一種轉(zhuǎn)底爐直接還原-電爐熔分綜合利用硼鐵礦的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種轉(zhuǎn)底爐直接還原-電爐熔分綜合利用硼鐵礦的方法，屬于煉鐵和資源綜合利用領(lǐng)域。涉及硼鐵礦中硼和鐵分離、富集的方法，用于硼鐵礦的開發(fā)利用。其特征在于利用硼鐵礦礦粉、碳質(zhì)還原劑、粘結(jié)劑為原料，經(jīng)過配料、混勻、造塊、轉(zhuǎn)底爐還原、電爐熔分等工序制得液態(tài)生鐵（或半鋼）和B2O3含量為10～22%的高質(zhì)量富硼渣。生產(chǎn)出的液態(tài)生鐵（或半鋼）可以作為煉鋼的原料，富硼渣可以代替硼鎂石礦來生產(chǎn)硼酸或硼砂，從而可以充分利用硼資源和鐵資源，實(shí)現(xiàn)硼鐵礦的綜合利用。此方法工藝簡單、流程短、硼鐵分離徹底、效率高，分離所得產(chǎn)品可以同時(shí)滿足硼工業(yè)和鋼鐵工業(yè)的需求，具有較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】—種轉(zhuǎn)底爐直接還原-電爐熔分綜合利用硼鐵礦的方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于化工、冶金、資源綜合利用領(lǐng)域，涉及轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原-電爐熔分綜合利用硼鐵礦的方法，用于硼鐵礦的開發(fā)利用。
【背景技術(shù)】
[0003]硼在化工、醫(yī)藥、輕工、紡織、電子、冶金、建材、國防軍工、尖端科學(xué)、農(nóng)業(yè)等部門廣泛使用。自1956年以來，我國硼工業(yè)主要以硼鎂石礦(俗稱“白硼礦”)為主要原料，目前該種礦石已接近枯竭，60%以上依賴進(jìn)口。位于遼-吉地區(qū)的硼鐵礦(俗稱“黑硼礦”)是我國已探明的大型硼鎂鐵共生礦床，鐵礦儲(chǔ)量2.83億t，硼礦儲(chǔ)量(以B2O3計(jì))2185萬t，硼礦資源占我國內(nèi)地硼礦總儲(chǔ)量的58%，是硼鎂石礦重要的替代資源。因此，立足本國實(shí)際，充分利用我國復(fù)合硼鐵礦資源顯得尤為重要。
[0004]目前公開的硼鐵礦綜合利用工藝主要包括濕法分離工藝、選礦分離工藝、火法分離工藝、做燒結(jié)球團(tuán)的添加劑、制備Fe-S1-B母合金等。
[0005]發(fā)明名稱為“硫酸分解硼鎂鐵礦綜合利用工藝”的中國專利(申請?zhí)?95110090.4)，公開了一種用硫酸分解硼鎂鐵礦直接制取高收率硼酸和高質(zhì)量一水硫酸鎂的工藝技術(shù)，對(duì)于低至10%B203含量的硼礦，硼收率仍可達(dá)82%。又如發(fā)明名稱為“硼鐵礦中硼、鎂、鐵的分離方法”的中國專利(申請?zhí)?200510129367.4)，公開了一種用無機(jī)酸將硼鎂鐵礦粉分解完全并堆至室溫后置于硼鎂飽和液中分離制取鐵精礦粉、硼酸和一水硫酸鎂的方法。但是濕法工藝耗 酸量比較大，既腐蝕設(shè)備，又增加了成本，降低了經(jīng)濟(jì)效益，且殘?jiān)写嬖诖罅康乃岣x子，用于高爐冶煉容易造成環(huán)境污染。
[0006]發(fā)明名稱為“硼鐵礦磁一重選分離綜合利用的方法”的中國專利(申請?zhí)?02109097.1),公開了一種采用階段磨礦、階段磁選、磁選-重選聯(lián)合選礦工藝對(duì)硼鐵礦中硼和鐵進(jìn)行分離，從硼鐵礦中生產(chǎn)硼精礦和含硼鐵精礦的方法。又如發(fā)明名稱為“一種硼鐵礦選礦方法”的中國專利(申請?zhí)?200510046824.3)，公開了一種采用細(xì)磨-陽離子正浮選硼鎂石-磁選聯(lián)合工藝生產(chǎn)硼精礦和鐵精礦的方法。但是選礦工藝流程較長且復(fù)雜，礦石需要細(xì)磨，電耗很高，又容易造成泥化，即使磨至很細(xì)也難以達(dá)到硼與鐵的完全分離。
