镍锡铁合金废料回收：利用高硫煤实现资源有效回收的创新工艺

镍锡铁合金废料回收：利用高硫煤实现资源有效回收的创新工艺

一种高硫煤硫化、渣氧化挥发镍锡铁合金废渣生产镍铁合金并回收锡的方法

【专利摘要】本发明公开了一种利用高硫煤硫化、氧化造渣挥发镍锡铁合金废料制备镍铁合金并回收锡的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：将镍锡铁合金废料破碎到一定粒度后转入中频炉或电炉中，加热到一定温度，待物料呈熔融状态后，将氮气喷枪深插入熔池进行搅拌，将高硫煤破碎到一定粒度后通过喷枪喷入熔池中，使物料中的锡发生硫化挥发反应。硫化反应完成后，停止向炉内喷入高硫煤，并向熔池中加入一定的造渣剂，除去镍铁水中的杂质，并在过程中控制一定的熔池碱度。经过一定时间后，渣铁完全分离，产生的镍铁水和渣分别从出铁口和出渣口排出，在此过程中有效回收了镍、铁、锡资源。本发明充分利用高硫煤中较高的硫含量，对镍锡铁合金废料进行锡硫化处理，实现了锡、镍、铁资源的有效回收，以废治废，工艺操作简单，生产成本低，具有良好的工业化前景。

【专利说明】一种利用高硫煤硫化、渣氧化挥发镍锡铁合金废料生产镍铁合金并回收锡的方法

【技术领域】

[0001] 本发明涉及一种利用高硫煤硫化、渣氧化挥发镍锡铁合金废渣制备镍铁合金并回收锡的方法，属于二次资源综合利用领域。

【背景技术】

中国镍供应由两部分组成，一部分是新镍精矿供应，占镍总供应量的72.9%，另一部分来自再生镍，占27.1%。随着经济建设和钢铁工业的发展，对镍的需求不断增加。预计2010年中国镍消费量将达到40万吨/年，成为全球第一大镍消费国。2010年中国镍金属基础储量只有230万吨左右，2010年至2013年中国镍矿勘探没有重大进展，如果就这样消耗下去，10年后中国镍矿资源将逐渐枯竭。锡资源情况与之类似，我国锡资源以脉锡为主，占砂锡资源88%的高品位资源经过多年开采后易开采、易选，已基本消失，剩余的多为品位低、含泥量大的难利用砂锡，储量占锡资源的12%。我国可开采的脉锡资源极少，大多埋藏较深，开采难度大，多为多金属矿，选矿冶炼技术难度大。缓解我国铜、镍资源的资源压力，必须提高二次资源的利用效率。

与此同时，镍锡铁合金废料也逐年增加，主要包括机械加工过程中产生的废料、冶炼过程中产生的废料、工业领域损坏的合金元件及零部件等。另外，目前国内市场上流通的镍锡铁合金废料大部分采购自日本、韩国及我国台湾等地，为电子元件厂产出的废料，其化学成分主要以镍、锡、铁为主，加强对此的资源化利用无疑对缓解我国镍、锡资源压力有较为积极的作用。但目前对该合金废料的利用方式均为分类后在合金制造过程中作为合金元素添加剂添加，利用率低，经济性较差。

目前，材料脱锡的方法主要有两种：

[0005] 一是氯化挥发法，其基本思想是将物料中的目标元素全部以其氯化物的形式挥发掉，然后分步处理烟气，达到分离固体物料和富集回收有价金属的目的。

[0006] 二、硫化挥发法，其基本思想是在物料中加入硫化剂，通过燃料与空气的混合燃烧、鼓风，使目标元素形成相应的硫化物并挥发。一般采用黄铁矿（FeS2）作为硫化剂，燃烧燃料，使炉内保持弱还原气氛，在高温、剧烈搅拌条件下鼓风，加速化学反应和挥发。

本发明充分利用高硫煤含硫量高的特点，针对其利用价值低的现状，采用高硫煤硫化挥发除锡、氧化渣除杂工艺在高温弱还原气氛下处理镍锡铁合金，将物料中的锡组份转化为SnS、SnO挥发体系，并进行回收利用。一方面有效降低镍锡铁合金中锡含量并实现锡回收，同时将镍锡铁合金废料回收制成合格的镍铁。因此，该项目的实施对镍锡铁合金废料的高效综合利用具有重要意义。

