铁水提铌      (extraction of niobium from hot metal)

含铌铁水兑入炼钢炉前先提取铌的铁水预处理工艺。所得到的铌渣可用作制取铌铁或铌产品的原料。此法为中国开发的。中国包头白云鄂博共生铁矿石中含Nb₂O₅ 约0．1％。由于矿石中铌含量低，且晶粒极细，难以直接选出铌精矿。在铁矿石选矿过程中，部分铌进入铁精矿。在随后高炉冶炼中铁精矿中的铌大部分进入铁水。在高炉全部使用上述含铌铁精矿的情况下，铁水中含铌约0．08％。表1为包头钢铁公司(包钢)高炉铁水的大致成分，这种铁水除含Nb之外，还含有较高的Mn和P。

                                      表l中国包头钢铁公司高炉铁水的典型化学成分

  元素

    C

    Si

    Mn

    P

    S

  Nb

 
成分／％
 

    3．9
 
～4．5

    O．8
 
～1．3

    O．8
 
～1.6

 0．60
 
～O．65

  O．02
 
～O．04

  O．06
 
～O．10

方法           20世纪60～80年代，中国许多冶金企业曾分别采用喷雾法、侧吹转炉法、底吹转炉法、分段底吹连续法进行过铁水提铌工业性或半工业性试验。但都未进入工业生产阶段。

喷雾法     这是一种连续提铌方法，它的设备装置如图1所示。进行提铌处理时，使铁水由铁水包通过中间罐不断流入反应室。通过反应室顶部的喷雾器，用高速富氧气流把铁水雾化成液滴，在反应室内落下。铁滴中的易氧化元素被气相中的氧所氧化，形成含铌熔渣。铁滴和熔渣落到反应室下部后进入流槽，在流槽中渣铁继续反应并分离，然后分别由渣口和铁口流入渣罐和铁罐。在60年代进行喷雾法提铌试验时，铁水流量分别为每小时30、60和180t，单位铁水产渣量40～60kg／t，铌的氧化率为68．4％～80％，铌渣含Nb₂O₅为1．5％～1．92％。试验结果见表2。该方法渣中EFeO很高，P₂O₅ 含量也较高。

                          表2铁水雾化提铌试验结果(处理铁水量60t／h)

成分／％

  Nb

  C

  Si

  Mn

    P

    ℃

Nb2O5

 MnO

EFeO

Si02

 P205

 MgO

A12O3

处理前

O．079

 3．95

 O．70

    1．84

    0．805

    1335

处理后

O．018

 3．50

 O．07

    O．35

    O．724

    1454

    1．78

    27．56

    29．19

    23．35

    3．34

    7．43

    2．31

侧吹转炉法           60年代曾在5t白云石炉衬空气侧吹转炉中对包钢铁水进行过245炉提铌试验。该方法是先将铁水倒入炉内，铁水装炉温度在1330℃左右，然后吹炼5～10min。吹炼过程中加包钢生铁作冷却剂，目标吹炼温度为1350℃左右。不加熔剂。以碳焰上升作为吹炼终点信号。扒渣以后在另一个转炉中继续将半钢吹炼成钢。根据侧吹转炉的特点，吹炼时可通过摇炉控制空气射流位置，在铁水液面以下吹炼。当改变吹炼角度时，可使渣中∑FeO含量变化于5％～10％。适当高的∑FeO可提高铁水中铌的氧化率。试验结果见表3。铌的氧化率平均为80．7％，锰的氧化率平均为78．8％。

