铌铁精矿制取优质铌铁合金的方法

摘要

本发明涉及以铌铁精矿制取优质铌铁合金的方法。本发明方法以铌铁精矿为原料，经过盐酸浸出、水洗、摇床重选、磁选和焙烧的预处理，再经铝热法一步到位制成含铌高达70％以上和/或含杂质量低的优质铌铁。操作简单，成本低，污染小，质量高。

说明书

本发明涉及铁合金制造方法，特别是涉及用铌铁精矿直接制取优质铌铁合金的方法。

在稀有金属中，铌的主要用途是以铌铁合金的形式用作高强度钢和合金钢的添加剂以及电焊条合金剂。这种用途的铌铁合金，一般要求含铌钽量大于50%，最好大于70%，要求含杂量主要是Si、S、P、C等尽量小一些。所谓优质铌铁合金，就是指含铌钽量高和含杂质量小的一种铌铁合金。

国外的铌铁生产，欧洲一般采用不外加能量的铝热冶炼法，而美苏除采用在电弧炉中进行的硅热法外，也采用铝热法。一般说来，用电热法生产的铌铁，由于含碳量高，所以在钢铁工业中的用途有限，因为许多特殊的钢种只容许含微量的碳。传统的铝热法冶炼，由于能生产出含碳量很低的铌铁，因而仍然得到广泛应用。但是，用铌铁精矿直接铝热冶炼制取含铌量高达70%以上和含杂量小的优质铌铁，至今未见报道。作为西方世界最大的铌铁生产基地的巴西Arax铌矿在1982年曾报道用烧绿石精矿通过预处理和铝热法制取铌铁的方法（AraxNiobium Mine，Mining Magazine，Feb.1982，pp134-147）。

Arax所用铌矿平均含Nb₂O₅3.0%，铌主要含于pandaite矿或钡烧绿矿石（bariopyrochlore）之中，该矿石的特点是含Ba、P、S和Pb较高。该铌矿石的处理方法是破碎、磨细、磁选、去泥、浮选，得到烧绿石浮选精矿，再对浮选精矿进行浸出、焙烧处理。在预处理中除去钡、硫、磷等杂质，浮选烧绿石精矿和浸出精矿的成分分别如表1所示，Arax铌矿就是以浸出精矿作为原料，用铝热法制造铌铁合金的。

在Arax铌矿处理方法中所以用去泥处理是因为在37μ到5μ的钡烧绿石颗粒中含铌最高，而小于5μ的粉矿不但含铌少，而且对浮选有严重不良影响，因此，在该处理中用三级去泥操作;在处理浮选精矿时用焙烧和浸出，在焙烧中加入氯化钙和石灰，使钙取代在钡烧绿石晶格中的钡，钡就以氯化钡的形式同可溶磷一起在过滤中除去。

表1

浮选烧绿石精矿浸出精矿成分（重量）％（重量）％Nb₂O₅55-6059-65Fe₂O₃2-82-8SiO₂0.1-0.50.1-0.5ThO₂2-32-30.05-0.100.05-0.10P0.3-0.80.05-0.10S0.02-0.20.010-0.05Pb0.2-1.00.010-0.05BaO15-181-3CaO0-0.215-20H₂O5-70.1-0.3

在该矿所用铝热法中，其典型加料比例如下：

烧绿石浸出精矿（60% Nb₂O₅）>

氧化铁（赤铁矿、68%Fe）  4000公斤

铝粉  6000公斤

萤石粉  750公斤

石灰  500公斤

用以上配料比例可产生66%（重量）的铌铁合金11吨。可见在该矿所用铝热法中是以氧化铁作为助热剂或氧化剂。

从以上可见Arax铌矿的铌铁合金制备方法，由于矿石的性质所采取的预处理方法工艺相当复杂，特别是去泥和浮选操作要求严格;在用铝热法制备铌铁合金时，必须使用大量优质赤铁矿，从而使成本增加;同时也只能制造含铌66%的铌铁。

