一种从白云鄂博低品位矿中同步提取铁和铌的方法

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一种从白云鄂博低品位矿中同步提取铁和铌的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及从低品位白云鄂博矿中提取铁和分离微量稀土元素的氯化冶金方法，属于火法冶金领域。
背景技术
[0002] 包头白云鄂博矿是以铁为主，铌、稀土等多金属共伴生矿床，已探明稀土储量为
4350万吨，居世界第一，铌储量为660多万吨，居世界第二，是我国最重要的铌资源基地。白云鄂博矿中铌、铁共伴生，镶嵌紧密，品位低，选冶难。在原矿选铁过程中，部分铌随铁选出，其余铌残留在选铁尾矿中，使铌的提取更加困难。铁精矿中铌的提取曾采用高炉还原的方法，使铌进入铁水，通过转炉吹炼含铌铁水使铌氧化进入渣中，含铌渣再在电弧炉中脱铁脱磷，达到提取铌的目的。研究表明，在高炉还原过程中, 铌矿物将被还原为碳化铌(NbC)，在渣铁界面形成NbC 滞留带，限制了铌在铁水中的溶解，使高炉中铌的回收率仅为40 % -70 %，限制了该提铌技术的应用。
[0003] 非高炉炼铁技术是当今钢铁生产工艺中很受关注的技术之一，是资源综合利用、含铁复合矿、难选矿、特殊矿冶炼的重要手段。根据产品的形态不同，非高炉炼铁技术可分为熔融还原与直接还原两种。直接还原是以非焦煤为能源，在不熔化、不造渣的条件下，原料保持原有物理形态，铁的氧化物经还原获得以金属铁为主要成分的固态产品的技术方法；熔融还原是以非焦煤为能源，铁矿物在高温熔融状态下完成还原过程，获得液态铁水和熔渣的技术方法，主要有COREX、FINEX、HIsarna三种。
[0004] 高温氯化挥发是处理低品位有色金属物料(极低品位矿及二次资源)的重要方法。
铌矿中各种金属及其氧化物、硫化物和其他复杂化合物，在一定条件下，绝大多数均能与化学活性很高的氯形成具有显著性能差异的金属氯化物。通过高温氯化使有价金属形成气相氯化物进入烟气，再进行回收；氯化冶金方法是在近年来在解决了设备材料、技术方案实施难点等问题后而被重视起来，有望成为未来重要的有色金属冶炼方法，尤其对低品位难处理金属物料具有极大优势。
[0005] 熔盐的诸多优越性质,如高温下的稳定性、在较宽范围内的低蒸汽压、低粘度、良好的导电性、较高的离子迁移和扩散速度、高热容量、具有溶解不同材料的能力等，可作为熔盐氯化反应的介质, 既能提供良好的反应界面, 又成为加快氯化反应的有效催化剂。
[0006] 在富铌熔渣的高温氯化工艺中，氯化剂可以是固体氯化剂，也可采用气体氯化剂（H2，HCl，NH3Cl等）。固体氯化剂在一定条件下可产生气体氯化剂(Cl2；HCl)而实现有价金属的氯化。固体氯化剂为Ca(ClO)或CaCl2。
[0007]  研究表明，在高温熔盐氯化过程中，气态氯化剂在还原剂存在将铌氧化物变成氯化物：
[0008] Nb2O5+5Cl2=2NbCl5+5O2
[0009]  还原剂可以降低铌氧化物的氯化起始温度，使氯化反应加速进行。还原剂可以是碳、石墨粉、焦炭、炭黑、石油焦和木炭等。碳做还原剂不仅价格较便宜，而且在高温下不易和氯化合却可与氧作用生成CO和CO2，有助于活化氯化过程。
发明内容
[0010] 本发明的目的在于提供短流程、同步、节能环保的一种从白云鄂博低品位矿中同步提取铁和铌的方法。
[0011] 本发明的技术方案包括以下工艺步骤：
[0012] 本发明一种从白云鄂博低品位矿中同步提取铁和铌的方法，包括以下方法步骤：
[0013] 1）将低品位铌铁矿进行预处理，得到高温粒料；
[0014] 2）高温粒料经熔融还原，得到含铌铁水和含铌除铁熔渣；
[0015] 3）对含铌铁水进行氧化造渣，得到除铌粗铁及富铌熔渣；
[0016] 4）将步骤2）中的除铁熔渣及步骤3）中的富铌熔渣进行混合调质，得到低粘度含铌熔渣；
[0017] 5）低粘度含铌熔渣进行氯化处理，得到除铌残渣及气态多金属氯化物；
[0018] 6）气态多金属氯化物冷凝分离，得到铌的氯化物。
[0019] 进一步：将低品位铌铁预处理后，采用还原剂进行熔融还原，得到铁水和还原熔渣。
[0020] 进一步：高温粒料熔融还原温度：1500℃-1600℃。
[0021] 进一步：含铌铁水氧化：向铁水中吹氧，使铁水中的铌被氧化后转移到渣层中，得到氧化渣。
[0022] 进一步：富铌熔渣：将熔融还原过程中产生的还原熔渣和氧化铁水后得到的氧化渣进行热态混熔，得到低粘度富铌熔渣，其中：热态混熔温度：1300℃-1500℃。
