1.本發(fā)明涉及冶金工業(yè)廢渣處理領(lǐng)域，更為具體地，涉及一種基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法。

背景技術(shù)：

2.鎳鐵渣是鎳鐵冶煉工藝中排放的固體廢渣，每1噸鎳鐵大約產(chǎn)生6噸爐渣，隨著我國冶煉鎳鐵合金規(guī)模逐步擴大，鎳鐵渣的年排放量超過3000萬噸，已成為繼鐵渣、鋼渣、赤泥之后第四大冶煉渣。與其他冶金渣相比，鎳鐵渣有價金屬回收難度大，排渣量大，已逐步成為冶金廢渣處理的一大難題。目前，鎳鐵渣處置、利用技術(shù)的發(fā)展相對滯后，我國對鎳鐵渣的綜合利用率不足10％，缺少大規(guī)模消納途徑，主要采用堆砌或填埋處理，不僅占用大量土地，且對土壤和環(huán)境造成污染，給鎳鐵冶煉的可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

3.紅土鎳礦火法冶煉鎳鐵的工藝方法主要為rkef，即回轉(zhuǎn)窯干燥－電爐還原熔煉工藝，該工藝鎳鐵渣的主要成分是sio2、mgo、al2o3、fe2o3、cao等，礦物組成主要有鎂鐵橄欖石、輝石(含鎂)、頑輝石等，水淬的鎳鐵渣還含有大量的玻璃相。為了減少鎳鐵渣帶來的危害，提高二次資源的再利用，為鎳鐵冶煉行業(yè)探索出一條綠色發(fā)展的工藝，有必要加強鎳鐵渣的綜合利用研究。

4.目前針對水淬鎳鐵渣含有一定的火山灰活性的特性，參照高爐渣、礦渣、粉煤灰綜合利用的方法，鎳鐵渣可部分替代高爐渣、礦渣等用來制備水泥、混凝土或用作混凝土骨料，還可用來制備礦渣纖維、微晶玻璃等建筑材料，且大多處于實驗室研究階段。

5.例如：專利cn201510440419.3公開了一種利用水淬鎳鐵渣生產(chǎn)混凝土的方法；cn201510187193.0公開了一種用高溫液態(tài)鎳鐵合金廢渣和粉煤灰為原料制造礦渣纖維的方法；以及論文“紅土鎳礦火法冶煉鎳鐵

?

金屬鎂聯(lián)產(chǎn)工藝分析”。

6.以上專利或論文所述工藝或方法在一定程度上實現(xiàn)了鎳鐵渣的利用，但是大多產(chǎn)品附加值低或只處于理論階段，且對鎳鐵渣的利用量十分有限，未能綜合利用fe、mg、si、al等元素，造成了資源的大量浪費。

7.因此，為解決上述問題，需要提供一種基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

8.鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，以解決由于鎳鐵渣的活性低、穩(wěn)定性差而導(dǎo)致的綜合利用渠道少、利用成本高等問題。

9.本發(fā)明提供一種基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，包括：

10.將固態(tài)鎳鐵渣制作成球團，并對所述球團進行干燥處理，形成鎳鐵渣球團；

11.將所述鎳鐵渣球團輸送到上料系統(tǒng)，其中，所述上料系統(tǒng)為真空密封系統(tǒng)，以隔絕外界空氣以及穩(wěn)定所述上料系統(tǒng)內(nèi)的壓力；

12.通過所述上料系統(tǒng)將所述鎳鐵渣球團輸送至真空感應(yīng)加熱還原系統(tǒng)，并在所述真空感應(yīng)加熱還原系統(tǒng)對所述鎳鐵渣球團進行加熱還原處理，生成硅鐵水和爐渣，其中，加熱

還原處理的溫度為1500℃

?

1550℃，壓力為1000

?

3000pa，保溫30

?

