1.一種含稀土和/或鈮熔渣冶金一步法回收的方法,其特征在于,包括以下步驟:
步驟1,熔渣一步混合:
將熔融態含稀土高爐熔渣、熔融態含鈮熔融鋼渣、含鐵物料中的兩種或三種物料混合配料;
將混合配料后的物料加入熔渣可流出的熔煉反應裝置,混合形成反應混合熔渣,實時監測反應混合熔渣,通過調控同時保證如下(a)和(b)兩個參數,獲得反應完成后的熔渣;
(a)反應混合熔渣的溫度為1300~1650℃;
(b)反應混合熔渣堿度CaO/SiO2比值=0.6~2.4;
對應(a):控制反應混合熔渣溫度在設定溫度范圍的方法為:
當反應混合熔渣溫度<設定溫度范圍下限時,通過反應裝置自身的加熱功能,使反應混合熔渣溫度滿足(a);
當反應混合熔渣溫度>設定溫度范圍上限時,向反應混合熔渣中加入含鈮稀土物料、含鐵物料、冶金熔劑或含稀土高爐熔渣中的一種或幾種,使反應混合熔渣的溫度滿足(a);
對應(b):
當反應混合熔渣中堿度CaO/SiO2比值<0.6時,向反應混合熔渣中加入堿性物料或堿性含鐵物料中的一種或幾種,使反應混合熔渣溫度滿足(b);
當反應混合熔渣中堿度CaO/SiO2比值>2.4時,向反應混合熔渣中加入酸性物料或酸性含鐵物料中的一種或兩種,使反應混合熔渣溫度滿足(b);
步驟2,分離回收:
采用以下方法中的一種:
方法一,還原后的混合熔渣進行冷卻處理:
將反應完成后的熔渣倒入保溫裝置中,進行如下步驟:
(1)將反應完成后的熔渣,冷卻至室溫,獲得緩冷渣,其中,緩冷渣從底部往上部依次為:金屬鐵沉降的鐵坨,金屬鐵層,鐵氧化物層,富稀土相層和硅酸鹽礦物相層;
(2)人工取出鐵坨和硅酸鹽礦物相層,將金屬鐵層,鐵氧化物層與富稀土相層,破碎,直接還原后,磁選將鐵和鐵氧化物選出,同時得到富稀土礦物相;
(3)硅酸鹽礦物相的回收利用有2種:①作為水泥原料、建筑材料、代替碎石作骨料、路材或磷肥使用;②采用濕法冶金、選礦方法或選礦-濕法冶金聯合法將含磷組分分離出來;
方法二,將反應完成后的熔渣進行分離處理:
(1)將反應完成后的熔渣,沉降渣-金分離,獲得鐵水,金屬鐵層,鐵氧化物層,富稀土相層和硅酸鹽礦物相層;
(2)將硅酸鹽礦物相層,進行爐外熔渣處理;
(3)將鐵水送往轉爐煉鋼;
(4)金屬鐵層,鐵氧化物層和富稀土相層,倒入保溫裝置,水淬或空冷后,作為高爐煉鐵原料或直接還原煉鐵或熔融還原煉鐵的原料;
直接還原后,破碎,磁選將鐵和鐵氧化物選出,同時得到富稀土礦物相;
其中,硅酸鹽礦物相層,進行爐外熔渣處理,采用方法A、方法B或方法C中的一種:
方法A:硅酸鹽礦物相層作為水泥原料
硅酸鹽礦物相層直接作為水泥原料或進一步處理做成高附加值的水泥原料;
方法B:部分或全部硅酸鹽礦物相層返回到反應混合熔渣
部分或全部硅酸鹽礦物相層返回到反應混合熔渣,作為熱態冶金熔劑,調整混合熔渣成分,控制混合熔渣溫度;
方法C:硅酸鹽礦物相層澆筑微晶玻璃或作為礦渣棉;
方法三:反應完成后的熔渣進行分離處理:
反應完成后的熔渣,沉降,渣-金分離,獲得鐵水,金屬鐵層,鐵氧化物層,富稀土相層和硅酸鹽礦物相層,進行如下步驟:
