用於加工矽酸鐵巖石的方法和裝置與流程

2023-11-30 09:44:01 2

本發明涉及用於處理矽酸鐵巖石的方法，其中從矽酸鐵巖石中至少部分地除去至少一種成分。

本發明還涉及用於加工處理過的矽酸鐵巖石的設備。

矽酸鐵巖石目前事實上專用於機械利用。矽酸鐵巖石在銅礦石的熔煉中作為熔渣形成。

矽酸鐵巖石目前例如，澆鑄進入模具，獲得的模製品用於固堤(uferbefestigungverwendet)。矽酸鐵巖石的制粒也是已知的。使用粗大顆粒化的材料，例如，作為鐵路路堤的礫石。較細的顆粒化材料用於噴砂。

以重量百分比計，矽酸鐵巖石基本上由鐵、矽和氧組成。除了鐵含量，矽酸鐵巖石還含有次要元素，例如，銅、鉛、砷、鎳和/或鋅。

在銅礦(主要是黃銅礦)的熔煉中，形成了大量的熔渣。基於含有有價金屬的起始材料的量，銅工業生產600kg的熔渣/t精礦，與鐵和鋼工業相比，其為約三倍量的熔渣。

在世界範圍內，已經進行熔渣淨化，主要目的是增加/最大化銅產量。最終存在兩種方法途徑：

a)火法冶金-在電爐或在燃油/燃氣特尼恩特(teniente)爐中。本文中，通過熔渣/銅冰銅混合物(schlacken/kupfersteingemisches)的相重力分離處理熔融熔渣。焦炭覆蓋物(還原劑)的主要作用是避免熔體與氧氣接觸。

b)溼法冶金-熔渣浮選。在熔渣固化後，進行研磨過程，隨後進行硫化銅顆粒的浮選。形成了精礦，並且可將其再循環至初級過程。

這些方法中的殘餘銅含量為約0.4-0.8％，並且這兩種方法都不是設計用於冶金除去其他雜質。形成的熔渣產物(無論是火法冶金或者溼法冶金)存在一個問題：實際上沒有經濟使用價值，可能的應用沒有附加值。世界範圍生產的銅熔渣的最主要部分(大約1500萬t/a)因此被廢棄。

本發明的目的是改進在開頭部分所提到的類型的方法，從而提供提高的經濟價值。

根據本發明，該目的通過至少部分地除去至少一種不同於鐵的成分，並且通過用處理過的矽酸鐵巖石生產鋼或者生鐵來實現。

本發明的進一步的目的是構造在開頭部分所提到的類型的設備，從而實現提高的經濟價值。

根據本發明，該目的通過下述設備實現，該設備被配置為用於生產生鐵或鋼的設施。

銅熔渣的金屬含量迄今為止尚未利用(非鐵金屬或者鐵含量都尚未利用)。700kt/a的熔渣的量，其對應於280kt/a的鐵含量。熔渣已為液態，因此為了實施該方法，只須使用相對少的額外能量。本發明因此基於從熔渣產物除去非鐵金屬，並使用殘餘熔渣產物(含有氧化物形式的造渣劑si、ca、mg、al和fe)和原料用於生產生鐵或鋼的方法。

該下遊方法使得在加工銅原料時，上遊的方法步驟更加靈活。這些原料在其組成方面的複雜性將會在將來進一步增加，這是由於可用的銅礦沉積物變得更少。除了具有經濟價值的雜質(加工熔爐接受了礦物補償用於具有增大的含量的精礦的加工)，例如as、pb，在鋼工業中，還有其他重要的參數是特別的，例如，zn和鋼汙染物如s和p。另外，銅產量自然是關鍵的。本發明最新發展的方法涵蓋了這些挑戰，並尋求「零廢物冶金」的目的，即在生產方法中形成的所有產物都被進一步加工。

下文給出實施本發明的矽酸鐵巖石處理的關鍵方法步驟的關鍵描述。

方法描述

起始材料：

●矽酸鐵巖石，鐵橄欖石-(來自初級銅生產的cu熔渣)

●還原劑(固體-焦炭，煤；氣體-co、h2、fe)

●捕收劑金屬(cu、fe)