【发明概要】

本发明是通过以下技术方案实现的：一种高硫煤硫化挥发镍锡铁合金废料及氧化渣制备镍铁合金及回收锡的方法，其包括以下步骤：

本发明的技术方案工艺步骤为：

将镍锡铁合金废料破碎到一定的块状尺寸后，转入电炉或中频炉内，电炉或中频炉升温并维持在1300℃～1550℃，物料开始熔融。当物料充分熔融后，硫化剂高硫煤在喷枪作用下进入熔池，开始硫化发烟反应。在此过程中，将惰性气体喷枪插入熔池，搅拌熔池，改善反应的动力学条件，气体的喷入压力为0.15MPa～1.2MPa。产生的高温含锡烟气经冷却除尘(回收锡)洗涤，达到排空要求后排入大气。反应过程中加入一定量的CaO、SiO2等进行熔池除渣，保温反应一定时间后，产物合格的镍铁合金和炉渣分别从出铁口和出渣口排出。

本发明上述工艺步骤中具体工艺参数为：

（1）所采用的造渣剂为CaO、MgO、CaCO3、SiO2等中的一种或多种；

（2）反应过程中，成渣剂的加入量根据碱度而定：

Γ π ? w(CaO)%+ IAw(MgO)0Zo_4] R=

[0015] 表示碱度控制范围为1.2-1.4 ；

[0016] (I)用作硫化剂的高硫煤的硫含量在3%以上，其添加量以C/Sn(2，3)的量比表示在1.3～1.7范围内；

（2）高硫煤喷煤压力为0.6～1.3MPa；

（3）熔融硫化时间为1-1.5小时；

[0019] (4)所述惰性气体为氮气或氩气；

[0020] 为了进一步减少烟气中的污染，高温烟气需要经过除尘、洗涤处理后，满足排空要求后排入大气。

本发明具有的有益效果：

[0022] 1、该工艺充分利用了高硫煤中较高的硫含量，实现了以废治废；

2、该工艺适用性比较广泛，可以间接推广至其他含锡物料中锡的回收；

3、在原料中充分回收锡的基础上，将剩余组分制成合格镍铁，充分实现锡、镍、铁资源的综合利用；

[0025] 4、该工艺操作简单，炉子维护费用低，生产成本低。

【专利图】

【附图说明】

[0026] 图1为本发明的工艺流程图。

【具体实施方法】

[0027] 以下通过实施例进一步说明本发明的本质内容，但本发明的内容并不限于此。

[0021] 实施例1

将镍锡铁合金废料(其主要化学组成为(单位：质量分数)：TFe=31.39、Ni=50.24、Sn=18.37)5t破碎到一定块状后转入中频炉，中频炉升温至1400℃，待物料呈熔融状态时，氮气喷枪深入熔池搅拌反应体系，升温至1450℃，在炉内保温20min后，将高硫煤(其主要化学组成为(单位：质量分数)：固定碳=76.56、灰分=15.39、挥发分=4.78、S=3.27)破碎到0.2～0.4mm粒度，用喷枪喷入熔池中，进行物料中锡的硫化挥发反应。随着反应的进行，间歇性提升氮气喷枪位置，以达到对熔池的最佳搅拌效果。氮气喷入压力维持在0.4-0.8MPa，炉温控制在1450-1500℃。硫化反应完成后（保温时间60min），停止向炉内喷入高硫煤，向熔池中加入一定的造渣剂，除去镍铁水中的杂质，熔池温度维持在1.2℃左右。30min后造渣反应完成，造渣剂完全分离。铁水与造渣剂分别从铁口和渣口排出，产出镍铁水4.0262.3t（含镍62.3%），在此过程中有效回收了锡资源。

