一種綜合處理銅選礦尾渣和鎳熔融渣的提鐵煉鋼工藝的制作方法

專利名稱：一種綜合處理銅選礦尾渣和鎳熔融渣的提鐵煉鋼工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種提鐵煉鋼工藝，特別是一種用礦熱爐-搖爐-煉鋼爐-精煉爐綜 合處理銅選礦尾渣和鎳熔融渣的提鐵煉鋼工藝。
背景技術：
鎳銅冶金企業生產中產生的銅尾礦渣和鎳熔融渣，里面還都含有一定量的有價元 素，目前還沒有得到充分利用。這些礦渣和冶煉渣丟棄堆放既對環境產生嚴重影響，同時也 占有大量的土地資源。例如，金川集團每年排放鎳棄渣200余萬t，累計堆存量已多達2000 余萬t，這些棄渣中除含有少量的鎳、銅和鈷等有價金屬外，還含有高達40%的鐵.目前，除 年利用10萬t左右的鎳棄渣用于礦山井下充填系統外，大量的鎳棄渣均堆存在渣場，不僅 占用土地，而且造成巨大的金屬資源浪費，也給人類的生存環境帶來了嚴重的污染和危害。 上世紀九十年代，曾有蘭州鋼廠、鞍山熱能研究院和金川公司聯合進行過在電弧爐里噴煤 粉還原冶煉棄渣的試驗[1]，并曾擬建實驗廠，但至今尚未投產。現在已有幾種專利[2~3~4~5、6、 7、8』提出了對鎳渣、銅渣回收利用的辦法。其中，專利2提出了一種新型電爐設計，在一座 電爐上完成鎳渣熔融和還原兩個過程。專利3提出了一種銅鎳火法冶金爐渣的處理方法， 將還原碳置于“洗渣爐”的底部，碳層上分別注入一層低度锍和一層待洗爐渣，利用洗渣爐 底部熱锍中的氧與碳之間的化學反應產生成的CO汽泡，帶動熱锍起泡上升，并進入上部的 渣層進行熱锍洗渣，由锍/渣反應回收渣中的貴重金屬。由于熱锍比重大于爐渣，在重力 作用下浮升到渣中的熱锍又自動返回爐底，如此反復循環洗渣。專利4由北科大和金川公 司共同申請，提出了在還原爐中還原鎳渣并提取鐵、鎳后，對其余爐渣再處理并制造微晶玻 璃。專利5是一種銅渣熔融還原一步制得低硫鐵水的方法，其特征在于含有以下工藝步驟 高溫熔融銅渣先于高溫還原爐內被還原劑還原，其中鐵的還原反應基本完成時，向熔池中 加入一定的添加劑，待添加劑完全處于熔融狀態時，將噴槍插入至渣鐵界面，向熔池中噴吹 一氧化碳氣體，噴吹時間為30min-40min，脫硫反應基本完成。熔池靜置，待渣鐵完全分離， 高溫低硫鐵水和爐渣分別由出鐵口和出渣口放出。高溫煙氣經二次燃燒室后通過余熱鍋爐 進行余熱回收，旋風收塵、洗滌。專利6涉及一種熔融銅渣綜合利用工藝及其系統。其提銅 爐進料端與熔融熱態銅渣連接，提銅爐還設有噴槍，噴槍末端浸入熔池內；提銅爐爐渣出口 通過送料裝置與提銅鐵合金爐進料端連接，CaO通過料罐加入提銅爐；提銅鐵合金爐設有 還原劑、水蒸汽添加噴槍，該噴槍末端浸入熔池內，提銅鐵合金爐底部設有純氧吹槍；提銅 鐵合金爐設有銅鐵合金排出口和棄渣排出口，棄渣排出口與造粒裝置連接。專利7涉及一 種微波碳熱還原提取銅冶煉廢棄渣中鐵的方法。專利8公開了一種直接還原-磨選處理銅 渣及鎳渣的煉鐵方法。首先將一定量的煤、銅渣或鎳渣及熔劑混合后造球，干燥后將生球布 入轉底爐加熱到1100°C 1350°C，保持15 40分鐘，然后將600°C 1100°C的高溫還原 鐵料直接送入水中冷卻后進行細磨選別，細磨選別后的鐵料用高溫失氧廢氣進行烘干后造 塊，形成塊狀鐵料。專利9涉及一種利用可燃物對有色金屬銅渣/鎳渣進行改性和制備優 質燃料的方法，屬冶煉環保技術領域。
