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CN102006966A - 金属矿石浓缩物成为铁合金的直接处理 - Google Patents

金属矿石浓缩物成为铁合金的直接处理 Download PDF

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CN102006966A
CN102006966A CN2008801049111A CN200880104911A CN102006966A CN 102006966 A CN102006966 A CN 102006966A CN 2008801049111 A CN2008801049111 A CN 2008801049111A CN 200880104911 A CN200880104911 A CN 200880104911A CN 102006966 A CN102006966 A CN 102006966A
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CN
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iron
mixture
melting furnace
ore concentrates
slag
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Application number
CN2008801049111A
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格伦·E·霍夫曼
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Cardero Resource Corp
Original Assignee
Cardero Resource Corp
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Publication date
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Abstract

一种用于通过直接处理含锰和铬的铁化合物制备液态铁合金的方法，所述方法通过下列步骤：将含碳还原剂、融合剂和粘合剂与材料例如铁砂、金属氧化物、锰铁矿石浓缩物和/或铬铁矿石浓缩物以及硅砂混合，以形成混合物；从所述混合物形成附聚物；将所述附聚物与其它材料一起引入到熔化炉中；在1500至1760℃的温度熔化原料，并且形成炉渣和热金属；移出所述炉渣；和将热金属作为液态铁合金排放。

