一种基于固废制备无钙磷铁环调整剂的方法

摘要

本发明公开了一种基于固废制备无钙磷铁环调整剂的方法，调整剂包括铝矾土、硅砂、锰铁以及增碳剂，将以上组分进行处理后按比例混匀，得到均匀的磷铁环调整剂。固废铝矾土的添加以及通过与各组分的合理配比和合理混合能增大渣相粘度，同时避免脱硫后的回硫现象，一步实现增碳脱硫、粘结聚渣的效果，操作简单、易于工业化。

权利要求

1.一种基于固废制备无钙磷铁环调整剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：取铝矾土10 40 重量份；硅砂10 30重量份；锰铁10 50 重量份；增碳剂10 40 ~ ~ ~ ~

重量份，进行备料；

步骤2：将铝矾土进行机械研磨，研磨后进行筛分，得到粒度为20 100目的铝矾土颗粒，~

将筛分后的铝矾土颗粒置于马弗炉中在150 300℃的温度下烘干0.5 1.5h，将铝矾土颗粒~ ~

的水分脱除；

步骤3：将粒度为1 3 mm的硅砂，粒度为1 3 mm的锰铁，粒度为1 3 mm的增碳剂采用机~ ~ ~

械混和的方式进行混匀，得到混合物；

步骤4：将步骤2得到的铝矾土颗粒覆盖于步骤3得到的混合物上，封装之后即得无钙磷铁环调整剂。

2.根据权利要求1所述的基于固废制备无钙磷铁环调整剂的方法，其特征在于，所述铝矾土的组分为：Al2O3：70~80 wt%，Fe2O3：10~20 wt%，其余为不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述的基于固废制备无钙磷铁环调整剂的方法，其特征在于，所述不可避免的杂质包括水分及SiO2、MgO。

4.根据权利要求1所述的基于固废制备无钙磷铁环调整剂的方法，其特征在于，所述锰铁为锰铁合金，其中锰含量为60 65 wt%，余量为铁和不可避免的杂质。

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5. 根据权利要求1所述的基于固废制备无钙磷铁环调整剂的方法，其特征在于，所述增碳剂为石墨电极碎或石墨化石油焦，增碳剂的碳含量为96 99 wt%。

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6.一种无钙磷铁环调整剂改良磷铁环的方法，其特征在于，包括如以下步骤：步骤a：配置权利要求1 5任一项所制备的无钙磷铁环调整剂，使得无钙磷铁环调整剂~

的总添加量与废旧磷铁环的总加入量的质量比为(1 3):100；

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步骤b：将总加入量的10 30wt%的废旧磷铁环经感应炉熔融，感应炉熔融温度为1400~ ~

1500℃，将废旧磷铁环熔融至液态，且熔融为液态的废旧磷铁环占感应炉容量的15 20%；

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步骤c：将总添加量的28 32%的所述无钙磷铁环调整剂加入至步骤b的感应炉中；

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步骤d：向步骤c的感应炉中加入剩余的废旧磷铁环，感应炉熔融温度为1400 1500℃，~

待加入的废旧磷铁环完全熔融成液态后，再将剩余的68 72%无钙磷铁环调整剂加入至感应~

炉中；熔融精炼5 10min，调高感应炉温度至出炉温度：1450 1550℃，扒渣后出炉，得到改良~ ~

后的磷铁环铁水。

7.根据权利要求6所述的无钙磷铁环调整剂改良磷铁环的方法，其特征在于，所述感应炉为中频感应炉。

8.一种无钙磷铁环调整剂，其特征在于，所述无钙磷铁环调整剂采用权利要求1‑5任一项所述的方法制备得到，且其组分为：粒度为0.5 3 mm的铝矾土:10 40 wt%；粒度为1 3 mm~ ~ ~

的硅砂：10 30 wt%；粒度为1 3 mm的锰铁：10 50 wt%；粒度为1 3 mm的增碳剂：10 40 wt%。

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说明书

一种基于固废制备无钙磷铁环调整剂的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属冶炼及原料制备领域，具体涉及一种基于固废制备无钙磷铁环调整剂的方法。

