[发明专利]生铁中有价元素的分离回收法

说明书

本发明涉及在用含有一种以上有价元素-Mn、Nb、V、P的生铁炼钢过程中容易地分离、回收这些有价元素的方法。

在用铁矿石炼铁时，依铁矿石种类的不同，所含Mn、Nb、V、P等元素被还原而进入炼出的生铁。这些元素残存在钢里，对于某些合金钢钢种，有时是符合希望的。但为了适应多种多样的要求，则需炼得的钢水少含这些元素。

以前通过生铁的氧化精炼生产钢时，一直是把这些有价元素以炉渣的形式排除掉。此种炉渣中有价元素的浓度达不到提取品位，只能予以废弃。原因是以前炼钢过程是在一座转炉或平炉中进行，由于生铁中以Si为主的诸元素的氧化物也形成炉渣，炉渣中有价元素的浓度不可能提高。

为消除这一缺点，试验了在时间上将氧化反应分开，使元素按照易于氧化的顺序进入炉渣，并依次取出炉渣的方法。但是，这种方法存在：各个氧化反应在时间上难以完全分开;特别是P₂O₅的混入对其他有价元素的回收有害，而又难以避免其混入;对每一反应也难以完全将炉渣排到炉外等问题。没有达到把炉渣中有价元素的浓度提高到提取品位的目的。

而另一方面，世界各地大量存在着含Mn、Nb、V、P等有价元素，但由于分离这些元素在经济上不合算或由于这些元素的存在对钢有害而一直未被有效利用的铁矿石矿床。

本发明的目的是提供一种消除以前在用生铁炼钢的过程中回收Mn、Nb、V、P等有价元素（以下简称：“有价元素”）的方法中存在的问题，以含高品位氧化物的炉渣的形式回收有价元素并减少这些元素在钢中含量的方法。据此，谋求有效利用含低品位有价元素的铁矿石，达到解决铁和有价元素资源综合利用问题的目的。

在本发明者们为达到前述目的的研究结果中，研究清楚了：由含Mn、Nb、V、P一种以上元素的生铁，用以氧气为主的氧化剂，生产钢的过程中，通过控制供氧量和铁水温度，以炉渣的形式，优先去除Si氧化物的情况下，铁水含的Si的浓度，影响有价元素的去除率;为使铁水中Si的浓度降到一定范围而调整铁水温度，供氧量，让Si的氧化优先进行，便可得到含有价元素少的以SiO₂为主的炉渣（第一工序）;随后，通过调整脱硅后的铁水温度和供氧量，使铁水中的Si的浓度和炉渣中的全铁（T.Fe）浓度达到恰当值，就能以含大量有价金属（Mn、Nb、V）的氧化物（理想的是含大量Nb、V，特别理想的是含大量Nb）而含P不多的炉渣的形式分离、回收有价金属（第二工序）;接着，在生铁含大量P的情况下，根据需要借助于向炉内供应适量石灰（理想的是生石灰）和氧气，能够以含磷氧化物（P₂O₅）浓度高的炉渣的形式分离、回收P（第三工序）。研究时，还在为使各工序里的主要氧化反应优先进行方面，判明了最好把炉渣中的碱性氧化物和酸性氧化物之比控制在一定范围。

在本发明里，使用的生铁是由含Mn、Nb、V等一种以上元素的铁矿石炼制的生铁，不言而喻，把锰矿石、含锰铁矿石、含铌矿石、含钒矿石等，或含Mn、Nb、V等一种以上元素的废钢等熔化到铁水中得到的生铁也可以。

本发明，首先依靠控制向铁水中吹入的氧（气体氧、铁矿石、锰矿石、含锰铁矿石、铁磷等）量，优先将Si氧化，控制Mn、Nb，V，尤其是Nb、V的氧化，将铁水中Si的浓度调整到0.1～0.2重量%范围内。以后%就表示重量%。铁水中Si的浓度低于0.1%则因Mn、Nb、V的去除率增加而不合理想;超过0.2%，由于上述有价金属的去除率增加，也不令人满意，故应保持在0.1～0.2%最好是保持在0.1～0.15%。其关系如第1图所示。铁水Si浓度上限的控制，还与抑制SiO₂进入第二工序炉渣，以得到含高品位有价金属的炉渣有关。上述铁水，在间歇操作中意指该工序终了时的铁水，在连续操作中则指从该工序流出的铁水。

还有铁水温度为1350～1450℃，最好是1350～1420℃铁水温度若不足1350℃，则Nb、V的氧化加速，不理想，其关系如第2图所示;超过1450℃，则脱碳反应过甚，为抑制脱碳反应，必须控制在上述温度以下。再者，V和Nb的行为大致相同。为了抑制铁水温度升高，可以铁氧化物、锰氧化物代替一部分气体氧或者加入废钢。

为使Si优先氧化，最好加入石灰，但在随后以回收Nb和V为主要目的的第二工序里，这些元素转变为酸性氧化物，所以在第一工序里的石灰加入量，最好是使炉渣中的CaO/SO₂重量比不超过0.3。此时，用石灰代替石灰亦可。