●電能

●天然氣或天然氣分解產物

●空氣/氧氣

●來自銅和鋼工業的循環產物(即浮渣、一氧化鉛、飛塵、黃渣、金屬相)或熔渣

工藝溫度：

●1300-1600℃(迄今為止最佳的工藝溫度為1400℃)

設備：

●電爐(矩形、處理區、安定區(ruhezone)，分接頭配置為溢出，通過通道系統輸入，通過底部吹氣(bodensplüung)引入氣體)

●帶有底部吹氣的封閉aod轉爐。

工藝操作：

●非連續

●連續(優選的，但是是否實際上可實施取決於進一步的研究)

●多階段-必須！

能量引入：

●電爐→電(可以設定非常低的氧電位)

●aod轉爐→氣體燃燒(需要亞化學當量燃燒(□＜1；優選為0.8-0.9)；不利地-與電爐相比，氧電位提高)

停留時間：

●沒有最終確定；約2-6小時

產物：

●熔渣產物-鐵橄欖石產物、磁鐵礦產物

●飛塵

●金屬合金

附圖中示意性描述了本發明的示例性的實施方案。附圖顯示了：

圖1：方法的示意性流程圖；

圖2：是顯示起始材料的規格的表；

圖3：是顯示來自方法的熔渣產物的規格的表。

圖1示出了用於實施各個方法步驟的示意圖。具體地，描述了在矽酸鐵巖石的深度還原中的方法次序，用於提供鐵橄欖石或磁鐵礦產物作為用於鐵和鋼工業中的原料。

由初級銅方法得到的熔渣優選地以液態形式引入到深度還原方法中。液體熔渣優選地具有1200℃至1350℃範圍的溫度。典型地約1260℃的溫度值。

可替換地，也設想通過本發明方法處理熔渣堆。然而，與液體熔渣的加工相比，這包括了較高的能量消耗，因為首先要熔化固體材料。起始材料的典型分析在圖2的表中示出。

本發明的目的是通過選擇性還原使更多的有價貴金屬與鐵分離。鐵保留，與矽和/或氧結合作為鐵橄欖石(fe2sio4)或磁鐵礦產物(fe3o4)，用於進一步在鐵和鋼工業中用作為起始材料。該產物含有其他的ca、mg或cr的氧化物作為雜質。產物的規格在圖3的表中示出。

在加熱到1400℃的優選的加工溫度期間，存在的殘餘硫必須通過引入氧而從系統中除去，從而在隨後的還原期間能夠有效地實施還原。基於熔渣的量，通過添加不超過7％的固體碳覆蓋熔池，避免熔池進一步與氧氣接觸。應該設定工藝氣氛的co/co2比例，從而不超過10-12atm的氧電位。在該相中，熔渣的揮發性組分蒸發並與尾氣一起離開工藝。在尾氣處理的過程中，這些成分以其氧化物的形式作為飛塵獲得。獲得的飛塵的組成為約40-60％的zn、10-20％的pb和＜10％的as，並可以用作鋅生產的原料，例如在軋制方法中。在本文示出的具有700000t的年噸位的實施例中，預計約20000t的飛塵的量。

該方法步驟之後的銅含量仍為約0.2-0.3％的cu。為了選擇性地分離銅和鐵，通過設置在底部的吹氣塊(spülsteine)引入一氧化碳作為還原劑。與利用噴槍進行吹氣相比，底部吹氣的優點為需要顯著更低的氣體速率。這導致了在熔渣、金屬和氣相之間的劇烈混合。根據反應式cu2o+co→2cu+co2，在氣/熔渣相界面處發生還原。形成的金屬液滴非常細(最大20μm)，並且必須通過密度分離在安定區域中從熔渣相中分離出來。

基於進一步的加工流程，熔渣產物的礦物學可以與各用途相匹配。如果產物為例如直接用於高爐中，獲得鐵橄欖石相是令人滿意的。為了通過高爐加料器引入，必需在燒結設備中進行預處理。對此，鐵橄欖石的熔化範圍(約1180℃)過低，這將會在加工中導致問題。因此需要設定最終產物中的磁鐵礦的含量。該比例可以根據客戶的需要通過添加限定量的氧來調整。氧不僅可以以氧氣的形式添加，而且還可以以中間體的形式添加，所述中間體用作氧供體，例如來自鋼工業的fe2o3粉塵。