60min；

13.通過出鐵出渣系統(tǒng)對所述硅鐵水和爐渣進行處理，獲取硅鐵以及爐渣。

14.此外，優(yōu)選的方案是，所述將固態(tài)鎳鐵渣制作成球團，并對所述球團進行干燥處理，形成鎳鐵渣球團，包括如下步驟：

15.將所述固態(tài)鎳鐵渣、還原劑以及粘結(jié)劑按比例混合后輸送至混料機混合均勻形成混合粉料；

16.將所述混合粉料輸送至制球機壓制成球團，其中，所述制球機的制團壓力為20

?

25mpa；

17.將所述球團放置到干燥機中進行烘干脫水，形成所述鎳鐵渣球團，其中，所鎳鐵渣球團的水分小于1％。

18.此外，優(yōu)選的方案是，在將所述固態(tài)鎳鐵渣、還原劑以及粘結(jié)劑按比例混合之前，還包括研磨步驟：將所述鎳鐵渣、所述還原劑分別磨成粒度小于0.6mm的顆粒。

19.此外，優(yōu)選的方案是，所述還原劑為煙煤或半焦，所述煙煤或半焦的含碳量為鎳鐵渣有價金屬fe、si摩爾當(dāng)量的1.2倍；

20.所述粘結(jié)劑為caf2、kf、naf中的任意一種或至少兩種按照預(yù)設(shè)比例混合而成，含量為渣量5

?

10％。

21.此外，優(yōu)選的方案是，所述真空感應(yīng)加熱還原系統(tǒng)對所述鎳鐵渣球團進行加熱還原處理，其主要反應(yīng)為：

22.sio2(s)+5c(s)+fe2o3＝2si

?

fe(l)+5co(g)

23.從上面的技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，通過真空加熱還原系統(tǒng)將鎳鐵渣中鐵、硅還原成硅鐵，富集氧化鎂渣作可為氧化鎂耐火材料或煉鎂原料，達到綜合利用鎳鐵渣的目的；并且能綜合利用鎳鐵渣mg、fe、si、al等元素，實現(xiàn)鎳鐵渣有價資源的大規(guī)模二次利用，減少土地占用及環(huán)境污染。

24.為了實現(xiàn)上述以及相關(guān)目的，本發(fā)明的一個或多個方面包括后面將詳細(xì)說明的特征。下面的說明以及附圖詳細(xì)說明了本發(fā)明的某些示例性方面。然而，這些方面指示的僅僅是可使用本發(fā)明的原理的各種方式中的一些方式。此外，本發(fā)明旨在包括所有這些方面以及它們的等同物。

附圖說明

25.通過參考以下結(jié)合附圖的說明，并且隨著對本發(fā)明的更全面理解，本發(fā)明的其它目的及結(jié)果將更加明白及易于理解。在附圖中：

26.圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法流程示意圖；

27.圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的裝置示意圖。

28.其中，1、上料倉，2、下料倉，3、密閉室，4、出鐵口，5、真空泵，6、感應(yīng)爐，7、出渣口。

29.在所有附圖中相同的標(biāo)號指示相似或相應(yīng)的特征或功能。

具體實施方式

30.針對前述提出的由于鎳鐵渣的活性低、穩(wěn)定性差而導(dǎo)致的綜合利用渠道少、利用成本高等問題，本發(fā)明提出了一種基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，從而解決上述

問題。

31.在下面的描述中，出于說明的目的，為了提供對一個或多個實施例的全面理解，闡述了許多具體細(xì)節(jié)。然而，很明顯，也可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實現(xiàn)這些實施例。

32.以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進行詳細(xì)描述。

33.為了說明本發(fā)明提供的基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法流程。

34.如圖1所示，本發(fā)明提供的基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，包括：s110：將固態(tài)鎳鐵渣制作成球團，并對所述球團進行干燥處理，形成鎳鐵渣球團；

35.s120：將所述鎳鐵渣球團輸送到上料系統(tǒng)，其中，所述上料系統(tǒng)為真空密封系統(tǒng)，以隔絕外界空氣以及穩(wěn)定所述上料系統(tǒng)內(nèi)的壓力；

36.s130：通過所述上料系統(tǒng)將所述鎳鐵渣球團輸送至真空感應(yīng)加熱還原系統(tǒng)，并在所述真空感應(yīng)加熱還原系統(tǒng)對所述鎳鐵渣球團進行加熱還原處理，生成硅鐵水和爐渣，其中，加熱還原處理的溫度為1500℃

?