[0023] 进一步：低粘度含铌熔渣氯化处理：用氯化剂对富铌熔渣进行氯化，氯化温度：
1300℃-1500℃，使熔渣中多种元素的氧化物变成易挥发的氯化物，得到含有NbCl5多组分的高温气态氯化铌混合物；其中：氯化剂采用Cl2、NH3Cl、次氯酸钙或氯化氢；氯化过程中熔渣里需有的还原剂为碳粉、煤粉或煤焦油。
[0024] 进一步：高温气态氯化铌混合物冷凝分离：利用各氯化物沸点的不同，将高温混合氯化物逐级降温冷却，通过洗涤净化实现金属氯化物的分离和氯化铌的回收。
[0025] 进一步：高温气态氯化铌混合物冷凝分离采用分段方式；第一段将高温烟气降温至260℃，大部分气态有价金属氯化物冷凝分离；第二段将烟气冷却小于200℃，低沸点有价金属氯化物（NbCl5）冷凝成固体尘粒。
[0026] 进一步：低品位铌铁矿中铁的含量为20% 50%，铌含量为0.1% 0.4%。
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[0027] 进一步：所述的低品位铌铁矿包括选矿后的二次尾矿。
[0028] 本发明具有以下的优点与积极效果：
[0029] 本发明工艺设计巧妙之处在于，本发明在从低品位矿中提炼出铁的同时，将矿中铌等稀土元素得以分离，实现在同一热过程中多金属资源短流程梯级提取分离。
[0030] 由于低品位铌铁矿（尾矿）中铁、铌结合紧密，回收率低，选冶能耗高等难题，通过本发明的技术方案，可达到低品位矿中的铁和有价金属氯化物的同步提取，和分离回收的良好技术效果。因此，本发明的技术方案具有工艺简单实用，易于工业化应用的良好特点。
且本发明的技术方案能适应各种用低品位铌铁矿或固体废弃物的处理过程。达到铁与有价金属的分离回收，降低冶金辅料的消耗，提高回收率；本发明工艺可直接利用提铁熔渣进行氯化，省去了传统工序的加热过程，显著降低了能耗；本发明技术方案的优势还在于可降低冶金设备设施的建设、运行和维护成本。
[0031] 所述铁水为粗铁，内含P、S、C、Si等多种元素。熔融还原渣为多组分硅酸盐熔体，主要成分为金属氧化物和非金属氧化物。
[0032] 具体特点如下：
[0033] (1)可以处理各种含铁和铌的低品位矿、尾矿及固体废弃物。
[0034] (2)传统工艺中，炼铁和稀有金属提取是两个分开的过程，通过本技术的应用，在同一热过程中实现了资源的梯级回收，降低了消耗，减少成本、增加了收益。
[0035] (3)与氯化焙烧相比，本技术中的熔盐氯化过程短，残留率低，易于分离提纯，氯化物产品种类多。
[0036] (4)熔融还原得到的高温渣可以直接用于氯化工艺，热能利用率高，操作方便，处理成本低。
附图说明
[0037] 附图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
[0038] 下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。实施例的给出决不是限制本发明。
[0039] 实施例1
[0040] 铌铁矿中铁和铌的提取与分离
[0041] 原料中金属氧化物的含量(％)为：TFe 15～24；Nb2O5 0.15～0.20；REO 6～10。
[0042] 分为矿粉熔融还原、熔渣化提铌和烟气冷凝分离三部分。
[0043] 熔融还原：
[0044] 1）铁矿粉与热烟气经管道汇合进入旋风预热还原器进行预热后送入熔融气化炉内。
[0045] 2）在熔融气化炉内炉料与注入的O2和煤粉反应生成煤气、铁液、渣液，铁液、渣液分别通过各自的排出口排出。
[0046] 3）熔融气化炉内反应后生成的煤气与熔融气化炉上端喷入的水蒸气或CO2和煤粉换热后进入旋风预热还原器用于矿粉的预热。
[0047] 4）旋风预热还原器排出的煤气中含有大量的灰尘，通过除尘器将煤气中的气体和固体灰尘分离。
[0048] 5）向铁液中通入氧气进行氧化，将铁液中铌氧化后进入渣层中。
[0049] 熔盐氯化：
[0050] 将熔融还原产生的渣液和氧化铁水产生的氧化渣引入到氯化炉内，在有还原剂（煤）存在的条件下，通入氯气在1350℃下进行氯化，铌元素的挥发率在98%以上。产生的高温氯化物烟气进入到冷凝分离工序。
[0051] 烟气冷凝分离：
[0052] 首先将高温烟气冷却至260～270℃；使沸点低于260℃ 的氯化物冷凝，再将剩余气体降温到198℃，将含有NbCl5的气态氯化物冷凝成尘粒。剩余气体再冷却至45～50℃，导入洗脱塔内，用3.0mol/L MgCl2、0.5mol/L HCl洗脱液进行洗脱，回收各金属。