一種直接還原過程中脫砷的方法
2023-05-01 17:56:46 1
一種直接還原過程中脫砷的方法
【專利摘要】本發明公開了一種直接還原過程中脫砷的方法，該方法包括將含砷物料研磨後加入還原劑以及粘結劑混勻、造球，將造好的球團進行烘乾處理，並置於還原爐內，通過控制反應溫度及爐內氣氛，進行直接還原反應，脫砷的同時有價金屬也被直接還原。此種方法能夠同時實現脫砷及有價金屬的還原處理。
【專利說明】一種直接還原過程中脫砷的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種直接還原過程中脫砷的方法，更具體地說，涉及一種直接還原過程中脫砷並同時將有價金屬直接還原的方法。
【背景技術】
[0002]鋼鐵冶金生產中，砷是鋼中一種常見的有害殘餘元素，其主要來源於鐵礦石、鐵合金和廢鋼。砷易在鋼的晶界處偏聚，會引起成分嚴重偏析，破壞金屬基體的連續性；在熱加工時會使鋼材產生表面「熱脆」裂紋等缺陷；鋼的延伸率、斷面收縮率及衝擊韌性降低，並使鋼的焊接性能變差。
[0003]有色冶金生產中，砷也是一種極為有害的元素，除少數冶煉廠以三氧化砷產品形式回收部分砷以外，其餘的廠都作為含砷物料堆存或者作為三廢排放。這不僅影響有色金屬的回收，造成資源浪費，而且使得生產勞動條件惡化，作業複雜化，對人體的毒害以及對環境的汙染都十分嚴重。
[0004]因此，需要進行脫砷處理。對含砷物料的脫砷研究主要集中在焙燒、燒結過程中脫砷以及溼法脫砷，而在直接還原過程中，本領域還沒有能夠有效地進行脫砷的方法。
[0005]另外，在冶金生產過程中，為了避免資源浪費，還需要儘可能地回收含砷物料中同時包含的有價金屬。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供一種直接還原過程中脫砷以及同時還原含砷物料中有價金屬的方法。
[0007]為實現上述目的，本發明採用如下技術方案:
[0008]根據本發明的一種直接還原過程中脫砷的方法，所述方法包括以下步驟:(I)造球:對含砷物料進行研磨，加入還原劑以及粘結劑混勻、造球；(2)烘乾:對造球步驟所得的球團進行烘乾處理；(3)直接還原:將造球步驟所得的球團置於還原爐內加熱至9500C -1250°C，保溫0.5小時-6小時，控制爐內氣氛，進行直接還原反應；其中，造球步驟中所得球團直徑為lcm-2cm。
[0009]根據本發明的一方面，在直接還原的步驟中，在脫砷同時，將含砷物料中的有價金屬直接還原。
[0010]根據本發明的一方面，該方法中含砷物料為含砷鐵礦、含砷銅渣、含砷鎳渣、含砷錳渣、含砷鈦渣中的至少一種。
[0011]根據本發明的一方面，該方法中還原劑為固態還原劑，還原劑的加入量的重量是含砷物料重量的10%_30%。
[0012]根據本發明的一方面，該方法中固態還原劑為焦粉、煤粉、石油焦、浙青中的至少一種。
[0013]根據本發明的一方面，該方法中，根據含砷物料，控制爐內氣氛為氧化性或還原性。
[0014]根據本發明的一方面，當含砷物料包含FeAsO4或As2O5時，將爐內氣氛控制為還原性，當含砷物料包含FeAsS時，將爐內氣氛控制為氧化性。
[0015]根據本發明的一方面，利用N2-CO氣體將爐內氣氛控制為還原性，利用N2-O2氣體將爐內氣氛控制為氧化性。
[0016]根據本發明，可以同時實現含砷物料的脫砷及有價金屬的直接還原。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是根據本發明實施例的直接還原過程中脫砷的方法的示意性流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面對照附圖對本發明同時實現脫砷及有價金屬的直接還原進行舉例說明。
[0019]根據本發明的一種直接還原過程中脫砷的方法包括以下步驟:
[0020](1)造球:對含砷物料進行研磨，加入還原劑以及粘結劑混勻、造球；(2)烘乾:對造球步驟所得的球團進行烘乾處理；(3)直接還原:將造球步驟所得的球團置於還原爐內加熱至950°C -1250°C，保溫0.5小時-6小時，控制爐內氣氛，進行直接還原反應；其中，造球步驟中所得球團直徑為lcm_2cm。
[0021]在步驟(1)中,球團直徑大約為lcm-2cm,如果球團直徑小於Icm或大於2cm,則含砷物料與還原劑接觸不充分，導致脫砷反應不完全。
