一种从含镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法

摘要

本发明涉及到一种从高镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法，属于冶金废弃物综合回收利用领域。该方法主要是以高温熔融态高镁镍铁渣为原料先将固体还原剂加入带有磁场的设备中；然后将含镁镍铁熔渣加入到设备中，抽真空至炉内压力为5‑500Pa；反应，得到单质镁。本发明工艺简单，能源、资源利用率高。在氧化剂配置合理以及磁场条件选择得当合理的情况下，可实现镁100％的回收。同时本发明所得尾渣中镁含量较低，可大量用于水泥生产工业。

说明书

技术领域

本发明属于冶金废弃物综合回收利用技术领域，具体涉及到一种从含镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法。

背景技术

目前国内外许多镍铁不锈钢企业采用世界先进的回转窑加矿热炉工艺生产镍铁水，不锈钢年产量大幅增加，同时产生了大量镍铁水淬渣。镍铁水淬渣因MgO高，目前仅小部份用作水泥的添加剂或者部分替代砂石的建筑填充料，绝大部分仍未能寻求更好的利用。大量的水淬渣堆存不仅占用了大量空间，还可能存在潜在的环境危害。

镍铁渣系红土镍矿还原提取镍和部分铁后产生的工业固废。随着我国冶炼镍铁合金规模逐步扩大，镍铁渣排放量也逐渐增大。2016年我国镍铁渣年排放量达到1亿吨，目前仍旧缺乏行之有效的方法处理如此产量的镍铁渣。故镍铁渣已成为我国继铁渣、钢渣、赤泥之后第四大冶炼渣，大量镍铁渣堆砌处理或深海填埋，造成镍铁渣的大量堆积，不仅占用土地、污染环境，还给镍铁冶炼的可持续发展带来严峻挑战。因此，大力开展镍铁渣综合利用的相关科学研究，促进镍铁渣的增值利用对我国镍铁行业意义重大。镍铁渣综合利用研究，起源于20世纪80年代初，主要研究其在水泥、混凝土、微晶玻璃、无机聚合物等方面的应用。

而水泥原料要求氧化镁含量低于6％，而镍铁渣中镁含量往往达到20％以上。而诸如制造微晶玻璃、无机聚合物等的方法所处理利用的镍铁渣量相对于我国如此之大的镍铁渣产量来说微乎其微，不具有广泛可行性。而制约镍铁渣在这些领域广泛应用的主要原因就是镍铁渣中的镁含量太高。

目前，已有部分文献研究了从红土镍矿中提镁；其采用的技术路线为：将红土镍矿颗粒与碳颗粒混合均匀后，在真空条件下，采用一定的升温速率升温至900℃以上；由于其是从室温开始升温的，在还原氧化镁前，其铁的氧化物、镍的氧化物以及大部分二氧化硅就已经被还原，并以蒸气形式被带走并收集；所以当其还原氧化镁时，其中几乎不含Fe、Ni等杂质。但到目前为止，还未见以熔融状态的镍铁渣为原料，提炼高纯镁的相关报道。

发明内容

熔融状态的镍铁渣，其温度一般为1400℃-1600℃；具有极高的热能；为了充分利用这些热能；发明人曾尝试直接套用红土镍矿真空冶炼镁的方法(即直接将熔融状态的镍铁渣倒入固体还原剂中，或将固体还原剂投加至熔融态的镍铁渣中)；但发现；一下问题：

1.所得产品的纯度低；

2.碳的利用率低；

3.按照理论值配取碳后；镁的回收率低。

针对上述问题的解决；以及熔融态镍铁渣热能的充分利用问题；提出了本发明。

本发明针对目前镍铁渣利用率低、无法高效益利用的技术空白，首次提供了一种从高镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法。同时本发明还首次尝试了在熔融状态下利用固液反应，制备高纯度镁。

本发明首先将固体还原剂加入带有磁场的设备中；然后将含镁镍铁熔渣加入到设备中，抽真空至炉内压力为5-500Pa；反应，得到单质镁；所述含镁镍铁熔渣含有Fe。采用该方案，能解决产品纯度低的问题。

本发明所指高Mg含量的熔融态镍铁炉渣为矿热炉冶炼红土镍矿生产镍铁水后产生的冶金熔体，含Mg品位较高(含20％-40％MgO)。

本发明一种从含镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法包括以下方案来实现：

本发明一种从含镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法所述固体还原剂为炭。

本发明一种从含镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法；先将固体还原剂加入带有磁场的设备中；在保护气氛下，将含镁镍铁熔渣从设备底部加入到设备中，然后抽真空至炉内压力为5-500Pa；反应，得到单质镁；反应时控制炉内温度为1400℃-1600℃。采用该方案既能解决产品纯度低的问题，同时还能解决碳利用率低的问题以及镁回收率低的问题。