实施例2

将镍锡铁合金废料(其主要化学组成为(单位：质量分数)：TFe=32.08、Ni=50.37、Sn=17.55)5t破碎到一定块状后转入中频炉，中频炉升温至1400℃，待物料呈熔融状态时，氮气喷枪深入熔池搅拌反应体系，升温至1500℃，在炉内保温20min后，将高硫煤(其主要化学组成为(单位：质量分数)：固定碳=76.96、灰分=15.69、挥发分=5.28、S=4.17)破碎到0.2～0.4mm粒度，用喷枪喷入熔池中，进行物料中锡的硫化挥发反应。随着反应的进行，间歇性提升氮气喷枪位置，以达到对熔池的最佳搅拌效果。氮气喷入压力维持在0.9-1.1MPa，炉温控制在1500-1550℃。硫化反应完成后（保温时间40min），停止向炉内喷入高硫煤，向熔池中加入一定的造渣剂，除去镍铁水中的杂质，熔池温度维持在1.3℃左右。25min后造渣反应完成，造渣剂完全分离。铁水与造渣剂分别从铁口和渣口排出，产出镍铁水4.08t（含镍63.4%），在此过程中有效回收了锡资源。

实施例3

将3t镍锡铁合金废料(其主要化学组成为(单位:质量分数)：TFe＝28.93、Ni＝54.38、Sn＝16.69)破碎至一定的块状后转入电炉中。当电炉升温至1300℃待物料呈熔融状态时，氮气喷枪深入熔池搅拌反应体系，升温至1400℃，在炉内保温30min后，将高硫煤(其主要化学组成为(单位:质量分数)：固定碳＝73.28、灰分＝17.02、挥发分＝5.23、S＝4.47)破碎至粒度为0.2～0.4mm，通过喷枪喷入熔池中，进行物料中锡的硫化挥发反应。随着反应的进行，间歇性地提升氮气喷枪位置，以达到对熔池的最佳搅拌效果。氮气的喷入压力维持在0.15-0.3MPa，炉温控制在1400-1450℃。硫化反应完成后（保温时间为80min），停止向炉内喷入高硫煤，向熔池中加入一定的造渣剂，除去镍铁水中的杂质，熔池温度维持在1.4℃左右。30min后造渣反应完成，造渣剂完全分离，铁水与造渣剂分别从铁口和渣口排出，镍铁水为2.411（含镍66.7%）。在此过程中，有效地回收了锡资源。

【权利要求】

1.一种镍锡铁合金废料硫化挥发及镍铁合金造渣回收锡的方法，其特征在于包含如下工艺步骤：将镍锡铁合金废料破碎至一定的块度后转入中频炉或电炉，待物料升温到一定温度呈熔融状态后，用氮气等惰性气体喷枪在熔池中深度搅拌，将高硫煤破碎至一定粒度后用喷枪喷入熔池中，使物料中的锡发生硫化挥发反应，反应完成后，停止向炉内喷入高硫煤，向熔池中加入一定的造渣剂，除去镍铁水中的杂质，控制一定的熔池碱度，待凝固时间后，待渣铁完全分离，生成的镍铁水及炉渣分别从铁口和渣口排出，有效回收了镍、铁、锡资源。

2.根据权利要求1所述的高硫煤硫化挥发镍锡铁合金废渣氧化制备镍铁合金并回收锡的方法，其特征在于：熔池造渣除杂工序所采用的造渣剂为CaO、MgO、CaCO3、SiO2中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种利用高硫煤硫化挥发镍锡铁合金废渣、氧化渣制备镍铁合金并回收锡的方法，其特征在于：反应过程中造渣剂的加入量根据碱度确定：

其表示为w{CaO)%+1Aw{MgO)%~w{Si02)%，碱度控制范围为1.2?1.4。

4.根据权利要求 1所述的高硫煤硫化挥发镍锡铁合金废弃物及氧化渣制备镍铁合金并回收锡的方法，其特征在于：所用硫化剂高硫煤的硫含量大于 3%，加入量以 C/Sn(2,3)摩尔比表示在 1.3-1.7 范围内。

5.根据权利要求1所述的高硫煤硫化挥发镍锡铁合金废渣氧化制取镍铁合金并回收锡的方法，其特征在于：高硫煤喷吹压力为0.6～1.3MPa。

6.根据权利要求 1所述的高硫煤硫化挥发镍锡铁合金废渣、氧化渣制备镍铁合金并回收锡的方法，其特征在于：物料熔融硫化时间为 1-1.5 小时。

7.根据权利要求 1所述的高硫煤硫化挥发镍锡铁合金废渣及氧化渣制备镍铁合金并回收锡的方法，其特征在于所用的搅拌惰性气体为氮气或氩气。

【文件编号】/

【公开日】2014年12月24日 申请日：2014年9月18日 优先权日：2014年9月18日

【发明人】朱海涛 申请人：朱海涛，