[0007]發(fā)明名稱為“硼鎂鐵礦的綜合利用”的中國專利(申請?zhí)?89105056.6)，公開了一種以高爐為主要設(shè)備、以硼鎂鐵礦塊礦或其制取的燒結(jié)礦、球團(tuán)礦為原料進(jìn)行冶煉，實(shí)現(xiàn)鐵、硼熔態(tài)分離，制取含硼鐵水和富硼渣的方法，生產(chǎn)出的鐵水可作鑄鐵或直接煉鋼，另外一種產(chǎn)品富硼渣可以當(dāng)硼鎂礦使用。但是該方法能耗較高，且需要用昂貴的冶金焦作還原劑，同時(shí)高爐爐襯侵蝕嚴(yán)重，更重要的是富硼渣中B2O3活性低，不能滿足碳?jí)A法生產(chǎn)硼砂的要求。又如發(fā)明名稱為“一種低品位硼鐵礦中鐵和硼的富集方法”的中國專利(申請?zhí)?200710178150.1 )，公開了一種利用低品位硼鐵礦經(jīng)過焙燒、粉碎、磨礦、配加固體還原劑、焙燒、磁選制得含B20312~15%的硼精粉和鐵品位在60~90%的鐵精粉的方法。但是該方法產(chǎn)率較低，硼鐵分離不是十分徹底，硼精粉中B2O3的品位較低，不適用于含B2O3較高的硼礦的硼鐵分離。再如，發(fā)明名稱為“硼鎂鐵礦直接制取硼鐵的方法”的中國專利(申請?zhí)?87101579)，公開了一種以電爐為主要設(shè)備制取硼鐵方法，該方法以硼鎂鐵礦、焦炭、鋁、螢石等為原料，經(jīng)過原料處理、混合配料、裝爐冶煉、爐渣處理、出鐵等工序制得符合國家標(biāo)準(zhǔn)的硼鐵合金，該方法工藝流程短、投資少見效快、成產(chǎn)成本低。但是，該方法硼的利用形式單一，受原料中鐵、硼元素含量的影響，硼鐵合金中硼元素含量可調(diào)范圍較窄。
[0008]發(fā)明名稱為“硼鎂礦及富硼渣直接冶煉鐵基非晶母合金的方法”的中國專利(申請?zhí)?94110021.9)，公開了一種以硼鎂礦、富硼渣或直接還原硼鐵礦為原料，焦炭、無煙煤或硅鐵做還原劑，將原料、還原劑、廢鋼按比例混合，通過電極中心孔用氬氣將混合料帶至直流等離子爐的電弧區(qū)熔化，完成碳-硅復(fù)合熱還原，最后向爐內(nèi)加入石灰和螢石化渣，渣鐵混出，分離渣鐵，制得鐵基非晶母合金。該方法工藝簡單、冶煉操作靈活，開停方便，硼的收得率高，成產(chǎn)成本低，但是，硼的利用形式單一，生產(chǎn)規(guī)模小，不適用于硼鐵礦的大規(guī)模開發(fā)利用。
[0009]發(fā)明名稱為“一種運(yùn)用轉(zhuǎn)底爐珠鐵工藝綜合利用硼鐵礦的方法”的中國專利(申請?zhí)?201110066165.5)，公開了一種以硼鐵礦和碳質(zhì)還原劑為原料，采用轉(zhuǎn)底爐高溫熔融還原法一步實(shí)現(xiàn)硼鐵分離，得到含硼珠鐵和富硼渣，工藝流程短、操作靈活簡單、硼鐵分離較徹底、富硼渣含硼品位高。但是該工藝需要高溫操作，對(duì)轉(zhuǎn)底爐設(shè)備和制造水平要求較高，出料比較復(fù)雜，而且對(duì)硼鐵礦中B203、SiO2的含量有一定的要求，否則難以實(shí)現(xiàn)渣鐵分離，進(jìn)而阻礙了其在低品位硼鐵礦中的應(yīng)用。
[0010]李壯年等在第七屆(2009年)中國鋼鐵年會(huì)上闡述了 “硼鐵礦直接還原一電爐熔分新工藝”，該工藝的基本內(nèi)容是:在通過磁-重聯(lián)合選礦實(shí)現(xiàn)硼鐵礦初步物理分離，得到硼鐵精礦和硼精礦的基礎(chǔ)上，通過選擇行還原熔分實(shí)現(xiàn)硼鐵精礦中硼鐵的二次分離，得到含硼生鐵或半鋼以及高活性富硼渣。生鐵中含B0.24~0.72%，富硼渣中含B20320%以上，活性在76~86%之間。該工藝以硼鐵精礦的選擇性還原為中心內(nèi)容，他提出的硼鐵精礦的還原工藝有:隧道窯、回轉(zhuǎn)窯、和氣基豎爐三種。隧道窯法是一種煤基直接還原技術(shù)，占我國直接還原鐵生產(chǎn)的較大比例。