至今尚未見到以上這些專利應用于工業生產的報道。隨著循環經濟在有色行業的 發展，相信會有更多的專利技術被發明，被應用。參考文獻[1]郝文義，金川冶煉棄渣綜合利用研究鋼鐵冶金部分試驗小結，甘肅冶金1995， 2，(5)，總第60期[2]高惠民謝國威，一種熔融還原鎳渣提鐵的方法及裝置專利申請號 200810013552.0[3]冼愛平，一種銅鎳冶金爐渣的處理方法，專利申請號2000123066. 2[4]倪文于曉霞蘭華龍李克慶馬明生，一種綜合利用高溫鎳冶煉熔融渣的方法，專 利申請號 200610156309. 5[5]王華李磊胡建杭，一種銅渣熔融還原一步制得低硫鐵水的方法，專利申請號 201010167157.5[6]王宏耀馬曉健李帥俊譚鳳娟陳強吳峰張波羅光亮，一種熔融銅渣綜合利用工 藝及其系統，專利申請號201010276392. 6[7]廖亞龍徐福昌彭金輝，一種微波碳熱還原提取銅冶煉廢棄渣中鐵的方法，專利 申請號 201010103671. 2[8]吳道洪，直接還原-磨選處理銅渣及鎳渣的煉鐵方法，專利申請號 200910088663.2[9]王華胡建杭包桂蓉王仕博魏永剛，利用可燃物對有色金屬銅渣/鎳渣進行改 性和制備優質燃料的方法，專利申請號200710066166.
發明內容
本發明的目的在于提供一種利用現有爐型進行合理組合，形成一種處理銅尾礦渣 和鎳熔融渣的提鐵煉鋼工藝，該工藝以銅尾礦渣和鎳熔融渣為原料，回收金屬資源，減少環 境污染；同時回收處理銅尾礦渣和鎳熔融渣中的鐵、鎳、銅等金屬元素，并將產出的爐渣用 于制作水泥等無機非金屬建筑材料。本發明的目的是通過下述技術方案來實現的。一種綜合處理銅選礦尾渣和鎳熔融渣的提鐵煉鋼工藝，其特征在于，該工藝包括 下列步驟1)選用銅選礦尾渣或鎳提煉系統貧化電爐渣與經粉碎的碳質還原劑按照重量比 充分混勻，采取對輥擠壓成型法造粒，將混合料制成50mm-120mm的球團塊礦；2)將經干燥后的球團塊礦直接加入礦熱爐冶煉，得到用礦熱爐冶煉球團礦生產的 低牌號硅25硅鐵水，爐渣、廢氣排出；3)對從礦熱爐冶煉出的含硅鐵水采用鐵水預處理脫硫，然后扒渣，獲得低硫硅鐵 水；從礦熱爐冶煉出的含硅鐵水含硫量< 0. 04%時，含硅鐵水直接進入步驟幻工序；4)將從鎳提取設備(包括沉降電爐、閃速爐、貧化電爐)中出來的高溫鎳熔融渣直 接流入保溫渣包中，保溫渣包加蓋保溫運輸到提鐵工位；5)將鎳熔融渣倒入搖爐內，并按照鎳熔融渣與石灰重量比例添加石灰控制堿度， 然后按配料比兌入礦熱爐冶煉所得低硫硅鐵水，搖爐搖動操作10-18min，使爐內鎳熔融渣與低硫硅鐵水充分混合攪拌，鎳熔融渣中FeO充分還原，得到還原鐵水，爐渣、廢氣排出；當 搖爐內反應溫度過高時，可適當加入冷態的鎳熔融渣充當冷卻劑，調整爐內溫度；6)將還原鐵水送至電弧爐中，添加石灰造渣劑，進行脫硫、脫碳和脫磷冶煉，得到 鋼水送入鋼水精煉設備，爐渣和廢氣排出。本發明進一步的特征在于所述銅選礦尾渣或鎳提煉系統貧化電爐渣含！^ > 40%、(FeCHSiO2) ^ 90%, (CaO+MgO) <4%，且粒度為150-200目，碳質還原劑為冶金焦、蘭炭或無煙煤粉，銅選礦尾 渣與碳質還原劑的重量比為1 0. 28-0. 34.所述鐵水預處理脫硫劑選用石灰粉或鋁酸鈣。所述高溫鎳熔融渣保溫溫度彡1350°C。