1550℃，壓力為1000

?

3000pa，保溫30

?

60min；

37.s140：通過出鐵出渣系統(tǒng)對所述硅鐵水和爐渣進行處理，獲取硅鐵以及爐渣。

38.上述步驟通過真空感應(yīng)爐實現(xiàn)鎳鐵渣冶煉硅鐵，其中，鎳鐵渣冶煉硅鐵通過基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的裝置來實現(xiàn)的，其中，圖2示出了基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的裝置。

39.如圖2所示，基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的裝置包括上料系統(tǒng)、真空感應(yīng)加熱還原系統(tǒng)和出鐵出渣系統(tǒng)，其中，上料系統(tǒng)包括上料倉1和上料倉2，并且所述上料倉1和所述下料倉2為密封結(jié)構(gòu)，在所述上料倉1、所述下料倉2上分別設(shè)置有真空氣孔和氬氣孔，真空氣孔與真空泵5相連接。

40.其中，真空感應(yīng)加熱還原系統(tǒng)包括密閉室2、設(shè)置在密閉室2中的感應(yīng)電爐6，其中，在感應(yīng)電爐6的上方設(shè)置有進料管道，所述進料管道穿到所述密閉3室與所述下料倉2相連接；在所述感應(yīng)電爐6的內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)襯，所述內(nèi)襯由石墨質(zhì)耐火材料構(gòu)成；在所述感應(yīng)電爐6的外部設(shè)置有保護層，所述保護層由鎂質(zhì)耐火材料構(gòu)成。

41.其中，密閉室3、所述感應(yīng)電爐6均設(shè)置有真空氣孔和氬氣孔，當(dāng)所述感應(yīng)電爐運行時，通過氬氣孔向所述密閉室3、所述感應(yīng)電爐6充入氬氣，且所述密閉室內(nèi)3的氣體壓力要大于所述感應(yīng)電爐6內(nèi)的氣體壓力；其中，所述感應(yīng)電爐6的內(nèi)襯在感應(yīng)電磁場作用下產(chǎn)生感應(yīng)熱。

42.其中，出鐵出渣系統(tǒng)用于處理所述感應(yīng)爐加熱還原系統(tǒng)處理后的硅鐵以及爐渣，其中，在所述感應(yīng)電爐6的側(cè)壁上設(shè)置有出鐵口和出渣口7，其中，出鐵口用于排出生成的硅鐵水；出渣口7用于排出生成的高品位的含鎂渣。

43.在本發(fā)明的實施例中，通過上述裝置對鎳鐵渣進行加熱還原處理，通過真空加熱還原系統(tǒng)、上料系統(tǒng)的相互配合能夠有效地將鎳鐵渣中鐵、硅還原成硅鐵，剩余富集氧化鎂渣作為氧化鎂耐火材料原料或煉鎂原料，達到綜合利用鎳鐵渣的目的。

44.其中，在步驟s110中，所述將固態(tài)鎳鐵渣制作成球團，并對所述球團進行干燥，形成鎳鐵渣球團，包括如下步驟：

45.s111：將所述固態(tài)鎳鐵渣、還原劑以及粘結(jié)劑按比例混合后輸送至混料機混合均勻形成混合粉料；

46.s112：將混合粉料輸送至制球機壓制成球團，其中，所述制球機的制團壓力為20

?