国内从六十年代开始小批量生产铌铁，一直采用铌铁精矿先湿法冶炼成工业Nb₂O₅产品，再用Nb₂O₅铝热冶炼制取铌铁。这种二步法必然导致工艺复杂、成本高昂和污染严重等缺点。近年来也有采用电弧炉法由铌铁精矿直接冶炼制取铌铁的方法，见冶金部广州有色金属研究院关于“铌铁精矿电炉铝热还原法直接冶炼制取铌铁合金工艺研究”的技术鉴定证书（1982，12），用该法所制产品含铌量仅达60%水平，并由于含碳量和其它杂质均较高，离我国冶金部部颁标准GB-7737-87铌铁标准相差很远，不适宜于冶炼低碳含铌合金钢，因而用途有限。

目前我国钢铁工业所需铌铁一直还是主要依靠进口或采用Nb₂O₅冶炼方法制取。

直至如今，在现有技术中，尚无人解决直接用铌铁精矿一步到位铝热冶炼制取含铌量高达70%以上和/或含杂量低的优质铌铁。

所谓一步到位是指不用将铌铁精矿先炼成工业Nb₂O₅产品，然后再以铝热法制取铌铁合金。

本发明目的在于：提供一种直接用铌铁精矿一步到位制取含铌量高达70%以上和/或含杂质量低的优质铌铁合金。

本发明目的是这样达到的：先对铌铁精矿进行预处理，再进行铝热法冶炼，得到含铌量高达70%以上和/或含杂质量低的优质铌铁合金。

本发明所用含铌矿物是江西横峰铌铁精矿，其主要化学成分（重量）%为：（Nb+Ta）₂O₅50-60、Fe₂O₃15-25、SiO₂5-12、S＜0.5、P＜0.5、C＜0.5其中Ta₂O₅/Nb₂O₅＜0.05，对所说的铌铁精矿用盐酸浸出，其中以12～13公斤铌铁精矿和浓度为20～25%的工业盐酸5升的比例，常温在搅拌机中搅拌6～8小时;水洗：利用虹吸管抽出搅拌机中的废酸，注入清水，在搅拌机内搅拌10分钟，重复2～3次;摇床重选，去除部分SiO₂等;磁选：去除部分氧化铁;焙烧：在800℃电炉中焙烧1小时左右，焙烧后得到铌铁浸出精矿，其主要化学成分为：（Nb+Ta）₂O₅72～76（重量）%、Ta₂O₅/Nb₂O₅＜0.05、Fe₂O₃/（Nb+Ta）₂O₅＜0.3、SiO₂＜1.0（重量）%、S＜0.05（重量）%、P＜0.05（重量）%、C＜0.05（重量）%;以此浸出精矿为原料用铝热法冶炼铌铁合金。制取FeNb>

以下结合附图对本发明进行详细说明。

附图1是本发明流程方框图。

本发明方法所用铌铁精矿是江西横峰铌铁精矿，其主要化学成分（重量）%为：（Nb+Ta）₂O₅50～60、Fe₂O₃15～25、SiO₂5～12、S＜0.5、P＜0.5、C＜0.5其中Ta₂O₅/Nb₂O₅＜0.05，其典型化学成分（重量）%为：

（Nb+Ta）₂O₅56.39、Fe₂O₃20.83、SiO₂6.95、Al₂O₃3.24、TiO₂1.27、CuO0.04、WO₃1.64、MnO>

一般说来，由于铌铁精矿的（Nb+Ta）₂O₅含量较低而Fe₂O₃含量和杂质含量均较高，所以必须进行预处理，才能使所得浸出精矿达到冶炼优质铌铁合金的要求。本发明的方法所用预处理工序为盐酸浸出→水洗→重选→磁选→焙烧。盐酸浸出能除去铌铁精矿颗粒表面使矿物磁性均等的铁氧化物，可使一些矿物活化并同时抑制另一些矿物。在盐酸浸出中以12～13公斤铌铁精矿用浓度为20～25%的工业盐酸5升的比例，常温在搅拌机中搅拌6～8小时进行浸出，一般运转6～8小时;然后进行水洗，水洗工序简单，利用虹吸管抽出搅拌机中废酸，并注入清水，在搅拌机内搅拌10分钟，重复2～3次，将所得精矿在摇床上重选，去除部分SiO等;放入鼓形湿法弱磁选机上磁选，去除部分氧化铁，最后把精矿装入电炉内在800℃下焙烧1小时左右，经过以上预处理工艺的损失率＜1.2（重量）%;所得浸出铌铁精矿主要化学成分为：（Nb+Ta）₂O₅72～76（重量）%、Ta₂O₅/Nb₂O₅＜0.05、Fe₂O₃（Nb+Ta）₂O₅＜0.3、SiO₂＜1.0（重量）%、S＜0.05（重量）%、P＜0.05（重量）%、C＜0.05（重量）%;典型的浸出精矿成分（重量）%如下：（Nb+Ta）₂O₅73.87、Fe₂O₃21.83、SiO₂0.90、Al₂O₃0.23、TiO₂0.07、CuO0.03、WO₃0.67、MnO>2O₅含量大为提高，而杂质如SiO₂、S、P、C、Al₂O₃等含量则大为降低，预处理取得预期的效果。