背景技术

[0002] 我国电解铝产能为4000万吨/年，每年有约80万吨废磷铁环需要处理。磷铁环是电解铝生产过程中连接阳极碳块和导杆的核心部件，电解过程中石墨逐渐损失，有害元素富
集在磷铁环上，保护了钢爪，磷铁环则需要定期更换。随着环保要求的提高，各个铝厂逐渐
开始对废磷铁环进行回收再生。磷铁环的服役环境要求其对五大元素(C,S,P,Mn,Si)含量
的控制较为严格。目前再生工艺是将废磷铁环与调整剂共同熔融精炼，之后浇筑回用。但现
有问题为，磷铁环在精炼过程中，增碳操作和脱硫操作分步进行，导致冶炼时间增加、劳动
强度增大，且脱硫后无聚渣现象难以除渣或扒渣困难。

[0003] 铝矾土是一种固废资源(固体废弃物)，我国的铝矾土资源较为丰富，约37亿吨，居世界前列，将铝矾土固废高值化利用，对环境具有重要意义。

发明内容

[0004] 针对上述技术问题，本发明将铝矾土用于磷铁环调整剂中，因此提出一种基于固废铝矾土制备无钙磷铁环调整剂的方法。本发明将作为固废的铝矾土应用于调整剂中，制
备无钙磷铁环调整剂。本发明主要分为调整剂的制备方法和使用方法。

[0005] 通过如下技术手段实现：

[0006] 一种基于固废制备无钙磷铁环调整剂的方法，包括如下步骤：

[0007] 步骤1：取铝矾土10～40重量份；硅砂10～30重量份；锰铁10～50重量份；增碳剂10～40重量份，进行备料。

[0008] 步骤2：将铝矾土进行机械研磨，研磨后进行筛分，筛分为过20～100目的筛，得到铝矾土颗粒，将筛分后的铝矾土颗粒置于马弗炉中在150～300℃的温度下烘干0.5～1.5h，
将铝矾土颗粒的水分脱除。

[0009] 步骤3：将粒度为1～3mm的硅砂，粒度为1～3mm的锰铁，粒度为1～3mm的增碳剂采用机械混和的方式进行混匀，得到混合物。

[0010] 步骤4：将步骤2得到的铝矾土颗粒覆盖于步骤3得到的混合物上，封装之后即得无钙磷铁环调整剂。

[0011] 作为优选，所述铝矾土的组分为：Al2O3：70～80wt％，Fe2O3：10～20wt％，其余为不可避免的杂质。

[0012] 作为优选，所述不可避免的杂质包括水分及SiO2、MgO。

[0013] 作为优选，所述锰铁为锰铁合金，其中锰含量为60～65wt％，余量为铁和不可避免的杂质。

[0014] 作为优选，所述增碳剂为石墨电极碎或石墨化石油焦，增碳剂的碳含量为96～99wt％。

[0015] 一种无钙磷铁环调整剂改良磷铁环的方法，包括如以下步骤：

[0016] 步骤a：配置签署方法制备的无钙磷铁环调整剂，使得无钙磷铁环调整剂的总添加量与废旧磷铁环的总加入量的质量比为(1～3):100。

[0017] 步骤b：将总加入量的10～30wt％的废旧磷铁环经感应炉熔融，感应炉熔融温度为1400～1500℃，将废旧磷铁环熔融至液态，且熔融为液态的废旧磷铁环占感应炉容量的15
～20％。

[0018] 步骤c：将总添加量的28～32％的所述无钙磷铁环调整剂加入至步骤b的感应炉中。

[0019] 步骤d：向步骤c的感应炉中加入剩余的废旧磷铁环，感应炉熔融温度为1400～1500℃，待加入的废旧磷铁环完全熔融成液态后，再将剩余的68～72％无钙磷铁环调整剂
加入至感应炉中；熔融精炼5～10min，扒渣后出炉，调高感应炉温度至出炉温度：1450～
1550℃，得到改良后的磷铁环铁水。

[0020] 作为优选，其特征在于，所述感应炉为中频感应炉。

[0021] 一种无钙磷铁环调整剂，所述无钙磷铁环调整剂采用前述的方法制备得到，且其组分为：粒度为0.5～3mm的铝矾土:10～40wt％；粒度为1～3mm的硅砂：10～30wt％；粒度为
1～3mm的锰铁：10～50wt％；粒度为1～3mm的增碳剂：10～40wt％。