隧道窯法雖然具有投資省、工藝成熟、易于掌握等特點(diǎn)，但其能耗高(還原煤粉500~650kg/1 ? DRI，加熱用煤450~550 kg/t ? DRI，約為回轉(zhuǎn)窯法的1.5~2.0倍)、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、耐火材料消耗高(150~300kg/t)、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重(還原煤灰、廢還原罐等廢棄物多)、生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)周期長(48~76小時(shí))。近年來由于進(jìn)行技術(shù)改造和單機(jī)產(chǎn)能達(dá)10~20萬噸/年的大型煤氣隧道窯的出現(xiàn)，使得隧道窯直接還原法繼續(xù)發(fā)展，但投資成本越來越高。直接還原回轉(zhuǎn)窯是世界煤基直接還原鐵采用的主流工藝，出窯產(chǎn)品經(jīng)磁選后提高了鐵品位，技術(shù)成熟，單機(jī)生產(chǎn)能力、能耗、產(chǎn)品質(zhì)量等方面均有一定的優(yōu)勢。適合于我國的資源條件和技術(shù)水平，性價(jià)比較高，尤其是一步法回轉(zhuǎn)窯技術(shù)，是我國煤基直接還原的主導(dǎo)技術(shù)。但是也有其固有的缺點(diǎn):料在窯中隨窯體轉(zhuǎn)動(dòng)而滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，易被粉碎，產(chǎn)生的粉末和煤灰粘在一起而形成“結(jié)圈”，從而損壞爐襯，形成操作事故，使作業(yè)率下降；受“結(jié)圈”影響，還原溫度偏低，一般最高110(TC左右，影響反應(yīng)速度；對(duì)煤種有特定要求，灰熔點(diǎn)必須高于1280°C，否則就要結(jié)圈。此外，該工藝流程長、機(jī)械設(shè)備多、單位產(chǎn)量投資高、運(yùn)行費(fèi)用高、能耗也比較高(實(shí)物煤的消耗約950 kg/t (DRI))、生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定難度大。煤制氣-豎爐工藝，以煤為能源，且豎爐生產(chǎn)能力大、工藝成熟，可以作為我國煤基直接還原的發(fā)展放向。近年來，我國眾多的鋼鐵、化工工作者，對(duì)煤制氣-豎爐直接還原鐵生產(chǎn)進(jìn)行了大量調(diào)查、研究工作，取得了大量的數(shù)據(jù)，為我國采用煤制氣-豎爐直接還原技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。但是煤制氣工藝的選擇、制氣用還原劑的選擇、造出的還原氣質(zhì)量、含鐵原料的選擇、制氣副產(chǎn)物的綜合利用、煤制氣與豎爐的銜接、煤氣壓力與豎爐壓力的銜接及相關(guān)裝備等問題還有待進(jìn)一步深入研究和探討，因此尚無成功實(shí)施的范例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于找到一種技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的硼鐵礦綜合利用方法，打通低品位硼鐵礦綜合利用的流程，從而充分利用我國硼資源和鐵資源。本發(fā)明的特征在于以轉(zhuǎn)底爐為主要設(shè)備，利用硼鐵礦礦粉或選別后的含硼鐵精礦粉、碳質(zhì)還原劑和粘結(jié)劑為原料，經(jīng)過配料、混勻、造塊、轉(zhuǎn)底爐還原、電爐熔分等工序制得液態(tài)生鐵(或半鋼)和B2O3含量為10~22%的高品位富硼渣。
[0012]本項(xiàng)發(fā)明以轉(zhuǎn)底爐和電爐為主要設(shè)備，輔助設(shè)備包括上料系統(tǒng)、料倉、電子皮帶秤、混料機(jī)、造球機(jī)、烘干機(jī)、出料機(jī)和皮帶輸送設(shè)備。
[0013]本發(fā)明是一種轉(zhuǎn)底爐直接還原-電爐熔分綜合利用硼鐵礦的方法，利用硼鐵礦礦粉、碳質(zhì)還原劑和粘結(jié)劑為原料，經(jīng)過配料、混勻、造塊、轉(zhuǎn)底爐還原、電爐熔分工序制得液態(tài)生鐵和富硼渣；
