[发明专利]用直接还原法从含金属的硫化矿精矿提取金属的方法及再生和回收还原剂铁和助熔剂碳酸钠

说明书

本发明公开了一种通过直接还原的方法从含有金属的硫化矿物精矿中提取金属的方法以及再生和回收还原剂铁和助熔剂碳酸钠。该方法为火法冶金和湿法冶金工艺的组合，与传统工艺不同，该方法不需要事先烘烤硫化矿物精矿，并且在技术和经济上比目前使用的工艺更有优势；由于该方法直接将正氧化态的金属还原到零价，使用单个反应器提取金属，在补充的工艺中再生和回收冶金原料，所以该方法的化学反应动力学的速率高，且不产生任何炉渣或污染气体，从而金属可以以较低的成本和环境友好的方式进行提取。

技术领域

与本发明相关的技术领域是采矿和冶金，由于本发明采用改进的直接还原工艺从含有黑色和有色金属的硫化矿物中提取这些金属，不会排放二氧化硫，也不会产生通常由传统的火法冶金厂产生的炉渣，从而将环境污染降至最低。另外，通过再生和回收作为还原剂的铁和作为助熔剂的碳酸钠，大大降低了该方法的运行成本。

背景技术

根据Aranguren F和Mallol A.(1)的论述，现有技术公开了一些冶金还原工艺，并在金属提取工艺中应用了一段时间。其中，氧化铁矿物(主要是赤铁矿和磁铁矿)的还原因其重要性而引人注目，根据应用的技术，该方法允许获得生铁或直接还原的铁、和从中可以获得钢的冶金产品。在这些情况下，需要煤或冶金焦炭和/或一氧化碳和/或氢气和/或天然气作为还原剂；需要石灰石和白云石作为碱性助熔剂，在主要工艺发生的同时，在同一反应器中进行其他元素的还原，其中，诸如硅、钛、锰、铬、钒等元素总是来自于其氧化化合物。在应用于氧化铁矿物的还原过程中，建立了以下必要的化学反应。

3Fe₂O₃+CO→2Fe₃O₄+CO₂

Fe₃O₄+CO→3FeO+CO₂

FeO+CO→Fe+CO₂

类似地，如Aranguren和Mallol(2)所指出的，1620年在美国建成了第一座铁矿物加工炉。后来，历经几个世纪，直到生产包括生铁和冶金焦炭的综合工厂建立之前，钢铁工业通常使用发生炉煤气(producer gas)作为燃料，它兼有发热剂和还原剂的双重功能。发生炉煤气是通过固体燃料如烟煤、无烟煤、褐煤或一些焦炭的完全气化产生的，这些燃料能够单独使用空气、使用空气和水蒸气或者也可使用氧气和水蒸气来产生气化。在气体动力反应器中发生的基本反应如下所示。

C+O₂→CO₂

C+CO₂→2CO

C+H₂O→CO+H₂

C+2H₂O→CO₂+2H₂

CO+H₂O→CO₂+H₂

2C+2H₂O→CH₄+2CO

1918年，Wieber(3)提出了改进已知的铁矿物还原方法和使用一氧化碳作为还原剂，将铁矿物还原产生的气体(主要是含有残留一氧化碳的二氧化碳)用作还原剂，导入另一个用于燃烧煤的反应器中。这将从同样回收的二氧化碳和煤中产生更多的一氧化碳，减少了煤的消耗。

鉴于上述改进的方法需要显著程度地使用氢气作为还原剂，这是由于氢气具有较高的加热功率，氢气在还原性气体的百分比组成中的存在比例应该对应于20％至35％之间的范围，如果天然气以补充的方式使用以及在高温下进行以下对水蒸气的反应就可以实现这一目标。

CH₄+H₂O→3H₂+CO