所述搖爐中鎳熔融渣與低硫含硅鐵水按照重量比為100 33-43的比例兌入。礦 熱爐冶煉的出鐵時間要和鎳提煉系統設備的熔融渣出渣時間相匹配；礦熱爐冶煉的產鐵量 應與鎳熔融渣的產量相匹配。所述搖爐中添加石灰量，按照鎳熔融渣與石灰重量比為100 40-60的比例添加。本發明具有以下特點1.充分利用了銅選礦尾渣(或貧化電爐渣)成分中的堿性氧化物含量很少 (CaO+MgO) < 4%，含！^彡40%, (Fe0+Si02)彡90%的特點，見表1。將銅選礦尾渣(或貧 化電爐渣)與碳質還原劑進行造塊(粒)，在礦熱爐中還原。礦熱爐使用自焙電極，連續作 業，埋弧冶煉、減少熱輻射，無需再加熔劑，還原效率較電弧爐提高，可降低生產成本。冶煉 出來的鐵水含硅高、含碳低。[Si]可充當下一步工序的還原劑。表1金川鎳熔融渣和銅選礦尾渣產量與成分爐渣類型熔融渣產量 4 (10 t/a)成分(％)N iC uF eC οSCaOMgOS1O2鎳熔融渣1600.210. 2442. 240. 090. 782. 108. 8532. 81銅選礦尾渣87. 50. 030. 3941.490. 000. 502. 151.6936. 222.充分利用了鎳熔融渣的熱量。高溫的鎳銅熔融渣與高溫的硅鐵水在搖爐里會自 發進行[Si]與( 之間的放熱反應。搖爐作偏心旋轉，使渣鐵之間激烈攪拌，具有了良 好的還原反應動力學條件，提高了冶煉效率，縮短了冶煉時間，降低了生產成本。同時可以 大量的綜合處理鎳熔融渣和銅選礦尾渣。3.所選用的設備為國內鋼鐵工業已有的設備類型。因此，便于工藝設備設計，便于 掌握實施，便于早日產業化。


圖1是本發明的工藝流程圖。以下結合附圖和原理對本發明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
參見圖1，本發明用礦熱爐-搖爐-煉鋼爐綜合處理銅選礦尾渣和鎳熔融渣的提鐵煉鋼工藝，具體操作過程如下1)選用工廠的銅選礦尾渣或貧化電爐渣，針對銅選礦尾渣成分中含!^e > 40%，含 堿性氧化物(CaO+MgO) <4%, (Fe0+Si02)彡90%的特點，利用此渣作為冶煉低牌號硅鐵的 原料。礦熱爐冶煉要求原料有一定的粒度。將還原劑(冶金焦粒、無煙煤粉或蘭炭粒) 破碎，粒度為150-200目，按照銅選礦尾渣與碳質還原劑的重量比為1 0. 28-0. 34的比例 充分混合均勻，本實施例給出每IOOkg尾渣配32kg焦粒，應保證還原劑與渣粉密切接觸，制 成50mm到120mm的球團礦(球團礦大小根據礦熱爐容量大小確定)。為了充分保證球團礦 的強度，不用或少用粘結劑，采用對輥擠壓成型法造粒。2)將經干燥后的球團礦直接入礦熱爐冶煉。冶煉為連續加料，定時出鐵方式。從 理論上計算銅選礦尾渣和還原劑灰分中所含的鐵應99%被還原，所含的二氧化硅可被還原 97%。從礦熱爐冶煉出的含硅鐵水Si25硅鐵，含硅量約為觀％。由于鐵水含硅高，溶解的 碳含量將小于1%。同時因原料成分中的堿性氧化物含量很少，所以，產生的渣量也很少，近 似于“無渣冶煉”。礦熱爐生產過程中所產生的廢氣可按照傳統的礦熱爐廢氣處理方式進行 處理、利用。按照重量比計，還原IOOkg銅選礦尾渣，消耗冶金焦粒約32kg，還原出的硅鐵中含 鐵71%、硅觀.3%、銅0. 64%。因為鐵水中含有28. 