(1)金屬鐵層,鐵氧化物層,富稀土相層和硅酸鹽礦物相層,水淬或空冷后,作為高爐煉鐵原料或直接還原煉鐵或熔融還原煉鐵;
(2)鐵水,送往轉爐煉鋼;
其中,金屬鐵層,鐵氧化物層,富稀土相層和硅酸鹽礦物相層直接還原后,破碎至粒度為20~400μm,磁選將鐵和鐵氧化物選出,同時得到富稀土礦物相與硅酸鹽礦物相;
硅酸鹽礦物相的后續處理方法采用方法二中的方法A、方法B或方法C中的一種;
方法四:反應完成后的熔渣進行直接處理:
方法A:反應完成后熔渣直接空冷或水淬
(1)熔煉反應裝置上部熔渣直接空冷或水淬,用途有4種:①礦渣水泥;②水泥調整劑;③水泥生產中的添加劑;④水泥熟料;
(2)熔煉反應裝置下部鐵水送往轉爐煉鋼;
方法B:反應完成后熔渣氧化后空冷或水淬
(1)向反應完成后熔渣中吹入預熱的氧化性氣體,當反應完成后熔渣氧化鐵含量≥2wt%,完成噴吹,獲得氧化后的熔渣,其中,氧化性氣體的預熱溫度為0~1200℃;
其中,整個過程中,要保證熔渣溫度≥1450℃,采用的控制方法為:
當溫度<1450℃,噴入預熱燃料,燃燒放熱、補充熱量,或裝置自身加熱,使熔渣溫度在≥1450℃:
(2)氧化后的熔渣直接空冷或水淬,用途有4種:①礦渣水泥;②水泥調整劑;③水泥生產中的添加劑;④水泥熟料;
(3)熔煉反應裝置下部鐵水送往轉爐煉鋼;
方法C:反應完成后熔渣處理生產高附加值的水泥熟料
(1)加入熔融轉爐鋼渣、電爐熔融還原鋼渣、電爐熔融氧化鋼渣、石灰、粉煤灰、堿性鐵貧礦、鋁土礦、含稀土高爐熔渣、普通、高爐熔渣中的一種或幾種,充分混合,獲得熔渣混合物料;
(2)向熔渣混合物料中吹入預熱的氧化性氣體,當熔渣混合物料氧化鐵含量≥2wt%,完成噴吹,獲得氧化后的熔渣混合物料,其中,氧化性氣體的預熱溫度為0~1200℃;
其中,整個過程中,要保證熔渣混合物料溫度≥1450℃,采用的控制方法為:
當溫度<1450℃,噴入預熱燃料,燃燒放熱,補充熱量,或裝置自身加熱,使熔渣混合物料溫度在≥1450℃;
(3)氧化后的熔渣混合物料,進行空冷或水淬,制得高附加值的水泥熟料;
(4)熔煉反應裝置下部鐵水送往轉爐煉鋼;
方法五:反應完成后的熔渣,冷卻沉降,渣-金分離,獲得鐵水,金屬鐵層,鐵氧化物層與硅酸鹽相熔渣,進行如下步驟:
(1)鐵水,送往轉爐煉鋼;
(2)金屬鐵層,硅酸鹽相和鐵氧化物熔渣倒入保溫裝置中,按如下方法進行處理:
方法A:熔渣直接空冷或水淬
(1)熔煉反應裝置上部熔渣直接空冷或水淬,用途有4種:①礦渣水泥;②水泥調整劑;③水泥生產中的添加劑;④水泥熟料;
方法B熔渣氧化后空冷或水淬
(1)向反應完成后的熔渣中吹入預熱的氧化性氣體,當熔渣氧化鐵含量≥2wt%,完成噴吹,獲得氧化后的熔渣,其中,氧化性氣體的預熱溫度為0~1200℃;
其中,整個過程中,要保證熔渣溫度≥1450℃,采用的控制方法為:
當溫度<1450℃,噴入預熱燃料,燃燒放熱、補充熱量,或裝置自身加熱,使熔渣溫度在≥1450℃;