[0022] 本发明的技术效果在于：

[0023] 本发明通过添加并合理调整铝矾土的添加量同时与硅砂、锰铁的含量配合，使得调整剂添加到熔融合金液中后，使得聚渣粘结现象得到大幅改善。这是由于铝矾土中主要
成分为Al2O3，使得铝矾土熔点较高，约为1800℃～1900℃，在感应炉中表现出黏稠的状态，
使精炼后的渣相得以粘结聚集，避免产生回硫现象。铝矾土的添加量对于渣相粘结效果影
响较大，本发明通过研究发现，若添加量过少，渣相粘结度低，熔点偏低，扒渣仍不易进行；
若添加量过大，渣相粘结度过高，熔点偏高，精炼温度和能耗升高，渣相渣量过大，使得扒渣
更难进行，从而大大降低最终效果。因此本发明通过创造性的研发而确定了铝矾土的添加
量在本发明设定的范围内。

[0024] 本发明通过研究发现，只添加铝矾土无增碳脱硫效果；只添加硅砂、锰铁和增碳剂可达到增碳和脱硫效果，脱硫效率21％以上；而对于最终效果而言，单纯不添加铝矾土：表
面渣相聚集效果差，并且渣相熔点低。添加铝矾土：渣相有明显粘结现象，黑色物质增多，渣
相熔点升高。从而同时添加铝矾土、硅砂、锰铁和增碳剂并且将其含量限定在本发明的数值
范围内时，展现出明显的增碳脱硫效果，且脱硫效率34％以上，即本发明铝矾土的添加以及
合理对各个组分含量进行具体限定可使脱硫效率可提高13％以上。

[0025] 本发明在制备无钙磷铁环调整剂的时候通过将特定粒度的铝矾土颗粒铺设到特定粒度的硅砂、锰铁和增碳剂混合物之上(配合各组分的含量配比)，使得在调整剂应用的
时候不仅可以有效的粘结聚渣，简化扒渣操作，同时可提高脱硫效果。

附图说明

[0026] 图1为本发明对比例1的熔融试样图。

[0027] 图2为本发明实施例1的熔融试样图。

具体实施方式

[0028] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

[0029] 实施例1

[0030] 本实施例采用中频感应炉，本实施例的初始废旧磷铁环元素含量中C为2.01wt％；S为0.642wt％。磷铁环用量为400kg，其中无钙磷铁环调整剂配比为：铝矾土30wt％，硅砂
10wt％，锰铁30wt％，增碳剂30wt％。调整剂添加量为2.0wt％。

[0031] 将60kg的废旧磷铁环经感应炉熔融，感应炉熔融温度为1430℃，将废旧磷铁环熔融至液态，且熔融为液态的废旧磷铁环占感应炉容量的16％。

[0032] 将总添加量的30％的所述无钙磷铁环调整剂加入至感应炉中。

[0033] 向感应炉中加入剩余的废旧磷铁环，感应炉熔融温度为1435℃，待加入的废旧磷铁环完全熔融成液态后，再将剩余的70％无钙磷铁环调整剂加入至感应炉中；熔融精炼
8min，扒渣后出炉，调高感应炉温度至出炉温度：1500℃。得到改良后的磷铁环铁水。取样测
定精炼后磷铁环元素含量，C：2.35wt％，S：0.421wt％。

[0034] 对比例1

[0035] 本对比例配料的调整剂中不含铝矾土，其它设置方式与实施例1相同，得到磷铁环铁水。取样测定精炼后磷铁环元素含量，C：2.34wt％，S：0.508wt％。

[0036] 对比例2

[0037] 本对比例配料的调整剂中只含铝矾土，其它设置方式与实施例1相同，得到磷铁环铁水。取样测定精炼后磷铁环元素含量，C：1.98wt％，S：0.641wt％。

[0038] 上述实施例和对比例的具体C和S的含量如表1所示：

[0039] 表1

[0040]