3%的硅，會大大降低碳在鐵水中的溶 解度，所以鐵水中的碳含量不超過1 %。生產1噸Si25硅鐵需要銅選礦尾渣大約1730kg，需要冶金焦粒大約550kg，冶煉 時不需要添加熔劑。冶煉上述硅鐵電耗約為2900-3600度。為了減少熱損失，保證還原效 果，提高生產的自動化程度，應選用大型礦熱爐。3)對從礦熱爐冶煉出的含硅鐵水采用鐵水預處理脫硫，鐵水預處理脫硫劑選用石 灰粉或鋁酸鈣，根據鐵水含硫量的高低和鋼種的要求酌情添加；出鐵前將脫硫劑直接加入 鐵水包底，然后扒渣，獲得低硫含硅鐵水；從礦熱爐冶煉出的含硅鐵水含硫量< 0. 04%時， 不加脫硫劑，含硅鐵水直接進入步驟幻工序；4)將從鎳提取設備(包括沉降電爐、閃速爐、貧化電爐)中出來的高溫鎳熔融渣直 接流入保溫渣包中，此種鎳熔融渣含鐵大于40%，同時含有一定量的Ni、Co、Cu有色金屬元 素。保溫渣包加蓋保溫運輸到提鐵工位；根據閃速爐(或沉降電爐或貧化電爐)與搖爐之 間距離的遠近、當地的氣溫，決定是否在保溫鋼包中加入碳化稻殼等保溫劑來對熔渣進行 保溫運輸。運到搖爐工位時要保持熔渣溫度彡1350°C。5)將運輸來的鎳熔融渣倒入搖爐內，同時按鎳熔融渣與低硫含硅鐵水重量比 100 33-43的配料計算，將礦熱爐冶煉所得的含硅鐵水兌入盛有鎳熔融渣的搖爐中，本實 施例中還原IOOkg鎳熔融渣需要低硫含硅鐵約37. 85kg。為了保證還原效果和脫硫效果， 要在搖爐里加石灰控制一定的堿度，按照鎳熔融渣與石灰重量比為100 40-60的比例添 加，本實施例中每IOOkg鎳熔融渣要加石灰約50kg。搖爐操作至爐內鎳熔融渣與硅鐵水充 分混合攪拌，使爐內的鎳熔融渣與硅鐵水搖動形成“波浪”，利用硅鐵水中的硅還原鎳熔融 渣中的氧化鐵，一般反應進行8-12min可達到金屬元素在渣-鐵之間的平衡，渣中的鐵基本 被還原。得到還原鐵水和提鐵后的爐渣，將爐渣扒入渣罐；剩余還原鐵水倒入煉鋼爐；廢氣 經煙道排出；
兌低硫硅鐵水時，低硫硅鐵水會直接沖擊并攪拌熔融態的鎳渣。此時溫度略低，且 硅高碳低，主要是[Si]與爾⑷)之間的反應。當搖爐開始搖動，運轉一段時間，隨反應放熱， 溫度升高后，搖爐中的[C]與( 可能會發生脫碳反應。搖爐搖動8-12分鐘后，鐵還原 結束，銅、鎳、鈷自然也還原完畢，即可出鐵。包括從兌入鎳熔融渣到出鐵的全部冶煉周期在 10-18分鐘。還原反應按2 (FeO)+ [Si] = 2 [Fe]+ (SiO2)進行。當鎳熔融渣與低硫含硅鐵水的溫度均較高時，為保持熱平衡可適當加入冷態的鎳 熔融渣充當冷卻劑，通過調整其加入量，控制爐內溫度。搖爐爐型的出鐵口設計參考轉爐出鐵設計，采用蔽渣(或擋渣)出鐵，在出凈鐵水 的前提下盡量少下渣。出完鐵后，可開動搖爐兩分鐘將爐內余渣涂附于爐襯，延長爐襯壽 命，多余的爐渣可到入渣罐。6)將搖爐所出還原鐵水運送到煉鋼電弧爐(或轉爐)中，添加石灰進行后續的脫 磷、脫碳、脫硫操作，得到鋼水進入鋼水精煉設備，爐渣排入渣罐，廢氣排出，完成正常的鋼 液初煉。得到鋼水在精煉爐完成合金鋼成分調整工作。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發明的具體實施方式
僅限于此，對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫 離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發明由所 提交的權利要求書確定的保護范圍。