(2)氧化后的熔渣直接空冷或水淬,用途有4種:①礦渣水泥;②水泥調整劑;③水泥生產中的添加劑;④水泥熟料;
方法C:熔渣處理生產高附加值的水泥熟料
(1)加入熔融轉爐鋼渣、電爐熔融還原鋼渣、電爐熔融氧化鋼渣、石灰、粉煤灰、堿性鐵貧礦、鋁土礦、高爐熔渣中的一種或幾種,充分混合,獲得熔渣混合物料;
(2)向熔渣混合物料中吹入預熱的氧化性氣體,當熔渣混合物料氧化鐵含量≥2wt%,完成噴吹,獲得氧化后的熔渣混合物料,其中,氧化性氣體的預熱溫度為0~1200℃;
其中,整個過程中,要保證熔渣混合物料溫度≥1450℃,采用的控制方法為:
當溫度<1450℃,噴入預熱燃料,燃燒放熱,補充熱量,或裝置自身加熱,使熔渣混合物料溫度在≥1450℃;
(3)氧化后的熔渣混合物料,進行空冷或水淬,制得高附加值的水泥熟料。
2.根據權利要求1所述的含稀土和/或鈮熔渣冶金一步法回收的方法,其特征在于,所述的步驟1中,熔融態含稀土高爐熔渣由出渣口獲得,或將含稀土高爐熔渣加熱至熔融狀態,所述的含稀土高爐熔渣中,含有RE2O3的質量分數為0.1~8%;所述的熔融態含鈮熔融鋼渣由出渣口獲得,或將含鈮熔融鋼渣加熱至熔融狀態,所述的含鈮熔融鋼渣中,含有Nb2O5的質量分數為0.1~6%,所述的含鈮熔融鋼渣為轉爐熔融含鈮鋼渣和/或電爐熔融含鈮鋼渣;其中,當含鈮熔融鋼渣為轉爐熔融含鈮鋼渣和電爐熔融含鈮鋼渣時,兩者為任意比。
3.根據權利要求1所述的含稀土和/或鈮熔渣冶金一步法回收的方法,其特征在于,所述的步驟1中,渣液可流出的熔煉反應裝置,為可傾倒的熔煉反應裝置或底部帶有渣口的固定式熔煉反應裝置;所述的可傾倒的熔煉反應裝置為感應爐;所述的底部帶有渣口的固定式熔煉反應裝置為等離子爐、直流電弧爐、交流電弧爐或礦熱爐中的一種。
4.根據權利要求1所述的含稀土和/或鈮熔渣冶金一步法回收的方法,其特征在于,所述的步驟1中:
含鈮稀土物料為常溫或從冶煉爐直接獲得具有溫度的含稀土高爐渣、含鈮鋼渣、提鈮尾渣、選稀土尾礦、低品位鈮稀土礦、白云鄂博鐵礦直接還原鐵、白云鄂博鐵礦鐵精礦、白云鄂博鐵礦鐵精礦金屬化球團、白云鄂博鐵礦鐵精礦含碳預還原球團、白云鄂博鐵礦鐵精礦燒結礦、白云鄂博鐵礦鐵精礦球團礦、高爐富稀土渣、高爐轉型稀土渣、熔分稀土渣中的一種或幾種,所述的出爐溫度為600~1550℃;
含鐵物料為常溫或從冶煉爐直接獲得具有溫度的普通鋼渣、銅冶煉渣、鎳冶煉渣、鉛鋅冶煉渣、鎳鐵渣、鋅浸出渣、鉛冶煉渣、普通鐵精礦、普通鐵精礦燒結礦、普通鐵精礦球團礦、普通鐵精礦金屬化球團、普通鐵精礦含碳預還原球團、普通鐵精礦直接還原鐵、普通鋼渣、鐵水預脫硫渣、高爐瓦斯灰、高爐煙塵、轉爐煙塵、氧化鐵皮、濕法煉鋅過程的鋅浸出渣、氧化鋁生產過程產生的赤泥、粉煤灰、硫酸燒渣、轉爐煙塵或電爐煙塵中的一種或幾種;所述的出爐溫度為600~1550℃;
其中,含鐵物料中的普通鐵精礦含碳預還原球團中的FeO含量≥60%,普通鐵精礦金屬化球團中的金屬化率≥70%;
