描述了首先由鉻鐵礦礦石、煤和上述催化劑的混合物制備球團；然后將該球團置于1500℃以下的高溫，使得由熔劑引發(fā)難熔氧化物的部分熔融，隨后還原。然后進一步從爐渣中分離出鐵/鉻/殘余碳混合物。通過在熔爐中進一步熔融混合物來生產(chǎn)中碳鉻鐵合金。