權利要求
1.一種綜合處理銅選礦尾渣和鎳熔融渣的提鐵煉鋼工藝，其特征在于，包括下列步驟1)選用銅選礦尾渣或鎳提煉系統貧化電爐渣與經粉碎的碳質還原劑按照重量比充分 混勻，采取對輥擠壓成型法造粒，將混合料制成50mm-120mm的球團塊礦；2)將經干燥后的球團塊礦直接加入礦熱爐冶煉，得到含硅25硅鐵水，爐渣、廢氣排出；3)對從礦熱爐冶煉出的含硅鐵水采用鐵水預處理脫硫，然后扒渣，獲得低硫硅鐵水； 從礦熱爐冶煉出的含硅鐵水含硫量< 0. 04%時，含硅鐵水直接進入步驟幻工序；4)將從鎳提取設備中出來的高溫鎳熔融渣直接流入保溫渣包中，保溫渣包加蓋保溫運 輸到提鐵工位；5)將鎳熔融渣倒入搖爐內，并按照鎳熔融渣與石灰重量比例添加石灰控制堿度，然后 按配料比兌入礦熱爐冶煉所得低硫硅鐵水，搖爐搖動操作10-18min，使爐內鎳熔融渣與低 硫硅鐵水充分混合攪拌，鎳熔融渣中FeO充分還原，得到還原鐵水，爐渣、廢氣排出；6)將還原鐵水送至電弧爐中，添加石灰造渣劑，進行脫硫、脫碳和脫磷冶煉，得到鋼水 送入鋼水精煉設備，爐渣和廢氣排出。
2.根據權利要求1所述的一種綜合處理銅選礦尾渣和鎳熔融渣的提鐵煉鋼工藝，其 特征在于，所述銅選礦尾渣或鎳提煉系統貧化電爐渣，含狗^ 40%, Fe0+Si02 ^ 90%, Ca0+Mg0<4%，且粒度為150-200目，碳質還原劑為冶金焦、蘭炭或無煙煤粉，銅選礦尾渣 與碳質還原劑的重量比為1 0. 28-0. 34.
3.根據權利要求1所述的一種綜合處理銅選礦尾渣和鎳熔融渣的提鐵煉鋼工藝，其特 征在于，所述鐵水預處理脫硫劑選用石灰粉或鋁酸鈣。
4.根據權利要求1所述的一種綜合處理銅選礦尾渣和鎳熔融渣的提鐵煉鋼工藝，其特 征在于，所述高溫鎳熔融渣保溫溫度彡1350°C。
5.根據權利要求1所述的一種綜合處理銅選礦尾渣和鎳熔融渣的提鐵煉鋼工藝，其特 征在于，所述搖爐中鎳熔融渣與低硫硅鐵水按照重量比為100 33-43的比例兌入。
6.根據權利要求1所述的一種綜合處理銅選礦尾渣和鎳熔融渣的提鐵煉鋼工藝，其特 征在于，所述搖爐中添加石灰量，按照鎳熔融渣與石灰重量比為100 40-60的比例添加。
全文摘要
本發明公開了一種用礦熱爐-搖爐-煉鋼電弧爐-精煉爐處理銅選礦尾渣和鎳熔融渣的提鐵煉鋼工藝，包括下列步驟1)選用銅選礦尾渣與碳質還原劑混勻，造粒成球團塊礦；2)將球團塊礦入礦熱爐冶煉，得到含硅鐵水；3)含硅鐵水脫硫，扒渣，得到低硫硅鐵水；或視含硅鐵水含硫量高低確定是否脫硫；4)將鎳熔融渣保溫運輸到提鐵工位；5)鎳熔融渣入搖爐，加石灰，兌入低硫硅鐵水，混合攪拌，得到還原鐵水；6)還原鐵水送電弧爐中，加石灰脫硫、脫碳和脫磷，得到鋼水。該工藝合理地利用了銅選礦尾渣的成分，充分回收銅選礦尾渣和鎳熔融渣中有價金屬，實現綜合利用的目的。該工藝設備設計合理，便于掌握實施，適合產業化應用。
文檔編號C22B1/14GK102051428SQ20111002295
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月20日 優先權日2011年1月20日
發明者張兵, 王超, 董潔, 袁守謙, 谷坤文 申請人:西安建筑科技大學