                          表3 5t空气侧吹转炉提铌试验结果

成分／％

    C

    Si

    Mn

    Nb

    P

    S

 Nb2O5

 MnO

∑FeO

Si02

 P2O5

 CaO

MgO

 
吹炼前
 

    3．9
 
～4．3

    O．7
 
～1．4

    O．4
 
～1．9

 O．06
 
～O．09

    O．55
 
～O．65

 O．022
 
～O．063

 
吹炼后
 

    3．6
 
～3．9

 O．007
 
～O．017

    O．2
 
～O．5

 O．007
 
～O．022

    O．55
 
～O．69

 0．016
 
～O．048

 
    2．10
 

 
    46．50
 

 
    9．10
 

 
  29．20
 

 
  O．60
 

 
  2．40
 

 
  2．40

底吹转炉法         60～80年代曾采用氧气底吹转炉进行了大量的铁水提铌试验。在5t白云石炉衬氧气底吹转炉上进行包钢铁水提铌试验时，底吹氧枪以轻柴油为冷却剂，枪数为2支或3支，供氧压力为0．4～0．6MPa。熔池深度为800mm左右，吹炼时间为7min左右。铁水装炉温度波动在1150～1210℃之间，吹炼过程目标温度为1350℃左右，加6％～15％包钢生铁作冷却剂。吹炼终点由耗氧量和炉口火焰状况确定。试验结果如表4所示，铌的氧化率为86．1％，锰的氧化率为75．4％。试验结果表明，用氧气底吹转炉处理含铌铁水，能获得渣中Nb₂O₅较高、∑FeO较低和P₂O₅低的优质铌渣，显示该提铌方法具有一定的优越性。

                     表4 5t氧气底吹转炉提铌试验结果

成分／％

  C

  Si

  Mn

    P

    Nb

 Nb2O5

  MnO

  ∑FeO

  Si02

  P205

  CaO

  MgO

  A12O3

  吹炼前

  3．94

  O．66

  1．14

  O．508

  O．061

  吹炼后

  3．10

  O．03

  O．28

  O．518

  O．0085

    2．74

    31．43

    6．3

  34．03

  O．22

  13．06

  7．76

  1．02

分段底吹连续法      这种铁水提铌方法是在80年代由中国和日本合作研究开发成功的。其试验装置如图2所示。铁水由3t低频感应炉供给，以50kg／min的流量倒入两个相互串联的300kg连续底吹筒式炉中进行处理。在第一座炉子中脱硅；在第二座炉子中提铌。在两级炉子中吹炼时，铁水成分的变化如图3所示。在脱硅段，铁水中硅从0．45％降至0．15％，[Nb]氧化率不超过10％；在提铌段，[Nb]氧化率达87％。两段连续处理含铌铁水的试验结果如表5所示。该工艺使用含铌0．1％的包钢铁水提铌，可获得含Nb₂O₅ 8％以上和低P₂O₅的较高品位铌渣，铌得到明显富集，且渣铁易分离。因此该提铌方法具有明显的优越性。

    阶  段

    C

    Si

    Mn

    P

    Nb

 Nb2O5

  Si02

  MnO

  TFe

  CaO

  P2O5

 
  脱si段

  入口
 

  3．84
 

  O．45
 

  1．3
 

  O．59
 

   O．10
 

  出口

  3．69

  O．15

  O．9

  O．59

   0．094

  O．78

 41．66

   37．66

   3．28

    3．71

   0．04

提Nb段

  出口

  3．04

  O．01

  O．25

  O．60

  O．012

  8．13

  22．30

  44．92

  9．81

  0．33

其他铁水提铌方法        60～80年代，中国许多单位还曾试验过其他两种铁水提铌方法。一种是将包头中贫铁矿石不经选矿直接用于高炉。这时矿石中70％左右的铌进入铁水，铁水中含铌为0．2％～0．3％。另一种是将包钢平炉炉渣或转炉渣装进高炉冶炼，得到含铌0．4％～1．3％的铁水。将这两种铁水用空气侧吹转炉或氧气底吹转炉进行提铌处理，可得含Nb₂O₅ 7％左右的铌渣。这种铌渣在电炉中脱铁后，再在电炉中用碳还原冶炼成含Nb10％～16％，含Mn40％～60％的铌锰铁合金。其中用平炉渣或转炉渣生产的铁水进行提铌的工艺，曾进行过小规模的工业生产，但由于经济原因停产。

基本原理       进行铁水提铌时，希望[P]尽量少氧化，以获得低P₂O₅的铌渣。控制渣中较低的∑FeO含量，可抑制[P]的氧化。底吹转炉吹炼时渣中∑FeO较低，因而能获得高(Nb)／(P)的优质铌渣。用底吹转炉提铌时，控制熔池吹炼过程铌碳选择性氧化的温度在1350℃左右，有利于[Nb]的氧化和减少[C]的氧化。过高的熔池温度将增加[C]的氧化，使渣中部分Nb₂O₅ 还原，降低了[Nb]的氧化率。在铁水分段底吹提铌的脱硅段，关键是控制硅铌选择性氧化的条件，达到[Si]优先氧化的目的。在底吹转炉风口处高氧位区，铁水中硅和铌均可被氧化；当初生渣上浮过程中，(Nb₂O₅ )可被[Si]还原，控制该反应越接近平衡状态，硅铌选择性氧化分离的效果越好。