25mpa；

47.s113：將所述球團放置到干燥機中進行烘干脫水，形成鎳鐵渣球團，其中，所鎳鐵渣球團的水分小于1％。

48.此外，在將所述固態(tài)鎳鐵渣、還原劑以及粘結(jié)劑按比例混合之前，還包括研磨步驟：將所述鎳鐵渣和、所述還原劑分別磨成粒度小于0.6mm的顆粒。

49.在本發(fā)明的實施例中，采用固態(tài)鎳鐵渣作為原料，還原劑為煙煤或半焦，其有效含碳量為鎳鐵渣有價金屬fe、si摩爾當(dāng)量的1.2倍，稀渣劑為caf2、kf、naf中的任意一種或至少兩種按照一定比例混合而成，用量為渣量的5

?

10％。加入稀渣劑可對含氧化鎂的高粘度爐渣進行稀釋處理，使得利用碳還原鎳鐵渣冶煉硅鐵更為容易高效。

50.也就是說，將鎳鐵渣和還原劑均磨成粒度小于0.6mm的顆粒，然后將所有爐料在混料機中混合均勻；混合后的爐料在制球機中壓制成球團(制團壓力為20

?

25mpa)；將制好的球團，在干燥機中進行烘干脫水；要求水分小于1％；干燥后的球團送入上料倉1備用。上料系統(tǒng)采用上下雙倉式進行密封，料倉內(nèi)設(shè)置有抽真空和充氬氣孔，以隔絕空氣和穩(wěn)定倉內(nèi)壓力。

51.在步驟s130中，所述對所述鎳鐵渣球團進行加熱還原處理，生成硅鐵水和爐渣，包括如下步驟：

52.s131：將所述密閉室、所述感應(yīng)電爐分別抽成真空度900pa，關(guān)閉所述真空氣孔；

53.s132：分別向所述密閉室、所述感應(yīng)電爐內(nèi)通入氬氣，當(dāng)所述感應(yīng)電爐內(nèi)的氣體壓力達到0.1mpa后，關(guān)閉所述氬氣孔，并打開所述真空氣孔；

54.s133：循環(huán)上述步驟，充分排出感應(yīng)爐、密閉室及后續(xù)系統(tǒng)內(nèi)的殘余空氣，使得所述感應(yīng)電爐內(nèi)的氣體壓力在5000

?

10000pa，密閉室壓力0.11

?

0.13mpa；

55.s134：在循環(huán)上述步驟的過程中，向所述感應(yīng)電爐內(nèi)加入所述鎳鐵渣球團，通電加熱至1500℃

?

1550℃，所述感應(yīng)電爐內(nèi)氣體壓力控制在1000

?

3000pa，使得所述鎳鐵渣球團中的鐵和硅被充分還原，并保溫30

?

60min。

56.其中，所述鎳鐵渣球團中的鐵和硅發(fā)生還原反應(yīng)，其主要反應(yīng)為：

57.sio2(s)+5c(s)+fe2o3＝2si

?

fe(l)+5co(g)

58.在本發(fā)明的實施例中，在系統(tǒng)排氣過程中，向感應(yīng)爐內(nèi)加入球團，通電加熱至1500

?

1550℃，并維持感應(yīng)爐內(nèi)氣體壓力在1000

?

3000pa，此時的真空度和溫度恰好可控制鎳鐵渣中的鐵和硅被充分還原，而鋁、鎂不反應(yīng)；保溫30

?

60min是為了其發(fā)生充分還原反應(yīng)。

59.通過上述實施方式可以看出，本發(fā)明提供的基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，通過真空加熱還原系統(tǒng)將鎳鐵渣中鐵、硅還原成硅鐵，富集氧化鎂渣作可為氧化鎂耐火材料原料或煉鎂原料，達到綜合利用鎳鐵渣的目的；并且能綜合利用鎳鐵渣mg、fe、si、al等元素，實現(xiàn)鎳鐵渣有價資源的大規(guī)模二次利用，減少土地占用及環(huán)境污染。