所述的含鐵物料是球團或粉狀物料,其中,粉狀物料的粒度≤150μm,粉狀含鐵物料以氧化性氣體或中性氣體載入的方式噴吹加入到反應熔渣內部,氧化性氣體為空氣、氧氣、富氧空氣、氧氣-氮氣混合氣、空氣-氮氣混合氣、氧氣-氬氣混合氣、空氣-氬氣混合氣中的一種;所述的噴吹方式為采用耐火噴槍插入熔渣內部吹入,采用側吹、頂吹或底吹中的一種或幾種;
所述的冶金熔劑為含CaO或SiO2的礦物,具體為石英砂、赤泥、白云石或石灰石中的一種或幾種;
所述的堿性物料為石灰粉、赤泥、白云石粉或生石灰粉中的一種;所述的堿性含鐵物料為CaO/SiO2≥1的含鐵物料;所述的堿性含鐵物料為堿性燒結礦、堿性鐵精礦、堿性預還原球團或堿性金屬化球團中的一種;
所述的酸性物料為硅石;所述的酸性含鐵物料為CaO/SiO2≤1的含鐵物料;所述的酸性含鐵物料為酸性燒結礦、酸性鐵精礦、酸性預還原球團、酸性金屬化球團、銅冶煉渣、鋅浸出大窯渣、鎳鐵渣、鉛鋅冶煉渣、鎳冶煉渣或鉛冶煉渣中的一種。
5.根據權利要求1所述的含稀土和/或鈮熔渣冶金一步法回收的方法,其特征在于,所述的步驟1中,熔渣混合的同時,對混合熔渣進行攪拌,攪拌方式為通入中性氣體、電磁攪拌或機械攪拌中的一種,或通入中性氣體與電磁攪拌相結合,或噴吹中性氣體與機械攪拌相結合,其中,所述的中性氣體為惰性氣體、氬氣或N2中的一種或幾種;中性氣體的預熱溫度為0~1200℃,中性氣體的噴吹時間與流量的關系為1~90L/(min·kg),中性氣體的噴吹方式為采用耐火噴槍噴入插入反應混合熔渣內部吹入,起到增強攪拌的作用。
6.根據權利要求1所述的含稀土和/或鈮熔渣冶金一步法回收的方法,其特征在于,所述的步驟1中,原料中含有含鐵物料時,各物料加入熔渣可流出的熔煉反應裝置的方法為:先將熔融態高爐熔渣或熔融態熔融鋼渣加入裝置中,再向裝置中加入含鐵物料,其中,當含鐵物料為粉狀含鐵物料時,加入方式為,以中性氣體為載氣,向裝置中噴吹粉狀含鐵物料。
7.根據權利要求1所述的含稀土和/或鈮熔渣冶金一步法回收的方法,其特征在于,所述的步驟2中,冷卻方式為自然冷卻或旋轉冷卻,沉降方式為自然沉降、旋轉沉降或電磁沉降。
8.根據權利要求1所述的含稀土和/或鈮熔渣冶金一步法回收的方法,其特征在于,當步驟1中物料采用熔融態含鈮熔融鋼渣時,步驟2分離回收中,對應的鐵水為含鈮鐵水,對應的金屬鐵為含鈮金屬鐵,對應的金屬鐵層為含鈮含鈮金屬鐵層,對應的富稀土相層為富稀土與鈮相層,對應的富稀土礦物相為富稀土與鈮礦物相。
9.根據權利要求1所述的含稀土和/或鈮熔渣冶金一步法回收的方法,其特征在于,所述的步驟2中,金屬鐵回收率均為92~97%。
10.根據權利要求1所述的含稀土和/或鈮熔渣冶金一步法回收的方法,其特征在于,所述的步驟2中,直接還原煉鐵在直接還原爐窯中進行,所述直接還原爐窯為回轉窯、豎爐、轉底爐、車底爐或隧道窯中的一種;所述的重力分選法是搖床分選、溜槽分選或者二者相結合;所述的濕法冶金是稀酸浸出法,其中稀酸浸出法是無機酸浸、有機酸浸中的一種;所述的無機酸選用硫酸、鹽酸、磷酸的一種或多種,有機酸選用草酸、乙酸、檸檬酸中的一種或幾種。