[0022]在步驟(3)中，球團的反應溫度範圍為950°C _1250°C，如果含砷物料、還原劑和粘結劑的球團被加熱到的溫度和/或保溫溫度低於950°C，則不進行還原反應或反應不完全，若含砷物料、還原劑和粘結劑的球團被加熱到的溫度和/或保溫溫度高於1250°C，則造成能源的浪費。
[0023]在步驟(3)中，球團在還原爐內的保溫時間為0.5小時-6小時，若保溫時間低於
0.5小時，則不進行還原反應或反應不完全，導致砷脫除率偏低，若保溫時間高於6小時，則會造成能源的浪費。
[0024]在直接還原的過程中，在脫砷同時，可以將含砷物料中的有價金屬直接還原。
[0025]根據本發明的一方面，該方法中含砷物料為含砷鐵礦、含砷銅渣、含砷鎳渣、含砷錳渣、含砷鈦渣中的至少一種。根據含砷物料，控制爐內氣氛為氧化性或還原性。
[0026]根據本發明，含砷物料中的砷最終以氣體形式存在，砷存在多個價態，含砷物料中As的存在形式不同，經直接還原後，As的存在形式也會出現差別，如As4O6氣體或As蒸汽。因此，經直接還原後，氣體形式的As與固態或液態的直接還原產物分開，從而實現脫砷的目的。
[0027]當含砷物料為高砷鐵礦石時，As以FeAsO4形式存在，As為正五價，通入還原性氣氛，從而發生還原反應，將高價態的砷還原為正三價砷，生成As4O6 ;當含砷物料為低砷鐵礦石時，As以FeAsS形式存在，將爐內氣氛控制為氧化性氣氛，發生氧化反應，生成As4O6 ;當含砷物料為銅渣時，As以As2O5形式存在，將爐內氣氛控制為還原性氣氛，發生還原反應，生成As單質。例如，可以利用N2-CO氣體將爐內氣氛控制為還原性，可以利用N2-O2氣體將爐內氣氛控制為氧化性。最後，利用尾氣處理裝置對含砷尾氣進行回收處理。[0028]含砷物料中的有價金屬在固態還原劑(例如焦粉、煤粉、石油焦、浙青中的至少一種)的還原作用下，從高價態還原到單質態，最終實現了有價金屬的回收利用。其中，還原劑的加入量的重量可以是含砷物料重量的10%-30%。
[0029]在造球的步驟中，可使用的粘結劑為水玻璃、糖漿、粘土、浙青等，其中，粘結劑加入的量的重量可以是含砷物料重量的5~10%。
[0030]下面結合附圖對根據本發明的一種直接還原過程中脫砷的方法進行舉例說明。
[0031]示例 I
[0032]含砷物料為高砷鐵礦石，TFe的重量百分比為46.70%, As的重量百分比為0.52%，其中As以FeAsO4形式存在。將其研磨製粉，選取100目以下高砷鐵礦粉100g，配入20g煤粉混勻，加入8%粘結劑造球,含碳球團直徑為lcm-2cm,將造好的球團置於200°C烘箱裡,乾燥4h以保證絕大部分游離水的脫除。乾燥的含碳球團可放入還原爐內隨爐升溫到850°C，亦可在還原爐到達設定溫度850°C後放入，在將球團放入還原爐內的同時通入隊-CO氣體以控制爐內的氣氛為還原性氣氛，打開尾氣處理裝置以處理還原爐內排出的尾氣。在850°C還原2h後取出直接還原後的金屬化球團，水冷至常溫，再放入200°C烘箱裡乾燥4h後取樣分析。
[0033]其中，脫砷機理為:
[0034]4FeAs04 (s) +4C0 (g) =2Fe203 (s) +4C02 (g) +As4O6 (g)(I)
[0035]其中，鐵直接還原機理為:
[0036]3Fe203 (s)+CO ( s) =CO2 (g)+2Fe304 (s)...(2)
[0037]Fe3O4 (s)+CO (s) =CO2 (g)+3Fe0 (s)(3)
[0038]FeO (s)+CO (g) =CO2 (g)+Fe (s)......(4)
[0039]CO2 (g) +C(s)=2C0(g)……(5)
[0040]其中，反應(5)中的C為煤粉。
[0041]金屬化球團的分析結果為:金屬鐵重量百分比為46%,砷重量百分比為0.012%。依此計算得到的球團鐵金屬化率為98.52%，砷脫除率為97.69%。
[0042]示例 2
[0043]含砷物料為低砷鐵礦石，TFe的重量百分比為61.78%，As的重量百分比為0.066%,其中As以FeAsS形式存在。將其研磨製粉，選取100目以下低砷鐵礦粉100g，配入20g焦粉混勻，加入8%粘結劑造球,含碳球團直徑為lcm-2cm,將造好的球團置於200°C烘箱裡,乾燥4h以保證絕大部分游離水的脫除。乾燥的含碳球團可放入還原爐內隨爐升溫到1000°C，亦可在還原爐到達設定溫度1000°C後放入，在將球團放入還原爐內的同時通AN2-O2氣體以控制爐內的氣氛為氧化性氣氛，打開尾氣處理裝置以處理還原爐內排出的尾氣。在1000°C還原3h後取出直接還原後的金屬化球團，水冷至常溫，再放入200°C烘箱裡乾燥4h後取樣分析。