Description

金属矿石浓缩物成为铁合金的直接处理
发明领域
本发明涉及用于采用使用气体燃烧涡轮的联合循环发电(combinedcycle power generation)概念直接处理含锰、铬铁矿和二氧化硅的化合物(Mn-Fe和Cr-Fe矿石，和二氧化硅)以制备液态铁合金和铁的方法和设备。
发明概述
Mn-Fe矿石、Cr-Fe矿石和二氧化硅被冷压块以形成致密的附聚物，所述致密的附聚物含有含碳材料如煤、石油焦(petcoke)、木炭等，氧化铁(或者已经在矿石中含有的，或者以铁矿石微粉、轧制铁鳞、金属化铁微粉等的形式对混合物单独添加的)，熔剂如石灰、二氧化硅、晶石等，以及粘合剂。在附聚物中存在过量的碳，其不仅与锰、铬和二氧化硅化合物反应，并且还原氧化铁、氧化锰等，使得熔化器内的气氛主要是CO，以及一些来自含碳材料例如煤的挥发的释放的H2。体系中的硫与熔剂添加物(CaO、CaF2、MgO等)自由结合，从而形成含硫液体炉渣。
发明目的
本发明的主要目的是提供一种从普通矿石材料制备硅锰(silicamanganese)、铁锰或铁硅铁合金的方法。
本发明的另一个目的是提供一种从矿石以氧化物的形式回收锰、铬、钒和钛的方法。
附图简述
通过参考下列详细描述和附图，前述和其它的目的将变得更容易显而易见，在所述附图中：
图1是本方法的示意性流程图，其中参考标记是指如以下所指出的项目。
图2是用于操作废气的示意性流程图。
图3是用于处理热金属以形成钒和钛的氧化物的示意性流程图。
图4是以锭料形式回收热金属的示意图。
图5是用于回收钒和钛的氧化物或用于回收再循环用浓缩炉渣的炉渣处理的示意图。
图6是显示用于制备液态铁合金的备选方法的示意性流程图，其中将原料在附聚或不附聚的情况下预热，然后供给到熔化炉。
在附图中，参考标记是指：
10-Mn-Fe、Cr-Fe、SiO2或浓缩物-100％通过10目Tyler标准(TylerStandard)(1.70mm)，优选100％通过100目Tyler标准(Tyler Standard)(150微米)
12-金属铁微粉，和氧化铁微粉-100％小于(minus)25mm，优选100％通过100目
14-制备的还原剂，例如煤、石油焦、木炭等，100％通过25mm，优选100％通过100目Tyler标准(150微米)
16-融合剂-CaO、MgO、CaF2、SiO2、Al2O3等-100％小于25mm
18-粘合剂例如纤维素、膨润土、糖蜜(molasses)、淀粉-有机的或无机的
20-再循环微粉
22-混合机
24-压块机(briquetter)/附聚机(agglomerator)(尺寸8至100cc)
26-水添加(喷射)
28-造粒机-鼓型或盘型
30-筛网-干式或辊筒式
32-半成品球(greenball)干燥器(干燥粒料至1％水分以下)
34-附聚物(块体(briquette))固化/储料斗，或预热器
36-重量体系(weight system)中的进料损失
38-电熔化器，操作温度＞1500C
40-用于液态铁合金的杓(ladle)A和B
42-用于脱硫的炉渣添加物
44-铁锭浇铸器(caster)
46-炉渣杓(C)
48-炉渣处置/骤冷储槽(quench bunker)
50-再循环炉渣
52-废气冷却洗涤器/袋滤器
54-风扇
56-通过燃烧将CO&H2转化成CO2&H2O的组套(stack)
58-高压压缩机(100-350psig)
60-任选气流，硫移除系统，例如Selexol
62-高压气体储蓄槽
64-气体涡轮(出气温度600-700C)
66-发电机
68-废热锅炉交换器
70-高压蒸汽涡轮
72-发电机
74-锅炉闭路水管道
76-泵
78-气体硫移除体系上游的任选冷凝器
80-加压密封室
82-淬火和研磨和静电分离
84-加热器，直接或间接旋转窑类型
详细描述
如图1中所示，将原料引入到混合机22中，输入材料由下列组成：金属铁微粉、氧化铁、锰-铁矿石浓缩物和/或铬-铁矿石浓缩物10，100％通过10目Tyler标准(Tyler Standard)(1.70mm)，优选100％通过100目Tyler标准(150微米)；制备的还原剂14，例如煤、石油焦、木炭，或其它的含碳材料，100％通过25mm，优选100％通过100目Tyler标准(150微米)；造渣剂或融合剂16，例如MgO、CaO、Al2O3、CaF2(萤石)和SiO2，其100％小于25mm；有机或无机粘合剂18，例如纤维素、膨润土、糖蜜或淀粉；再循环微粉20，和所需的水26。
在混合机22中将这些材料混合，然后在压块机/附聚机24中或造粒机28(例如鼓型或盘型造粒机)中形成为附聚物，所述附聚物的形式为具有均匀尺寸的块体或粒料。将附聚物通过分级机(sizer)30筛分，将筛下的材料返回到附聚机24或造粒机28。
备选地，为了将混合物预热到约500至1200C，将还原剂脱挥(devolatizing)和制备向电炉熔化器38的预热进料，可以将离开混合器22的材料D1供给到加热器84。氧化铁的预还原将发生至在约0至90％范围内的水平。如果需要，也可以将附聚材料D2在将材料通过加压密封(pressure seal)37供给到熔化器中之前预热。如所示的，加热器84可以是间接加热的旋转窑或直接烧制窑，并且废气被再循环。根据需要，加热器84可以是有耐火衬里的，或它可以是无衬里的。
将来自造粒机28的筛分的粒料在半成品球干燥器32中干燥至1％以下的含湿量。将附聚物在储料斗34中固化和/或储存，然后通过加压密封进料系统36供给到电熔化器或熔化炉38。对熔化器的进料是通过加压密封室80，如与竖炉一起使用的常规料腿(feed leg)，或通过锁紧阀(lockvalve)。将熔化器废气在冷却器-洗涤器52中处理、冷却和洗涤，在压缩机54中压缩，并且输送到组套56，所述组套56包括用于将一氧化碳和氢气转化成二氧化碳和水蒸汽的燃烧装置。熔化器38通常在稍微的正压力下运行。热金属和炉渣的排放(tapping)以间歇基础进行。
任选地，可以将一种或多种另外的原料通过加压密封引入到熔化器38中，所述另外的原料包括：金属铁微粉和氧化铁微粉12，其100％小于25mm；制备的还原剂14，例如煤、石油焦、木炭或其它含碳材料，100％通过25mm，优选50％通过10目；造渣剂或融合剂16，例如MgO、CaO、Al2O3、CaF2(萤石)和SiO2，其100％小于25mm；和再循环炉渣50。原料在熔化炉38中在1500至1760C的温度熔化，以形成其上具有炉渣的液态铁合金；
如所示的，将液态铁合金从熔化器移出到杓40中，并且可以在锭料浇铸器44浇铸成铁合金锭料。在将热铁合金排放到杓40(A和B)中时，可以将另外的融合剂14加入到热铁合金中。将脱硫炉渣添加物42引入到显示为B的热金属杓中，所述添加物为CaO、MgO、Ca/Mg金属丝或它们的混合物。可以将来自杓A或B的热金属浇铸成锭料。
来自杓C的炉渣可能归因于液态铁合金和炉渣之间的分配效应(partitioning effect)而含有未还原的Mn、Cr、V和Ti的氧化物种。然后可以如图5中所示将该炉渣通过淬火和研磨和静电分离82处理，以回收MnO、Cr2O5、V2O5和TiO2。如果需要的话，然后可以将此浓缩的炉渣50再循环到熔化器，以增加炉渣的所需材料浓度，并且改进回收效率。
还可以通过溶剂萃取技术实现从浓缩的炉渣回收氧化物种MnO、Cr2O5、V2O5和TiO2。
本发明方法的操作参数如下：
                    正常范围                  最大值
铁合金              1500-1600C                1700-1760C
熔化器温度
熔化器废气          500-1500C                 1200-1650C
熔化器废气压力      0-0.2″H2O标准规格(gauge) ＜15″H2O标准规格
气体蓄积器          100-350psig
废气压力
气体涡轮            750-900C                  ＜1000C
组合产物离开温度
离开熔化炉36的废气在冷却器-洗涤器52中清洗。任选地，废气可以被风扇54移动通过在约100至350psig的范围内运行的高压压缩机58，并且将清洗的、压缩的废气用作气体涡轮64中的燃烧燃料，或用于在将附聚物引入到电熔化炉36之前在储料斗/预热器34中预热所述附聚物。气体涡轮64驱动发电机66发电，并且将在离开气体涡轮的废气中包含的可感知的热在废热回收锅炉系统68中回收。为了在较低气体温度下的较好范围处理和热回收效率，废热锅炉系统68蒸汽循环可以是基于使用70％的氨和30％的水的“Kalina”循环。氨/水沸腾在一定温度范围内而非在特定的温度和压力发生。由废热锅炉系统68产生的蒸汽然后用于驱动蒸汽涡轮70和相关发电机72以产生另外的电。本发明的第二目的是补充或产生所有为供应方法和运行设备所需的电，从而在电的方面自给自足。如果熔化器没有产生足够的燃料气，则另外的燃料气，例如天然气，可以用于补充对气体涡轮的燃料气进料。
为了在任选的硫移除系统60中移除硫，可以对来自压缩机54的气体进行处理，这可能需要在硫气体移除系统上游的任选的冷凝器78。
按照需要，附聚物固化或储料斗34可以是预热器，例如轴式(shaft)或容器式预热器(vessel preheater)。在作为预热器使用时，可以如图1中所示使用来自电炉或熔化器38的废气。废气在冷却器-洗涤器52处返回到气体处理系统。
本发明目的的效果概述
从前述内容容易地显而易见的是，本申请人发明了一种从普通矿石材料制备液态铁合金(铁硅、铁锰和硅锰(silicomanganese))的改进方法，以及一种回收炉渣中包含的金属氧化物例如氧化锰、氧化铬、氧化钒和氧化钛的方法。
应当理解，前述描述和具体实施方案仅是对本发明的最佳模式及其原理的示意性说明，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以由本领域技术人员对设备进行各种更改和添加。