[0041] 由试验结果可以看出，只添加铝矾土增碳脱硫效果不明显；只添加硅砂、锰铁和增碳剂具有一定的增碳和脱硫效果，脱硫效率为21％；当添加铝矾土、硅砂、锰铁和增碳剂，且
采用本发明数值范围内的含量配比时，展现出明显的增碳脱硫效果，且脱硫效率为34％，相
比之下，铝矾土的添加可使脱硫效率可提高13％。通过上述对比实验的结果，同时结合图1
和图2的对比，由图可得不添加铝矾土：表面渣相聚集效果差，并且渣相熔点低。添加铝矾
土：渣相有明显粘结现象，黑色物质增多，渣相熔点升高。表明铝矾土的加入以及与硅砂、锰
铁和增碳剂的合理配比，不仅可以有效的粘结聚渣，简化扒渣操作，同时可提高脱硫效果。

[0042] 实施例2

[0043] 本实施例采用中频感应炉，本实施例的初始废旧磷铁环元素含量中C为2.46wt％；S为0.342wt％。磷铁环用量为400kg，其中无钙磷铁环调整剂配比为：铝矾土30wt％，硅砂
20wt％，锰铁20wt％，增碳剂30wt％。调整剂添加量为1.5wt％。

[0044] 将80kg的废旧磷铁环经感应炉熔融，感应炉熔融温度为1450℃，将废旧磷铁环熔融至液态，且熔融为液态的废旧磷铁环占感应炉容量的18％。

[0045] 将总添加量的30％的所述无钙磷铁环调整剂加入至感应炉中。

[0046] 向感应炉中加入剩余的废旧磷铁环，感应炉熔融温度为1455℃，待加入的废旧磷铁环完全熔融成液态后，再将剩余的70％无钙磷铁环调整剂加入至感应炉中；熔融精炼
6min，扒渣后出炉，调高感应炉温度至出炉温度：1530℃。得到改良后的磷铁环铁水。取样测
定精炼后磷铁环元素含量，C：2.78wt％，S：0.114wt％。

[0047] 实施例3

[0048] 本实施例的初始废旧磷铁环元素含量中C：2.02wt％；S：0.538wt％。磷铁环用量为400kg，其中无钙磷铁环调整剂配比为：铝矾土15wt％，硅砂15wt％，锰铁20wt％，增碳剂
50wt％。无钙磷铁环调整剂添加量为2wt％。

[0049] 熔融添加步骤和参数与实施例2相同，取样测定精炼后磷铁环元素含量，C：2.33wt％，S：0.267wt％。

[0050] 实施例4

[0051] 本实施例初始磷铁环元素含量如下，C：3.18wt％；S：0.211wt％。磷铁环用量为400kg，其中无钙磷铁环调整剂配比为：铝矾土15wt％，硅砂20wt％，锰铁25wt％，增碳剂
40wt％。无钙磷铁环调整剂的总添加量为3wt％。熔融添加步骤和参数与实施例2相同，取样
测定精炼后磷铁环元素含量，C：3.34wt％，S：0.087wt％。

[0052] 实施例5

[0053] 采用常规作为固废处理的铝矾土作为主要原料制备无钙磷铁环调整剂的方法，包括如下步骤：

[0054] 步骤1：取铝矾土30重量份；硅砂20重量份；锰铁30重量份；增碳剂20重量份，进行备料；

[0055] 其中铝矾土的组分为：Al2O3：70～80wt％，Fe2O3：10～20wt％，其余为水分及SiO2、MgO等不可避免的杂质。锰铁为锰铁合金，其中锰含量为63wt％，余量为铁和不可避免的杂
质。所述增碳剂为石墨电极碎，增碳剂的碳含量为98wt％。

[0056] 步骤2：将铝矾土进行机械研磨，研磨后进行筛分，得到粒度为20～100目的铝矾土颗粒(颗粒为混合物粒度不等)，将筛分后的铝矾土颗粒置于马弗炉中在200℃的温度下烘
干1h，将铝矾土颗粒的水分脱除；

[0057] 步骤3：将粒度为1～3mm的硅砂，粒度为1～3mm的锰铁，粒度为1～3mm的增碳剂采用机械混和的方式进行混匀，得到混合物；

[0058] 步骤4：将步骤2得到的铝矾土颗粒覆盖于步骤3得到的混合物上，封装之后即得无钙磷铁环调整剂。