作为优选方案，本发明一种从含镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法；抽真空至炉内压力为10-300Pa；反应，得到单质镁；反应时控制炉内温度为1450℃-1550℃。

作为优选方案，本发明一种从含镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法；先将固体还原剂加入带有磁场的设备中；将含镁镍铁熔渣从设备底部加入到设备中，定义固体还原剂铺设面所处水平面的高度为A、定义含镁镍铁熔渣完全加入设备中后，其液面所处水平面的高度为B；B-A＝-0.5-10cm。

本发明一种从含镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法；还原剂和含镁镍铁熔渣的质量比为0.92-20:1。作为优选；还原剂的粒度小于等于74微米。

本发明一种从含镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法；所述含镁镍铁熔渣中Si的含量大于等于25wt％。

本发明一种从含镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法；所述含镁镍铁熔渣中Fe的含量为5-10％。优选为6-8％。

作为优选方案，本发明一种从含镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法；所述磁场的强度为0.01-0.5T。

作为优选方案，本发明一种从含镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法；所述磁场的方向垂直于固体还原剂的所铺设面且向下。

作为优选方案，本发明一种从含镁镍铁熔渣中回收金属镁的方法；真空反应的时间为10-45min。其反应时间和设备的尺寸有关；在同等还原剂用量的条件下；其还原剂平铺后面积越大，其反应时间越短。但要综合考虑，为了更好的除杂；要是要适当的控制还原剂的平铺面积。

经优选后；本发明所得产品中Mg的含量大于等于95wt％；镁硅二者的含量达到了产物的98.5wt％以上。通过真空冷凝后收集的镁/原料中的镁＝0.9-0.92；冶炼完成后，剩余的中还含有零价Mg、零价Fe、零价Ni；同时剩余的为尾料中存在Fe、Ni富集区；铁镍富集区靠近于设备的底部。同时当所用碳大量过量时；镍铁富集区的尾料可直接用于镍铁的冶炼。

反应完成后，所得尾料进行水淬。得到多孔状的水淬渣。所得水淬渣经磁选后；可实现铁镍富集区与其它尾料的分离。

原理和优势

本发明首次尝试了对液态或非固态含镁镍铁熔渣的高效率、高效益的处理。本发明中，固体还原剂优选为炭，是直接铺设于设备底部的。当含镁镍铁熔渣加入时，固体还原剂与含镁镍铁熔渣中的Fe的氧化物、二氧化硅、Ni的氧化物、氧化镁反应，并生成一氧化碳以及相应的金属；在磁场的作用下，铁以及铁、镍与硅和少量的镁所形成合金会往设备的底部富集；进而其中避免铁、镍以及大量硅进入蒸气中；所以能提高所得产品的纯度。本发明采用底部引入镍铁渣的方式；避免了倾倒式引入镍铁渣时极易出现的镍铁渣包裹与其接触的还原剂，进而导致还原剂有效利用率低的问题；最大程度上实现了还原剂的均匀分布；通过控制还原剂的粒度以及冶炼温度和真空度；实现了所产生的一氧化碳能轻微的搅动熔体；进一步促进了还原剂在冶炼过程中的均匀分布；进而起到提升镁的还原效果以及还原剂的有效利用率。同时产生的一氧化碳还能迫使镁蒸气尽快脱离熔体进入冷凝系统，进而提升镁的回收率和纯度。

本发明采用上述方案；在还原剂配置合理、磁场条件选择得、冶炼温度控制合理以及还原剂粒度选择得当得情况下；从理论上，可实现镁100％被还原并能高效回收。

本发明巧妙的利用了磁场的设计；利用镍铁渣中固有的Fe、Ni的物理属性；利用Fe、Ni和Si已形成合金并在磁场条件下；向炉低富集靠拢；这样既提升了产品的纯度也为后续利用尾料时，提供了便利。同时该未了还具有另一个优势：回收有价元素镁之后的镍铁渣经过水淬后得到水淬渣，该水淬渣经磁选后，所得铁镍富集区能直接用于冶炼；其它部分由于镁含量极低，可大量用于制备高品质水泥。

