[發明專利]一種轉爐渣與鎳渣和/或銅渣的熔融耦合改質提鐵方法

有效

• 申請號: 202011168603.4
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112375856B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 王楠;陳敏;李小傲;信建疆;張春明;曹博文
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C21B3/04
• 分類號: C21B3/04;C21B15/02;C22B7/04;C22B15/00;C22B23/02;C04B7/147
• 代理公司: 北京中強智尚知識產權代理有限公司 11448
• 代理人: 黃耀威

本發明公開了一種轉爐渣與鎳渣和/或銅渣的熔融耦合改質提鐵方法，將渣溫≥1450℃的熔融轉爐渣排入到渣罐中，并在熔融轉爐渣處于攪拌狀態下，向渣罐中加入鎳渣和/或銅渣和鋁灰，獲得熔混渣；對熔混渣進行持續攪拌，使鎳渣和/或銅渣和鋁灰與渣罐中的熔融轉爐渣在充分混合的狀態下，完成熔融耦合改質和還原反應，獲得含有大量金屬鐵滴的最終熔渣；停止攪拌，使渣罐中的最終熔渣自然冷卻至室溫后，取出沉降于渣罐底部的金屬鐵坨，同時通過磁選回收尾渣中的金屬鐵。本發明提供的方法實現了在無需額外補充熱量的條件下，轉爐渣和鎳渣和/或銅渣中復雜鐵礦物同時解離為簡單鐵氧化物，進而促進多源冶金渣中鐵資源的共同提取與回收。

技術領域

本發明屬于冶金技術領域，特別涉及一種轉爐渣與鎳渣和/或銅渣的熔融耦合改質提鐵方法。

技術背景

隨著我國有色冶金工業的快速發展，每年都有大量有色冶金渣產生，其中，鎳渣和銅渣中的全鐵量約為30-45％，均高于我國鐵礦石可采品位，提取并回收鎳渣和銅渣中的鐵資源有助于拓展我國鐵礦資源渠道，促進鋼鐵與有色冶金行業的協同發展。鎳渣中的鐵主要以鐵橄欖石(2FeO·SiO₂)形式存在，銅渣中的含鐵相也主要以鐵橄欖石和磁鐵礦形式存在。由于鐵橄欖石屬硅酸鹽礦物，為Si-O構成的穩定致密網狀結構，進而導致鎳渣和銅渣中的鐵資源難以直接回收。因此，無論是采用高溫氧化法抑或是還原法提取鎳渣和銅渣中的鐵資源時，通常都需要加入CaO等堿性調質劑，以促使鐵橄欖石解離并釋放出簡單鐵氧化物(氧化亞鐵FeO)，從而促進鐵資源的深度提取與回收。

轉爐渣是轉爐煉鋼的副產品，具有產生量大、堿度高(二元堿度CaO/SiO₂約為3.0-4.0)、含鐵等特性。轉爐渣中的全鐵含量可達15-25％，含鐵相主要以鐵酸鈣(2CaO·Fe₂O₃)、RO相(FeO、MgO、MnO形成的固熔體)等復雜含鐵礦物存在；轉爐渣中的含鈣礦物主要包括游離氧化鈣(f-CaO)、硅酸三鈣(3CaO·SiO₂)、硅酸二鈣(2CaO·SiO₂)等；轉爐渣中的含磷礦物相則主要以硅酸二鈣(2CaO·SiO₂)與磷酸三鈣(Ca₃P₂O₈)形成的固溶體形式存在。而目前，轉爐渣的綜合利用率不足30％，其在大宗資源化利用方面所需要解決的主要問題包括：游離氧化鈣水化易引起體積安定性不良、含鐵導致可磨性差、含磷限制了在鋼鐵流程內部的循環利用。為解決上述問題，業內通常向轉爐渣中添加硅質改質劑(硅石或硅灰、粉煤灰等)以實現惰化游離氧化鈣的目的；同時，硅質改質劑還能促進轉爐渣中鐵酸鈣(2CaO·Fe₂O₃)解離為簡單的氧化鐵(Fe₂O₃)，有利于轉爐渣中鐵資源的提取回收，從而使得含鐵可磨性差的轉爐渣轉化為無鐵易磨的安定化爐渣，實現轉爐渣的高效循環利用。

因此，借助轉爐渣中的游離氧化鈣、硅酸三鈣、硅酸二鈣、鐵酸鈣等鈣質礦物，與鎳渣和/或銅渣中的鐵橄欖石進行交互反應，可在無需額外改質劑條件下，實現轉爐渣與鎳渣和/或銅渣之間的耦合改質，達到轉爐渣中鐵酸鈣和鎳渣和/或銅渣中鐵橄欖石同時解離為簡單鐵氧化物的目的，進而促進轉爐渣及鎳渣和/或銅渣中鐵資源的共同提取與回收。

在轉爐渣與鎳渣和/或銅渣之間進行交互反應時，含鈣礦物與鐵橄欖石的交互反應如式(1)-(6)所示，即，轉爐渣中的游離氧化鈣、硅酸三鈣、硅酸二鈣、鐵酸鈣等含鈣礦物，與鎳渣和/或銅渣中的鐵橄欖石進行耦合改質反應，實現轉爐渣中的鐵酸鈣和鎳渣和/或銅渣中的橄欖石同時解離，并生成簡單鐵氧化物Fe₂O₃和FeO。

CaO+2FeO·SiO₂＝CaO·SiO₂+2FeO (1)

2CaO+2FeO·SiO₂＝2CaO·SiO₂+2FeO (2)