用于从冶金级铬铁矿精矿细粉生产海绵铬的方法

摘要

本发明涉及一种以冶金级铬铁矿精矿细粉为原料来生产含50％左右金属铬的海绵铬的方法，所述方法包括步骤：氧化来自铬铁矿选矿装置的铬铁矿精矿/细粉；将所述预氧化过的铬铁矿精矿/细粉与助熔剂、粘结剂和碳混合制成混合物；烧结所述混合物成烧结块；在惰性或还原性气氛中加热所述烧结块；通过磁力分离将由进料中的助熔剂形成的矿渣与被还原的金属分离；以及在埋弧炉中进行进一步的处理。本发明还可以用来改善现有的生产FeCr所用的埋弧电炉(SAF)工艺。

说明书

技术领域

本发明涉及一种由冶金级铬铁矿精矿细粉来生产含有50％左右金属铬的海绵铬(sponge chrome)的方法。特别地，本发明涉及一种由铬铁矿精矿细粉通过碳热还原反应来生产海绵铬的方法，所述铬铁矿精矿细粉获自富含MgO的印度铬铁矿矿石。本发明还可以用来改善现有的生产FeCr所用的埋弧电炉(SAF)工艺。

背景技术

海绵铬可以直接在氧气顶吹转炉炼钢(LD)工艺中用作合金化添加物来生产不锈钢或合金钢。

铬铁合金通常是在埋弧炉(SAF)中通过熔融还原处理制得的。大多数印度铬铁矿矿石天生地适用于冶金应用，特别适用于生产含铬超过63％的FeCr。

对于埋弧炉工艺，使用硬块状铬铁矿矿石。将铬铁矿精矿和细粉以烧结块(烧结的球团或团块)的形式装料。埋弧炉工艺是高耗能的，且每吨FeCr消耗约3400KWh。在该工艺中还有约10％的Cr₂O₃损失到矿渣。由于MgCr₂O₄相的难熔性致使富含MgO的印度铬铁矿的固态还原非常困难。

因此，需要从铬铁矿精矿/细粉提取铬以及需要通过降低能耗对现有的用于生产FeCr的埋弧炉(SAF)工艺进行改进。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种生产含50％金属铬的海绵铬的方法，所述海绵铬可以直接应用于不锈钢制造工艺中。

本发明的另一个目的是使用在现有埋弧炉工艺期间产生的一氧化碳气体作为还原剂或者热源，从而提高CO气体的利用，并进而降低碳需求。

本发明的又一目的是利用由于含有高含量的氧化硅和铁从而不适合用于直接铬铁合金生产的低品位铬铁矿矿石，从而减少铬铁矿选矿装置中的尾矿产生。

因此本发明提供一种由含有50％左右金属铬的冶金级铬铁矿精矿细粉来生产海绵铬的方法，包括以下步骤：将来自铬铁矿选矿装置的铬铁矿精矿/细粉氧化；将所述预氧化过的铬铁矿精矿/细粉与助熔剂、粘结剂和碳混合制成混合物；将所述混合物烧结成烧结块；在隋性或还原性气氛中加热所述烧结块；通过磁力分离将进料中存在的由助熔剂形成的矿渣与还原后的金属分离；以及在埋弧炉中进行进一步的处理。

附图说明

现在可以借助附图来详细描述本发明，其中

图1示出本发明的工艺流程图。

图2(a)和(b)分别示出氧化后的铬铁矿的显微组织的光学显微图像和SEM-BSE图像，其中灰色铬铁矿基体上明亮的板条形状的相是析出的Fe₂O₃。

图3示出部分还原的铬铁矿的显微组织和X射线点映图(dot map)。

具体实施方式

图1显示的是本发明的工艺流程图。首先将由铬铁矿选矿装置富集得到的铬铁矿细粉氧化。该过程可以在850℃-950℃的温度下进行持续约30-90分钟。氧化可以在回转窑或流化床炉中进行。在氧化反应期间，铬铁矿尖晶石相中存在的FeO通过下述反应以Fe₂O₃的形式析出：

从上述反应可以看出，氧化反应在尖晶石点阵中产生了空位。

图2显示了在铬铁矿尖晶石点阵上析出(inexsolved)的Fe₂O₃相的氧化铬铁矿的显微组织。表面上形成的Fe₂O₃相具有以下优点：

由于Fe₂O₃与助熔剂的反应从而改善了铬铁矿精矿的可烧结性。

空位的引入促进Cr³⁺尖晶石结构中氧阴离子的刚性点阵中的更快速扩散。

由于相变从而增加了铬铁矿尖晶相的反应性；

在还原反应的早期阶段，在铬铁矿表面上形成的金属Fe或FeO有利于Cr³⁺的还原，从而改善工艺收率。

将预氧化过的铬铁矿精矿/细粉与助熔剂、粘结剂和碳混合。所用的助熔剂可以是SiO₂、CaO；粘结剂可以是膨润土、糖蜜(molasses)；并且碳可以是煤、焦炭屑等形式。预氧化的铬铁矿精矿/细粉与助熔剂、粘结剂和碳形成的混合物然后可以通过罐烧结或圆盘造粒机中的造粒烧结技术团块化。

预处理过的精矿细粉(即本发明的中间产物)通过使用罐烧结技术将产生品质更好的烧结块。

将球团在回转窑中或环形加热炉中在1300℃-1450℃的温度下加热60-180分钟，所用气氛为惰性或还原性气氛。来自现有的埋弧炉(SAF)工艺中的埋弧炉(SAF)的CO气体可被用作还原剂和加热源，从而增加CO气体的利用并减少CO气体的浪费。还原时间和温度取决于Mg和Fe的氧化物在铬铁矿矿石中的浓度、SiO₂与CaO的比率以及所用添加剂的类型。也可以使用特殊的添加剂来降低矿渣的液态温度。还原反应的早期阶段，大多数的铁氧化物都还原为金属铁。进料中的助熔剂在1300℃以上形成矿渣。加之碳的加入，高于1200℃时金属铁和铁碳化物将Cr³⁺离子还原为低价氧化物，并且然后还原成金属铬及碳化物。在高于1300℃的温度，尖晶石的MgO和Al₂O₃组分与矿渣反应，从而提高了Cr³⁺离子的反应性。

图3的X射线点映图中显示了在1350℃下，还原反应的早期阶段中富Fe相和矿渣的形成。通过本发明的方法，铁氧化物被完全金属化且约50％的Cr₂O₃被还原。特殊催化剂的加入改善Cr氧化物的金属化。矿渣与还原金属(FeCr)的物理分离是通过磁力分离技术来实现，该磁力分离技术将降低产物中的脉石/矿渣的量，因此可以进一步改善埋弧炉和不锈钢制造中的处理。

使用本发明的方法可以生产含50％金属Cr的海绵铬可供直接用于不锈钢制造工艺。

大多数印度铬铁矿矿石均可用于通过埋弧炉(SAF)工艺生产铬铁合金。本发明也可以应用于现有的埋弧炉(SAF)操作中。回转窑或环形加热炉产生的热制品可以装入埋弧炉(SAF)中，这将减少埋弧炉(SAF)的电力/能量需求的20-30％。来自流化床的氧化过的铬铁矿矿石可用于通过罐烧结或球团烧结技术生产烧结块，这些烧结块与常规方法生产的烧结块相比，具有更好的机械性能(高强度，低细粉产生)和冶金性能(可还原性，能耗)。