[0044]其中，脫砷機理為:
[0045]4FeAsS (s) +IOO2 (g) =2Fe203 (s) +As4O6 (g) +4S02 (g)...(6)
[0046]鐵直接還原機理如示例I中步驟(2) - (5)所示。
[0047]其中，在本例中，反應(5)中C為焦粉。
[0048]金屬化球團的分析結果為:金屬鐵重量百分比為58.89%，砷重量百分比為0.006%。依此計算得到的球團鐵金屬化率為95.32%，砷脫除率為90.9%。
[0049]示例3
[0050]含砷物料為含砷銅渣，其中TFe重量百分比為36.10%, Cu重量百分比為0.68%，As含量為0.14%，其中Cu以CuO形式存在，Fe以Fe2O3形式存在，As以As2O5形式存在。將其研磨，選取100目以下含砷銅渣粉100g，添加30g石油焦，加入8%粘結劑混勻後造球，含碳球團直徑為lcm-2cm，將造好的球團置於200°C烘箱裡，乾燥4h以保證絕大部分游離水的脫除。乾燥的含碳球團可放入還原爐內隨爐升溫到1250°C，亦可在還原爐到達設定溫度1250°C後放入，在將球團放入還原爐內的同時通入隊-CO氣體以控制爐內的氣氛為還原性氣氛，打開尾氣處理裝置以處理還原爐內排出的尾氣。在1250°C還原4h後取出直接還原後的金屬化球團，水冷至常溫，再放入200°C烘箱裡乾燥4h後取樣分析。
[0051]其中，脫砷機理為:
[0052]As2O5 (s) +5C0 (g) =2As (g) +5C02 (g)......(7)
[0053]其中，銅直接還原機理為:
[0054]CuO (s) +CO (g) =Cu (s) +CO2 (g)(8)
[0055]C(s)+C02(g) =2C0(g)……(9)
[0056]其中，鐵直接還原機理如示例I中步驟(2) - (5)所示。 [0057]其中，在本例中，反應(5)以及反應(9)中C為石油焦。
[0058]金屬化球團分析結果為:金屬鐵重量百分比為34.12%，銅重量百分比為0.669%，砷重量百分比為0.006%。依此計算得到的球團鐵金屬化率為94.52%，銅金屬化率為98.46%，砷脫除率為95.68%o
[0059]雖然已經參照附圖詳細地描述了本發明的示例性實施例，但是本領域技術人員應當理解，在不脫離如權利要求書所限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以對這些實施例進行形式和細節上的各種改變。
【權利要求】
1.一種直接還原過程中脫砷的方法，所述方法包括以下步驟: (1)造球:對含砷物料進行研磨，加入還原劑以及粘結劑混勻、造球； (2)烘乾:對造球步驟所得的球團進行烘乾處理； (3)直接還原:將造球步驟所得的球團置於還原爐內加熱至950°C-1250°C，保溫0.5小時-6小時，控制爐內氣氛，進行直接還原反應； 其中，造球步驟中所得球團直徑為lcm-2cm。
2.根據權利要求1所述的直接還原過程中脫砷的方法，其特徵在於，在直接還原的步驟中，在脫砷同時，將含砷物料中的有價金屬直接還原。
3.根據權利要求1所述的直接還原過程中脫砷的方法，其特徵在於，含砷物料為含砷鐵礦、含砷銅渣、含砷鎳渣、含砷錳渣、含砷鈦渣中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的直接還原過程中脫砷的方法，其特徵在於，還原劑為固態還原劑,還原劑的加入量的重量是含砷物料重量的10%-30%。
5.根據權利要求4所述的直接還原過程中脫砷的方法，其特徵在於，固態還原劑為焦粉、煤粉、石油焦、浙青中的至少一種。
6.根據權利要求1所述的直接還原過程中脫砷的方法，其特徵在於，根據含砷物料，控制爐內氣氛為氧化性或還原性。
7.根據權利要求6所述的直接還原過程中脫砷的方法，其特徵在於，當含砷物料包含FeAsO4或As2O5 時，將爐內氣氛控制為還原性，當含砷物料包含FeAsS時，將爐內氣氛控制為氧化性。
8.根據權利要求6所述的直接還原過程中脫砷的方法，其特徵在於，利用N2-CO氣體將爐內氣氛控制為還原性，利用N2-O2氣體將爐內氣氛控制為氧化性。
【文檔編號】C22B5/10GK103614554SQ201310559775
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2013年11月12日
【發明者】居殿春, 劉家琪, 盧軍輝, 吳戰芳 申請人:鋼鐵研究總院