包头含铌钢渣提铌      (extraction of niobium from Baotou steel slag)

以中国包头钢铁公司炼钢的含铌炉渣为原料，采用炼铁、炼钢的方法提高炉渣中铌的品位，进而生产低品位铌铁合金的过程，为含铌钽原料处理方法之一。包头白云鄂博铁、稀土、铌矿体中铌的储量大，但铌矿物晶粒细，铌品位低，迄今尚未找到一种经济有效的精选富集方法。现时较通用的提铌方法是将包头含铌的铁精矿和中贫矿在高炉炼铁过程铌中被碳还原而进入铁中得到富集，在平炉或转炉炼钢时铁中的铌被氧化而进入炉渣得到进一步富集。此平炉或转炉炼钢炉渣称为含铌钢渣(平炉渣或转炉渣)。平炉炼钢的初期渣的氧化铌含量由原矿中的0．1％富集到0．7％～0．9％，最高可达1．23％。转炉炼钢渣中的铌比平炉炼钢渣稍低。以含铌平炉钢渣为炉料，经小高炉炼铁和转炉吹炼，铌进入炉渣中再次得到富集。这种富含铌的炉渣可用电炉还原法直接生产出低品位铌铁。包头钢铁公司的提铌流程如图，主要由小高炉炼制含铌生铁、转炉吹炼铌渣和电炉炼铌铁过程组成。

含铌平炉渣中的铌矿物        含铌平炉渣中的铌矿物主要是烧绿石(含Nb₂O₅ 约57％)和黑镁铁锰矿(含Nb₂O₅约6％)。烧绿石粒度很细(20～100／μm)，全部被锰橄榄石、黑镁铁锰矿、磁铁矿和磷灰石所包裹，用选矿方法难以精选富集。典型含铌平炉渣的主要成分列举于表。

小高炉炼制含铌生铁      在炼铁小高炉内将含铌平炉渣中铌、铁等还原成含铌生铁的连续生产过程。小高炉炼铁用的还原剂主要是焦炭，其次是鼓风炉发生氧燃烧产生的一氧化碳、氧气以及燃料在小高炉中反应生成的氢气。在小高炉炼铁过程中，含铌钢渣中的一些主要成分的还原顺序为磷>铌>锰>硅。铌的还原反应为：

将粒径5～100mm的混合含铌平炉渣、焦炭、助熔剂石灰等固体原料按规定配比通过炉顶进料装置分批送入小高炉。焦炭和含铌平炉渣(或矿石)分层交替放置在炉中。含铌钢渣中的铁、铌、硅等在熔炼过程中被还原熔炼成含铌的生铁和渣，定期分别从出铁口和出渣口放出。含铌平炉渣中的氧化铁含量高，熔炼时无软化区。为提高铌的回收率，炉温控制在使铁中硅含量为0．5％～0．9％，熔炼碱度为0．65～1．15，并采用大风量操作，平均风温在1073K以上。为改善炉料的透气性和达到烧透炉缸中心，要以富含铌的平炉初期渣作原料，并用含铌白云石代替部分萤石。所得生铁成分(质量分数ω／％)为：Nb0．5～0．7，Si0．3～0．8，P7～9，Mn2．6～4．0，C2～2．5。高炉渣成分(质量分数ω／％)为：Nb₂O₅0．09～0．15，SiO₂ 27～30，Al₂O₃ 4～7，CaO34～37，P0．2，MnO4～6，MgO12～14。除用含铌平炉渣外，也可采用富含铌的中贫铁矿或富铌铁精矿直接入小高炉炼铁。

转炉吹炼铌渣       依靠炉内液态含铌生铁的物理热和生铁内各组分(铁、锰、硅、磷、铌等)与送入炉内的空气或富氧进行化学反应所产生的热量，达到反应所需的温度而将含铌生铁中的铌吹炼成铌渣的过程。转炉吹炼主要发生氧化反应，各元素按其与氧结合能力的顺序依次被氧化，最先氧化的是硅和锰，然后是铌和磷。吹炼采用酸性的空气侧吹或氧气顶吹转炉，不但转炉寿命长，而且吹炼效果也好。转炉吹炼铌渣和炼钢的不同之处在于，炼钢要求将钢液加热到出钢温度(1873K以上)，吹炼终了时要加入锰铁、硅铁或铝等脱氧剂脱除钢液中的少量过剩溶解氧，而转炉吹炼铌渣仅要求将铌充分氧化，并得到含铌量高的铌渣。吹炼终点以碳焰露头为度，吹炼时间一般为20～24min。为抑制有害元素磷的过早氧化，在吹炼制度上改高温浅吹为低温深吹，以避免温度急剧上升。转炉吹炼铌渣所得的钢为高磷半钢。吹炼过程中当碳焰露头时，即倒炉扒出一次渣，然后再加入适量的冷料调温，再送风继续深吹。碳焰第二次露头时进行第二次倒炉排渣，吹炼便告结束。所得渣为转炉渣。在正常吹炼温度下，适当延长吹炼时间，有利于铌的充分氧化。转炉吹炼的成渣率一般为12％，转炉渣的成分主要有铌钛锰矿、片硅铌锰矿、红钛铌锰矿、锰橄榄石和玻璃体，其化学成分(质量分数ω／％)为：Nb₂O₅ 7～9，P₂O₅ 4～10，TFe5～8，MnO 50～60，SiO₂ 15～30。高磷半钢成分(质量分数ω／％)为：Nb≤0．1，Si≤0．2，．Mn≤1．5，P7～9，C≤2．0。

电炉炼铌铁       用电弧炉还原含铌转炉渣生产铌铁合金的过程。含铌转炉渣一般含有P₂O₅ 10％～15％的铁珠，所含磷量为渣中总磷量的50％～60％。为了分离渣中的游离铁和降低磷含量，采用分步熔炼的方法。第一步电炉脱铁去磷，第二步熔炼铌铁。根据P₂O₅和FeO先于Nb₂O₅还原的原理，控制还原剂用量和较低的炉温，以及加入脱磷剂(NaCI：Na₂CO₃=1：1)等条件下进行强化脱磷。脱磷终了时，将熔体倒入地槽，自然冷却使渣铁分离。将脱铁后的部分铌渣再装入电炉，并加入少量焦炭粉，然后下降电极起弧，同时将剩余铌渣和造渣剂石灰加入炉内，进行第二步熔炼铌铁。在熔炼过程中，要定时推料，使炉料彻底熔化；并定时加入焦炭以使炉内保持还原气氛。熔炼终了扒渣并倒出熔体。为提高铌的回收率和保证铌铁的含铌品位高，熔炼碱度控制在0．8～1．0，焦炭粉用量为理论量的120％。为使铌充分还原，一般在出炉前需加少量铝进行5min强化还原。电炉熔炼所得铌铁品位较低，其成分(质量分数ω／％)为：Nb14～16，Si<2．0，Mn40～60，P1～2，C6～8。这种铌铁主要用于冶炼铌钢。电炉渣成分(质量分数ω／％)为：Nb₂O₅ 0．25，MnO40～50，CaO18～20，SiO₂ 20～40，TFe<1．5，可作为回收锰的原料。