主要生產(chǎn)工藝流程為:
(1)將硼鐵礦礦粉、碳質(zhì)還原劑以及粘結(jié)劑用混料機(jī)混勻，其中還原劑的配入量為硼鐵礦量的15~25%、粘結(jié)劑的配入量為硼鐵礦量的2~5%，混合料的總水分為7~10%，經(jīng)混料機(jī)混勻后制成含碳球團(tuán)，烘干備用； (2)將烘干后的球團(tuán)單層布在轉(zhuǎn)底爐的爐底耐火材料上，事先在爐底上鋪一層3~5mm厚的碳質(zhì)或耐火材料粉末,含碳球團(tuán)在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)經(jīng)加熱還原制得金屬化球,還原溫度為1200~1350°C，還原時(shí)間為15~40分鐘，球團(tuán)的金屬化率達(dá)到80~95% ；
(3)將金屬化球團(tuán)用出料器排出，配入0~5%的焦炭，經(jīng)冷卻或直接熱裝入熔分設(shè)備，制得液態(tài)生鐵或半鋼和B2O3含量為10~22%的富硼渣兩種產(chǎn)品，液態(tài)生鐵用來煉鋼，富硼渣經(jīng)過緩冷處理以提高活性，用來生產(chǎn)硼砂或硼酸。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)選方案是所述的硼鐵礦礦粉B2O3含量3~8%，全鐵含量30~55%，粒度80%以上小于150目。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)選方案是:所用的碳質(zhì)還原劑為無煙煤、煙煤、褐煤、石油焦、半焦或焦粉，粒度100%小于Imm,所用的造球設(shè)備為對(duì)棍壓球機(jī)或圓盤造球機(jī)。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)選方案是:所用的還原設(shè)備為環(huán)形轉(zhuǎn)底爐，還原溫度為1200~1350°C，還原時(shí)間為15~40分鐘，球團(tuán)的金屬化率達(dá)到80~95%。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)選方案是:所用的熔分設(shè)備為電弧爐、礦熱爐或電渣爐，所得的最終產(chǎn)品為液態(tài)生鐵或半鋼，以及B2O3含量為10~22%的富硼渣。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明工藝流程短、操作簡單、溫度可控性強(qiáng)、反應(yīng)速度快、生產(chǎn)效率高、硼鐵分離徹底、成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，此外，對(duì)生球強(qiáng)度要求不高、原料和能源的靈活性大、環(huán)境友好。所采用的預(yù)還原工藝即轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原技術(shù)是煉鐵領(lǐng)域的前沿技術(shù)，在國內(nèi)外均有較好的發(fā)展趨勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明工藝的原則流程。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1