Claims (17)

1.一种用于通过直接处理含锰和铬的化合物(Mn-Fe和Cr-Fe矿石)制备液态铁合金的方法，所述方法包括下列步骤：
(a)将下列各项混合：
i.选自包含铁砂、金属氧化物、锰铁矿石浓缩物和/或铬铁矿石浓缩物、硅砂和它们的混合物的组的材料；
ii.含碳还原剂；
iii.融合剂；和
iv.粘合剂，以形成混合物；
(b)从所述混合物形成附聚物；
(c)将所述附聚物引入到熔化炉中；
(d)在1500至1760C的温度熔化原料，并且在其上形成炉渣；
(e)移出所述炉渣；和
(f)将热金属作为热液态铁合金排放。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括保持所述熔化炉内的还原气氛。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括通过提供加压密封来充分防止所有对于所述熔化炉的空气进入。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括保持所述熔化炉内的正压。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在将所述混合物、所述附聚物引入到所述熔化炉之前，预热所述混合物、所述附聚物或所述两者。
6.根据权利要求1所述的方法，其中：
100％的所述铁砂、金属氧化物、锰铁矿石浓缩物和/或铬铁矿石浓缩物和硅砂通过10目Tyler标准(1.70mm)；
100％的所述含碳还原剂小于25mm；和
100％的所述融合剂小于25mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述含碳还原剂选自包含煤、焦炭、石油焦和木炭的组。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述融合剂选自包含CaO、MgO、CaF2、SiO2、Al2O3和它们的混合物的组。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：在所述熔化炉中形成液态铁-硫化铁混合物；从所述熔化炉移出所述液态铁-硫化铁混合物，将所述铁脱硫，和固化得到的铁以用于进一步的用途。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括在所述熔化炉中形成废气，将所述废气清洗和冷却，和利用所述清洗的废气作为燃烧燃料驱动涡轮和发电。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括在所述涡轮中产生废气，从所述涡轮回收所述废气，并且将其中含有的可感知的热以蒸汽的形式在废热锅炉回收系统中回收。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括利用所述蒸汽驱动蒸汽涡轮和相关的发电机以产生另外的电，从而基本上供应所述方法的全部的电需求。
13.一种用于通过直接处理含锰和铬的化合物(Mn-Fe和Cr-Fe矿石)制备液态铁合金的方法，所述方法包括下列步骤：
(a)将下列各项混合：
i.选自包含铁砂、金属氧化物、锰铁矿石浓缩物和/或铬铁矿石浓缩物和硅砂的组的材料；
ii.含碳还原剂；
iii.融合剂；和
iv.粘合剂，以形成混合物；
(b)将所述混合物的至少一部分在加热器中预热到500至1200C的温度；
(c)将所述预热的混合物引入到熔化炉中；
(d)在1500至1760C的温度熔化原料，并且在其上形成炉渣；
(e)移出所述炉渣；和
(f)将热金属作为热液态铁合金排放。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
100％的所述铁砂、金属氧化物、锰铁矿石浓缩物和/或铬铁矿石浓缩物和硅砂通过10目Tyler标准(1.70mm)；
100％的所述含碳还原剂小于25mm；和
100％的所述融合剂小于25mm。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述含碳还原剂选自包含煤、焦炭、石油焦和木炭的组。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述融合剂选自包含CaO、MgO、CaF2、SiO2、Al2O3和它们的混合物的组。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述粘合剂选自包含纤维素、膨润土、糖蜜、淀粉或它们的混合物的组。
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