60.如上參照附圖以示例的方式描述了根據(jù)本發(fā)明提出的基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對于上述本發(fā)明所提出的基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，還可以在不脫離本發(fā)明內(nèi)容的基礎(chǔ)上做出各種改進。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容確定。技術(shù)特征：

1.一種基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，其特征在于，包括：將固態(tài)鎳鐵渣制作成球團，并對所述球團進行干燥處理，形成鎳鐵渣球團；將所述鎳鐵渣球團輸送到上料系統(tǒng)，其中，所述上料系統(tǒng)為真空密封系統(tǒng)，以隔絕外界空氣以及穩(wěn)定所述上料系統(tǒng)內(nèi)的壓力；通過所述上料系統(tǒng)將所述鎳鐵渣球團輸送至真空感應(yīng)加熱還原系統(tǒng)，并在所述真空感應(yīng)加熱還原系統(tǒng)對所述鎳鐵渣球團進行加熱還原處理，生成硅鐵水和爐渣，其中，加熱還原處理的溫度為1500℃

?

1550℃，壓力為1000

?

3000pa，保溫30

?

60min；通過出鐵出渣系統(tǒng)對所述硅鐵水和爐渣進行處理，獲取硅鐵以及爐渣。2.如權(quán)利要求1所述的基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，其特征在于，所述將固態(tài)鎳鐵渣制作成球團，并對所述球團進行干燥處理，形成鎳鐵渣球團，包括如下步驟：將所述固態(tài)鎳鐵渣、還原劑以及粘結(jié)劑按比例混合后輸送至混料機混合均勻形成混合粉料；將所述混合粉料輸送至制球機壓制成球團，其中，所述制球機的制團壓力為20

?

25mpa；將所述球團放置到干燥機中進行烘干脫水，形成所述鎳鐵渣球團，其中，所鎳鐵渣球團的水分小于1％。3.如權(quán)利要求2所述的基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，其特征在于，在將所述固態(tài)鎳鐵渣、還原劑以及粘結(jié)劑按比例混合之前，還包括研磨步驟：將所述鎳鐵渣、所述還原劑分別磨成粒度小于0.6mm的顆粒。4.如權(quán)利要求2所述的基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，其特征在于，所述還原劑為煙煤或半焦，所述煙煤或半焦的含碳量為鎳鐵渣有價金屬fe、si摩爾當(dāng)量的1.2倍；所述粘結(jié)劑為caf2、kf、naf中的任意一種或至少兩種按照預(yù)設(shè)比例混合而成，含量為渣量5

?

10％。5.如權(quán)利要求1所述的基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，其特征在于，所述真空感應(yīng)加熱還原系統(tǒng)對所述鎳鐵渣球團進行加熱還原處理，其主要反應(yīng)為：sio2(s)+5c(s)+fe2o3＝2si

?

fe(l)+5co(g)。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供一種基于真空感應(yīng)爐鎳鐵渣冶煉硅鐵的方法，包括：將固態(tài)鎳鐵渣制作成球團，并對所述球團進行干燥處理，形成鎳鐵渣球團；將所述鎳鐵渣球團輸送到上料系統(tǒng)，其中，所述上料系統(tǒng)為真空密封系統(tǒng)，以隔絕外界空氣以及穩(wěn)定所述上料系統(tǒng)內(nèi)的壓力；通過所述上料系統(tǒng)將所述鎳鐵渣球團輸送至真空感應(yīng)加熱還原系統(tǒng)，并在所述真空感應(yīng)加熱還原系統(tǒng)對所述鎳鐵渣球團進行加熱還原處理，生成硅鐵水和爐渣，其中，加熱還原處理的溫度為1500℃

技術(shù)研發(fā)人員：李鳳善 黃忠源 路凱華 梁文玉 張富信 劉猛 馬煜真 薛滿齡

受保護的技術(shù)使用者：北京中冶設(shè)備研究設(shè)計總院有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2020.12.30

技術(shù)公布日：2021/5/18