本发明流程简单，可以将镍铁熔渣中显热利用到极致，同时结合磁场、真空冶金以及固液反应；实现了原料的最大价值利用。同时所用原料廉价易得，实现了变废为宝的巧妙过渡。

附图说明

图1为实施例1中熔融镍铁渣熔池的拍摄图。

实施例1

本实施例所用含镁镍铁熔渣为镍铁生产企业实际产生的镍铁渣(温度为1550℃)，其组成中镁含量17.9wt％、Si的含量为31.9％、Fe的含量为6.4％。

先将碳(碳粉的粒度为13微米)平铺与加入带有磁场的设备的底部；在氮气气氛下；将含镁镍铁熔渣从底部到设备中，抽真空至炉内压力为15Pa；反应，得到单质镁。反应时控制炉内温度为1550℃。

本实施例中，碳与含镁镍铁熔渣的质量比为2；

本实施例中，所用磁场的强度为0.5T。

所述磁场的方向垂直于固体还原剂的所铺设面且向下。

本实施例所得产品中Mg的含量为98wt％、镁硅二者的含量达到了产物的99.2wt％。

按上述操作后，镁的回收率为96.6％。

实施例2

本实施例所用含镁镍铁熔渣为镍铁生产企业实际产生的镍铁渣(其温度为1550℃)，其组成中镁含量17.9wt％、Si的含量为31.9％、Fe的含量为6.4％。

先将碳(碳粉的粒度为13微米)平铺与加入带有磁场的设备的底部；在氮气气氛下；将含镁镍铁熔渣从底部到设备中，抽真空至炉内压力为400Pa；反应，得到单质镁。反应时控制炉内温度为1550℃.

本实施例中，碳与含镁镍铁熔渣的质量比为12；

本实施例中，所用磁场的强度为0.3T。

所述磁场的方向垂直于固体还原剂的所铺设面且向下。

本实施例所得产品中Mg的含量为95.3wt％、镁硅二者的含量达到了产物的99wt％。

按上述操作后，镁的回收率为97.6％。

实施例3

本实施例所用含镁镍铁熔渣(其温度1430℃)为镍铁生产企业实际产生的镍铁渣，其组成中镁含量17.9wt％、Si的含量为31.9％、Fe的含量为6.4％。

先将碳(碳粉的粒度为13微米)平铺与加入带有磁场的设备的底部；在氮气气氛下；将含镁镍铁熔渣从底部到设备中，抽真空至炉内压力为400Pa；反应，得到单质镁。反应时控制炉内温度为1430℃.

本实施例中，碳与含镁镍铁熔渣的质量比为12；

本实施例中，所用磁场的强度为0.4T。

所述磁场的方向垂直于固体还原剂的所铺设面且向下。

本实施例所得产品中Mg的含量为98wt％、镁硅二者的含量达到了产物的98.5wt％。按上述操作后，镁的回收率为97.5％.

实施例4

本实施例所用含镁镍铁熔渣(其温度1420℃)为镍铁生产企业实际产生的镍铁渣，其组成中镁含量17.9wt％、Si的含量为31.9％、Fe的含量为6.4％。

先将碳(碳粉的粒度为13微米)平铺与加入带有磁场的设备的底部；在氮气气氛下；将含镁镍铁熔渣从底部到设备中，抽真空至炉内压力为450Pa；反应，得到单质镁。反应时控制炉内温度为1420℃.

本实施例中，碳与含镁镍铁熔渣的质量比为15；

本实施例中，所用磁场的强度为0.1T。

所述磁场的方向垂直于固体还原剂的所铺设面且向下。

本实施例所得产品中Mg的含量为94wt％、镁硅二者的含量达到了产物的99.1wt％。

按上述操作后，镁的回收率为99.3％。

对比例1

原料组分和实施例1一致；操作除不加磁场外，其它所有操作及参数完全一致；按上述操作后，本实施例所得产品中Mg的含量为91.6wt％。

对比例2

原料组分和实施例1一致；操作除不加磁场和不从底部进料外(其含镁镍铁渣进料方式为从顶部倾倒)，其它所有操作及参数完全一致；按上述操作后，本实施例所得产品中Mg的含量为91.3wt％。镁的回收率为50％。冷凝后，分析尾料；发现还存大量团聚的碳。

对比例3

原料组分和实施例1一致；操作不从底部进料外(其含镁镍铁渣进料方式为从顶部倾倒、且碳粉的粒度为2mm)，其它所有操作及参数完全一致；按上述操作后，本实施例所得产品中Mg的含量为91.3wt％。镁的回收率为45％。冷凝后，分析尾料；发现还存大量团聚的碳。