按照圖1所示的工藝流程，將某含B2033.26%的硼鐵礦礦粉、重量為硼鐵礦重量20%的煤粉、重量為硼鐵礦和煤粉重量總和2%的粘結(jié)劑經(jīng)過皮帶輸送至混料機(jī)混勻，并調(diào)節(jié)混勻料水分至7%。將混合好的混勻料經(jīng)皮帶輸送至對(duì)輥壓球機(jī)制成含碳球團(tuán)，壓力為15MPa，球團(tuán)尺寸為40X 30X 20mm枕狀橢球。生球經(jīng)干燥后單層鋪在轉(zhuǎn)底爐的碳質(zhì)耐火材料上，事先在碳質(zhì)耐火材料上鋪一層3~5mm厚的碳質(zhì)或耐火材料粉末。轉(zhuǎn)底爐內(nèi)的溫度為1200^1300°C，球團(tuán)在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)的停留時(shí)間為15~25分鐘，金屬化率達(dá)到90%左右，然后由螺旋出料機(jī)排出，金屬化球團(tuán)直接送入鎂質(zhì)爐襯電爐熔分，熔分溫度1550°C，時(shí)間40min，得到液態(tài)生鐵和富硼渣。所采用的硼鐵礦以及熔分所得的液態(tài)生鐵和富硼渣的成分分別如表
1、2、3所示。
[0021]表1硼鐵礦(低硼)化學(xué)成分
【權(quán)利要求】
1.一種轉(zhuǎn)底爐直接還原-電爐熔分綜合利用硼鐵礦的方法，其特征在于利用硼鐵礦礦粉、碳質(zhì)還原劑和粘結(jié)劑為原料，經(jīng)過配料、混勻、造塊、轉(zhuǎn)底爐還原、電爐熔分工序制得液態(tài)生鐵和富硼渣； 主要生產(chǎn)工藝流程為: (1)將硼鐵礦礦粉、碳質(zhì)還原劑以及粘結(jié)劑用混料機(jī)混勻，其中還原劑的配入量為硼鐵礦量的15~25%、粘結(jié)劑的配入量為硼鐵礦量的2~5%，混合料的總水分為7~10%，經(jīng)混料機(jī)混勻后制成含碳球團(tuán)，烘干備用； (2)將烘干后的球團(tuán)單層布在轉(zhuǎn)底爐的爐底耐火材料上，事先在爐底上鋪一層3~5mm厚的碳質(zhì)或耐火材料粉末,含碳球團(tuán)在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)經(jīng)加熱還原制得金屬化球,還原溫度為1200~1350°C，還原時(shí)間為15~40分鐘，球團(tuán)的金屬化率達(dá)到80~95% ； (3)將金屬化球團(tuán)用出料器排出，配入0~5%的焦炭，經(jīng)冷卻或直接熱裝入熔分設(shè)備，制得液態(tài)生鐵或半鋼和B2O3含量為10~22%的富硼渣兩種產(chǎn)品，液態(tài)生鐵用來煉鋼，富硼渣經(jīng)過緩冷處理以提高活性，用來生產(chǎn)硼砂或硼酸。
2.如權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)底爐直接還原-電爐熔分綜合利用硼鐵礦的方法，其特征在于:所述的硼鐵礦礦粉B2O3含量3~8%，全鐵含量30~55%，粒度80%以上小于150目。
3.如權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)底爐直接還原-電爐熔分綜合利用硼鐵礦的方法，其特征在于:所用的碳質(zhì)還原劑為無煙煤、煙煤、褐煤、石油焦、半焦或焦粉，粒度100%小于1mm，所用的造球設(shè)備為對(duì)輥壓球機(jī)或圓盤造球機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)底爐直接還原-電爐熔分綜合利用硼鐵礦的方法，其特征在于:所用的還原設(shè)備為環(huán)形轉(zhuǎn)底爐，還原溫度為1200~1350°C，還原時(shí)間為15~40分鐘，球團(tuán)的金屬化率達(dá)到80~95%。`
5.如權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)底爐直接還原-電爐熔分綜合利用硼鐵礦的方法，其特征在于:所用的熔分設(shè)備為電弧爐、礦熱爐或電渣爐，所得的最終產(chǎn)品為液態(tài)生鐵或半鋼，以及B2O3含量為10~22%的富硼渣。
【文檔編號(hào)】C01B35/02GK103602773SQ201310616734
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】王靜松, 王廣, 薛慶國, 佘雪峰, 寧曉宇, 郁新蕓 申請人:北京科技大學(xué)