使用以上浸出铌铁精矿作为原料进行铝热法冶炼铌铁合金。在本发明所用铝热法中，关键在于：通过炉料各组分的热量计算，得到了保证单位炉料发热量符合要求的炉料配方，从而控制炉料的反应温度和反应速率，使本方法有高达95%以上的铌钽收得率。在铝热法中将预处理所得浸出铌铁精矿与还原剂、助热剂、助熔剂，有时尚需加磁铁矿，按照通过炉料各组分的热量计算的炉料配方，将炉料各组分在混料机中进行充分混合后，装入冶炼炉内经电点火引燃，使产生氧化还原作用，待反应完成后先放出熔融炉渣，然后吊起冶炼炉的炉筒，留在炉底凹坑内的铌铁合金块经自然冷却到100℃以下取出，使铌铁与炉渣分离后即得到铌铁合金产品。

铝热还原反应和放热副反应按下式进行：

本发明的方法制取FeNb  70-75的优质铌铁合金的炉料配方为浸出矿1份，铝粉0.39～0.42份，氯酸钾0.059～0.068份，石灰和萤石粉（1∶1）0.28～0.30份;制取FeNb  50～70的优质铌铁合金的炉料配方为浸出矿1份，铝粉0.40～0.53份，氯酸钾0～0.061份，石灰和萤石0.30～0.34份，磁铁矿0～0.43份。

本发明的方法所得优质铌铁合金产品的主要化学成分（重量）%指标均能达到：

Nb+Ta＝50-75%、Si＜1.5%、Al＜2.0%、S＜0.03%、P＜0.03%、C＜0.05%。

本发明方法所用助热剂为：KClO₃、KClO₄、NaClO₃、NaClO₄、NaNO₃、KNO₃，其中以KClO₃和KClO₄为最佳。

本发明所用磁铁矿含Fe₂O₃（折合）必须大于97%。

本发明的方法所用助熔剂为石灰和萤石粉，其CaO和CaF的含量应分别大于98%。石灰和萤石粉之比为1∶1。

本发明的方法采用助热剂控制单位炉料发热量在2400～2700KJ/Kg的范围内，最佳数值还取决于冶炼炉容量，在此单位炉料发热量范围内，炉料的反应温度和反应速率为最佳，铌钽的冶炼收得率为最高，大于95%。

本发明方法以铌铁精矿为原料，一步到位地通过操作简便的预处理和铝热法得到含铌量高达70%以上和/或含杂质量低的优质铌铁，为解决我国依靠进口的局面，以及改变先冶炼Nb₂O₅再制备铌铁合金的二步法作出了突出的贡献;同时在制造含铌量高达70以上的铌铁和铌钽冶炼收得率高等方面也取得了很好的效果，对我国钢铁工业必将有很大贡献;铌铁精矿的预处理操作简单和在铝热法中不需加或少加氧化铁，从而制造成本下降，质量提高。

以下举4个实施例，实施例1和实施例2是制造TFNb  70-75的例子，而实施例3和4是制造FeNb  50-70的例子，见附表2。

表2

从以上实施例可见，本发明方法所制铌铁合金的杂质含量相当低，与国家标准GB7737-87铌铁标准相比其杂质含量除个别元素外均能达到。但必须声明，这些实施例并不限制本发明。