[其他]等离子碳热法生产钼铁

说明书

本发明属于用电热法生产合金的技术领域。主要适用于冶炼钼铁合金。

目前，要获取C＜0.2%，S＜0.15%的优质钼铁合金，国内外普遍采用金属热法（《铁合金冶金学》，P389）。

金属热法的工艺路线是：钼精矿（MoS₂）→氧化焙烧→熟钼矿（MoO₃）→金属热法→钼铁合金。即首先在反射炉、迴转炉或多层焙烧炉中，将钼精矿氧化焙烧成熟钼矿，然后以熟钼矿为主要原料，并配与硅铁、铝粒、化学药品和引火剂等，一并加入反应器等冶炼炉中，进行氧化还原反应，将氧化钼还原成金属钼，再与铁化合成钼铁合金。

金属热法的热源主要来源硅，其次是铝。每冶炼一吨钼铁（含Mo55%，S＜0.15%，C＜0.2%）约需400公斤左右硅铁，80公斤左右铝等，成本较高;同时，该方法劳动强度大，砌炉、拆炉，清渣等工序十分繁琐;化学反应产生的氰化物是致疝物质，对环境污染大等。

美国专利US4466824、US4519835是在等离子炉内，通过等离子热分解钼精矿来制取钼。

等离子技术的主要特征是把气体部分电离成分子、原子、离子和电子，使之具有很高温度的气体混合物。根据特定气体的种类和它的离子化温度，可以造成工业上需要的化学反应气氛，即可以呈中性，也可以是氧化性或还原性气氛;同时，较容易地获得工业生产需要的高温。因此，等离子体不仅是一种洁净的高温热源，还是多种物理化学过程的直接参与者和保护者，对许多冶金过程具有重要意义。它可以加速反应过程，简化或缩短生产流程，提高效率，生产一般火法冶炼所难于生产的中间合金。

上述两项专利所采用的工艺过程是：将天然钼精矿（辉钼矿MoS₂）置于等离子炉中，通过氮气或氩气的电离，得到高达2900°K高的反应温度，使钼精矿MoS₂分解，直接得到Mo和S₂，其反应式是

MoS₂→Mo+S₂

反应所析出的含硫气体进行冷凝分离，得到液态硫;但所得到的钼并不是纯净的金属钼，而是碳高、硫高的不稳定钼化物。要想获得低碳低硫钼铁，还必须在冶炼炉上进行二次电冶炼，这就大大地增加了成倍的电耗，同时，回收率也降低，造成经济上不合理。

本发明的目的在于提供一种成本低回收率高的，且操作简便及效率高的，生产低碳低硫钼铁的方法。

其解决方案是以等离子炉为冶炼设备，将由钼精矿氧化焙烧制成的熟钼矿（MoO₃）与还原剂焦碳粉、铁鳞和少量硅铁制成熟钼矿球团并废钢一并加入等离子炉内。一方面是充分利用等离子体的高温热源和还原气氛;同时以碳为还原剂，进行金属氧化物（MoO₃）的还原反应，从而得到需要的钼铁合金。其还原反应式如下：

2/3MoO₃+2C→2/3Mo+2CO↑

另一方面，在如此高的温度下，使还原剂焦碳、铁鳞和硅铁等更能充分发挥其还原作用，积极参与反应过程。C、Si与Fe₃O₄、FeO反应，生成CO₂、CO和SiO₂、FeO，使其挥发或进入渣中。具体的反应式如下：

2Fe₃O₄+C→6FeO+CO₂↑

Fe₃O₄+4C→3Fe+4CO↑

2FeO+C→2Fe+CO₂↑

FeO+C→Fe+CO↑

C+O₂→CO₂↑

Si+O₂→SiO₂

上述还原反应过程的进行，又加速了MoO₃的还原。铁鳞部分以氧化亚铁形式进入渣相，另一部分还原成铁。在渣中保留氧化亚铁有利于降低渣的熔点和粘度，使之在较短的时间内完成整个反应过程。既能得到优质的钼铁，又有更高的回收率;另外，劳动强度减小，电耗也降低。

由此看出，本发明的特点是既利用了等离子热，又利用了碳热;以碳代替硅铁和铝粒作还原剂，加速等离子冶金的吸热反应，即在短时间内完成反应过程，得到低碳低硫钼铁。