焙燒鉬精礦中MoO2含量對鉬鐵冶煉的影響

2022-05-23 06:55:06趙常泰馬力言

中國鉬業 2022年2期

趙常泰，馬力言，張卓，賀雯

(金堆城鉬業股份有限公司鉬爐料產品部，陜西渭南 714101)

0 前言

目前國內外鉬鐵冶煉生產，采用硅鋁熱還原法(即爐外法)熔煉鉬鐵，以硅鐵、鋁粒作為還原劑，硅、鋁還原氧化鉬反應進行得很徹底。鉬鐵冶煉用的原料有：氧化物——焙燒鉬精礦及鐵鱗、還原劑——硅鐵和鋁粉、熔劑——氧化鈣、鐵鱗，補熱劑—硝石以及鐵合金品位調節物——鋼屑。用硅鐵、鋁粒等作為還原劑生產鉬鐵的方法，反應一經點燃開始就能自熱進行到底，不需外界再供熱和補加物料。所以，原料的的性質對鉬鐵冶煉的影響十分關鍵，當其他輔料沒有變化時，焙燒鉬精礦的性質就成為影響鉬鐵冶煉的關鍵因素。

焙燒鉬精礦成分主要為MoO3和MoO2，同時，焙燒過程中會存在極少部分中間氧化物MonO3n-1(Mo9O26、Mo8O23、Mo4O11)及鉬酸鹽MeMoO4[1]。鉬鐵冶煉配方計算過程是以爐料總氧量計算總還原劑配比，因MoO3與MoO2中Mo元素結合氧量的差異較大，所以，爐外法冶煉鉬鐵時，焙燒鉬精礦中MoO2含量對于鉬鐵冶煉物料平衡和熱平衡計算，都是重要的影響因素。

1 問題的提出

目前國內鉬鐵冶煉所用焙燒鉬精礦的MoO2含量一般在5%～20%之間。在配料計算過程中，鐵鱗和硝酸鈉單位用量較大，爐料總氧量富余較多，往往忽略MoO2含量波動對還原劑及熱值的影響，從而導致爐況波動較大，氧化還原不充分(渣鐵分離不明顯)及反應時間過長等情況，造成一次出爐合格率低，回收率低。

本文探討了爐外法冶煉鉬鐵時，因焙燒鉬精礦中MoO2含量變化導致的物料及熱值平衡計算問題。

2 研究原理

2.1 冶煉反應原理

硅鋁熱還原法熔煉鉬鐵是用鋁粉及硅鐵中的硅把焙燒鉬精礦中的 MoO3、MoO2等氧化物還原成Mo等金屬，還原過程中放出熱量，利用這些熱量來加熱爐渣和金屬，并使之分離，生產出鉬鐵。硅鋁熱法冶煉鉬鐵爐料主反應如下[2]：

MoO3+2Al=Mo+Al2O3

2MoO3+3Si=2Mo+3SiO2

MoO2+Si=Mo+SiO2

3MoO2+4Al=3Mo+2Al2O3

2.2 模型建立

為計算焙燒鉬精礦中MoO2含量對爐料還原劑配比及單位熱效應的影響，提出以下計算模型：

已知焙燒鉬精礦重量為a1(g)，焙燒鉬精礦鉬品位為a2(%)，氨不溶鉬含量為a3(%)，鋁粉用量為a4(g)，鋁含量為98%。設二氧化鉬重量為b1(g)，三氧化鉬重量為b2(g)，二氧化鉬中含氧量為c1(g)，三氧化鉬中含氧量為c2(g)，爐料總氧量為A(g)，硅鐵用量為d(g)，硅含量為72%，鋁粉與三氧化鉬反應放熱量為e1(kJ)，硅鐵與三氧化鉬反應放熱量為e2(kJ)，硅鐵與二氧化鉬反應放熱量為e3(kJ)，爐料放熱量為B(kJ)，爐料單位熱效應為C(kJ/kg)。以冶煉反應方程及各反應產物分子式，可得出以下計算模型：

A(g)=c1(g)+c2(g)；

經簡化，可得：

2.3 模型核算

2.3.1 爐料總氧量計算

以鉬品位57%1 000 g焙燒鉬精礦為例，氨不溶鉬含量在5%～25%之間時，改變焙燒鉬精礦中MoO2含量，進行爐料總氧量計算(見表1)，并將其對應關系進行擬合(見圖1)。

表1 二氧化鉬含量及爐料總氧量

圖1 爐料含氧量與MoO2含量關系擬合線圖

由表1、圖1可得出：

1 000 g焙燒鉬精礦(品位57%)冶煉鉬鐵，氨不溶鉬含量在5%～25%之間時，MoO2含量每升高1%，爐料總氧量降低1.25%，此規律呈線性(見圖1)。

2.3.2 爐料還原劑及單位熱效應計算

由于爐料總氧量變化，配料計算過程中，還原劑總量及單位熱效應隨之發生變化。繼續以57%品位1 000 g焙燒鉬精礦為例，固定采用Si品位72%硅鐵，38.6 g鋁粉(Ai品位98%)，改變焙燒鉬精礦中MoO2含量，進行爐料還原劑配比及單位熱效應計算(見表2)，并將其對應關系進行擬合(見圖2、圖3)。

表2 MoO2含量與單位熱效應

圖2 還原劑配比與二氧化鉬含量關系擬合線圖

圖3 單位熱效應與二氧化鉬含量關系擬合線圖

由表2、圖2、圖3可得出：

1 000 g焙燒鉬精礦(Mo品位57%)冶煉鉬鐵時，固定采用72%品位硅鐵，38.6g鋁粉(98%品位)，氨不溶鉬含量在5%～25%之間時，MoO2含量每升高1%，還原劑配比降低1.25%，此規律呈線性(見圖2)；爐料單位熱效應約下降14.53 kJ/kg左右，此規律基本呈線性。

3 工業應用試驗

為驗證上述計算模型的準確性及可操作性，開展了工業應用試驗，試驗以上述理論計算為依據，在焙燒鉬精礦中的二氧化鉬含量變化時，減少還原劑總用量的同時，以硝酸鈉、鐵鱗等氧化物配加適量鋁粉、硅鐵進行補熱的副反應[2]：

Fe3O4+2Si=3Fe+2SiO2

2Fe3O4+Si=6FeO+SiO2

6NaNO3+10Al=5Al2O3+3Na2O+3N2

4NaNO3+4Si=2Na2SiO3+2NO+N2+2SiO2

3.1 試驗準備

試驗用原輔料標準見表3。

表3 鉬鐵冶煉原輔料標準(金堆城)

3.2 試驗過程[3]

本次試驗分為8組，采用多膛爐焙燒鉬精礦及回轉窯焙燒鉬精礦兩種8批進行試驗，4 500 kg/爐焙燒鉬精礦，采用DCS(分散控制系統)配料。配料在原配料單基礎上，對應不同MoO2含量，減少了還原劑用量，同時增加鐵鱗及硝酸鈉用量以補充熱值。焙燒鉬精礦化驗結果見表4，試驗配料單見表5。

表4 試驗原料化驗結果 %

表5 試驗配料單

3.3 試驗結果及討論

工業試驗共生產合格鉬鐵產品8批，其中FeMo60 4批，FeMo55 4批，產品分析檢測結果見表6。產品含雜均值如下：Cu 0.225%，P 0.03%，Sn<0.03%，Sb<0.03%，Si 0.64%，C 0.035%，S 0.085%，As<0.05%，所有產品均合格，滿足鉬鐵質量企業標準。冶煉渣化驗結果見表7。