[发明专利]经由原位产生还原性气体的金属氧化物的低温直接还原

说明书

一种使用原位产生的还原性气体，由碳质材料低温还原金属氧化物的连续方法。特别地，一种以连续法将金属氧化物还原成金属的方法，包括：(a)将包含紧密接触且干混比为约1:2至约1:10的低等级碳质材料和含金属氧化物材料的复合体连续引入立式干馏炉的上部区域；(b)将所述体由所述上部区域输送至所述干馏炉的加热的下部区域，其中所述复合体暴露于最高约950℃的提高的温度，并且其中所述复合体暴露于原位生成的还原性气体约15分钟至约3小时的时间，由此制造含还原金属的产物；并(c)从干馏炉的下部区域中连续取出含还原金属的产物。

技术领域

本发明涉及使用原位产生的还原性气体，由碳质材料低温还原金属氧化物的连续方法。特别但非排它地，本发明涉及通过该方法制得的产物以及其中进行该方法的干馏炉(retort)。

背景技术

本发明提供了对由Wilson构思并公开在澳大利亚专利号AU 703,821中的将金属氧化物还原为金属的方法的显著改善。这种方法(通常称为Matmor方法)涉及将金属氧化物细粉还原为含金属产物，包括以下步骤：

(a)将碳质材料与金属氧化物细粉混合以制造凝聚物；

(b)压实凝聚物以制造复合体；

(c)干燥该复合体；

(d)在约850℃至1,050℃的高温下在还原性气氛中加热该复合体以便由碳质材料形成还原剂，将一定比例的金属氧化物还原为金属；

(e)使来自步骤(d)的热的、还原的复合体与含氧气体接触以燃烧足够量的碳质材料，从而将该体的温度升高至金属的熔融温度，以由此形成含熔融金属的相；并

(f)冷却含熔融金属的相以制造含金属产物。

Matmor方法例如可以在同样授予Wilson的澳大利亚专利号AU 767,268中公开的干馏炉中进行。制造碳质材料的复合体(金属氧化物细粉混入其中)的Matmor方法的早期步骤可以包括如澳大利亚专利号561,586和588,565中公开的技术，所述专利涉及对在添加或不添加水的情况下对褐炭施以剪切力以产生塑形物，由此通过挤压制造球团并随后用空气在环境温度下或附近干燥该球团的过程。干燥球团的方法的改进公开在国际专利公开号WO2005/028977中。

该Matmor方法依赖于采用850℃至1,050℃的稳态操作温度，以便经由主要为CO气体驱动的还原机制来实现金属氧化物向金属的还原。该Matmor方法涉及对氧化铁(Fe₂O₃)为950℃的目标还原温度和对氧化亚铁(Fe₃O₄和FeO)为1050℃的目标还原温度；在3-4小时内，但优选在2-3或2-2.5小时内达到该还原温度；并将材料保持在所需温度下1至1.5小时。该Matmor方法还需要包含助熔剂作为输入混合物的一部分，并在该方法的金属熔融方面需要氧气切割步骤。

本发明的方法(申请人称之为HydroMOR方法)采用与现有的Matmor方法显著不同的工艺操作参数，包括与操作温度、停留时间、输入材料混合比和化学途径相关的参数。结果获得了不仅与Matmor方法截然不同并还可以提供超越Matmor技术和其它已知技术的许多显著优点的方法。

通常，经由许多成熟的商业规模的高温冶金法进行各种金属氧化物的还原，所述冶金法例如高炉或煤基直接还原铁(DRI)(在还原氧化铁的情况下)技术。这些方法通常需要超过1200℃的提高的稳态操作温度和高达18小时的停留时间，并且这些方法主要依赖于一氧化碳作为主要还原剂。