本发明属于冶金技术领域，涉及一种铁矿渗碳方法。
背景技术：
碳化铁作为废钢和直接还原铁的替代物，因其自身固有的特点及有利于提高钢材质量等优点引起钢铁界人士的关注。与直接还原铁相比，碳化铁具有不自燃、二次氧化不敏感、s、p元素和氧化铁含量低、制备过程能耗低、碳含量高可大幅降低电炉电耗等优点。因此，碳化铁是一种更为优质的电炉炉料。
目前碳化铁是以铁矿石为原料，可以以co为渗碳剂，在550-800℃之间进行渗碳而获得。以co为渗碳剂，主要的渗碳反应式为3fe+2co＝fe3c+co2，渗碳尾气里必然产生温室气体co2；目前这部分co2只能直接排放到大气中，对环境不利。另外，目前的铁矿渗碳方法，其渗碳效率低，导致其生产成本高、产率低下。
技术实现要素：
针对现有技术中的不足，有必要提供一种新的铁矿渗碳方法。
一种铁矿渗碳方法，包括如下步骤：
将一部分的铁矿粉造球，形成球核；
将包裹料包裹在所述球核外，形成球团；所述包裹料由另一部分的铁矿粉与二氧化碳吸收剂组成；所述二氧化碳吸收剂包括氧化钙和氢氧化钙；
将所述球团在900℃-1050℃的温度下焙烧；
将焙烧后的球团在800℃-1000℃的氢气气氛下进行还原处理；
将还原后的球团在550℃-750℃的一氧化碳气氛下进行渗碳处理；
将渗碳后的球团进行球磨，然后进行磁选，获得碳化铁精矿。
上述铁矿渗碳方法，采用二氧化碳吸收剂包覆，有效降低了二氧化碳排放。另，其渗碳效率高，进而生产成本低、产率高。
可选地，在还原处理中，还原尾气通入到温度为300℃-400℃的水蒸气去除罐里，形成还原再生气；然后将所述还原再生气通入到还原处理室中。
可选地，所述水蒸气去除罐中的水蒸气去除剂为粒度小于1mm的氧化钙颗粒。
可选地，在渗碳处理中，渗碳尾气通入到温度为600℃-700℃的二氧化碳去除罐里，形成渗碳再生气；然后所述渗碳再生气通入渗碳处理室中。
可选地，所述二氧化碳去除罐中的二氧化碳去除剂为粒度小于1mm的氧化钙颗粒。
可选地，所述的球核的直径为3mm-6mm；所述球团的直径为8mm-10mm。
可选地，在所述二氧化碳吸收剂中，氧化钙和氢氧化钙的重量比为3-30∶70-97。
可选地，在所述包裹料中，所述铁矿粉与所述二氧化碳吸收剂的重量比为80-95∶5-20。
可选地，在所述包裹料中，二氧化碳吸收剂的粒度小于1mm。
可选地，所述还原处理的时间为30min-60min。
可选地，所述焙烧处理的时间为5min-30min。
可选地，所述渗碳处理的时间为30min-210min。
附图说明
图1为球团的结构示意图。
图2为还原尾气与渗碳尾气再生图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种铁矿渗碳方法，包括如下步骤：
s1、将一部分的铁矿粉造球，形成球核。
在步骤s1中，造球优选采用圆盘造球机。当然，可以理解的是，本发明并不局限于此，还可以是本领域技术人员认为能够造球的其它合适器械。
优选地，球核的直径为3mm-6mm。
s2、将包裹料包裹在球核外，形成球团。
其中，包裹料由另一部分的铁矿粉与二氧化碳吸收剂组成。参见图1，球团呈核壳结构，球核1为核壳结构的内核，包裹料2为核壳结构的外壳。具体地，所述二氧化碳吸收剂包括氧化钙和氢氧化钙；也就是说氧化钙和氢氧化钙的混合物作为二氧化碳吸附剂。
可选地，在所述二氧化碳吸收剂中，氧化钙和氢氧化钙的重量比为3-30∶70-97。
可选地，在所述包裹料中，所述铁矿粉与所述二氧化碳吸收剂的重量比为80-95∶5-20。
优选地，二氧化碳吸收剂的粒度小于1mm。这样可以提高二氧化碳的吸收效率。
经包裹之后，球团的直径优选为8mm-10mm。
s3、将所述球团在900-1050℃的温度下焙烧。
在步骤s3中，焙烧的主要目的是，二氧化碳吸收剂中的氢氧化钙转化为氧化钙，同时有助于提高球团的抗压强度以及改善球团的内部结构。
优选地，焙烧处理的时间为5min-30min。
优选地，在焙烧之前，将球团干燥。
s4、将焙烧后的球团在800-1000℃的氢气气氛下进行还原处理。
在步骤s4中，还原处理的主要目的是，将球团中的铁氧化物进行还原。氢气经过还原反应生成水蒸气。也就是说，还原尾气中含有水蒸气。
优选地，还原处理的时间为30-60min。这样具有比较良好的还原效果。
优选地，在还原处理中，将还原尾气通入到温度为300-400℃的水蒸气去除罐里，以脱除了水蒸气，形成还原再生气，也即高浓度氢气，然后将还原再生气通入到还原处理室中。也即让还原再生气继续参与还原反应。特别是在，当还原尾气里水蒸气的比例达到20％后，将还原尾气再生。
进一步地，水蒸气去除罐中的水蒸气去除剂为粒度小于1mm的氧化钙颗粒。这样具有良好的去除水蒸气效果。
s5、将还原后的球团在一氧化碳气氛下进行渗碳处理；
在步骤s5中，渗碳处理的主要目的是，对还原后的球团进行渗碳生成碳化铁。一氧化碳作为渗碳反应的渗碳剂。一氧化碳经过渗碳反应生成二氧化碳。也即渗碳反应的尾气中含有二氧化碳。
优选地，在渗碳处理中，渗碳尾气通入到温度为600-700℃的二氧化碳去除罐里，以脱除二氧化碳，形成渗碳再生气，也即高浓度的一氧化碳；然后所述渗碳再生气通入渗碳处理室中。也即让渗碳再生气继续参与渗碳反应。特别是在，当渗碳尾气中二氧化碳浓度高于20％后，将渗碳尾气再生。
进一步地，二氧化碳去除罐的压力为0.3-1.0mpa。
二氧化碳去除罐中的二氧化碳去除剂为粒度小于1mm的氧化钙颗粒。这样具有良好的去除二氧化碳效果。并且提纯的反应温度低，无需消耗宝贵的天然气或者煤炭等资源，即可进行一氧化碳提纯。另外，还可以实现二氧化碳的低排放以及提高渗碳效率。
在某个优选实施方式中，参见图2，水蒸气去除罐和二氧化碳去除罐共用一个，即尾气净化罐，交替进行还原尾气和渗碳尾气的再生。也即说，在一段时间内，将还原尾气通入尾气净化罐内，对水蒸气进行去除，生成高浓度的氢气；在下一段时间内，将渗碳尾气通入尾气净化罐内，对二氧化碳进行去除，生成高浓度的一氧化碳。渗碳尾气净化采用吸收了还原尾气中水蒸气的氧化钙，这样可以大大提高渗碳尾气中二氧化碳气体的吸收效率。
s6、将渗碳后的球团进行球磨，然后进行磁选，获得碳化铁精矿。
可以理解的是，渗碳后的球团在氮气里冷却以后，然后进行球磨。
在步骤s6中，球磨的主要目的是，进一步解离碳化铁和二氧化碳吸收剂或其吸收二氧化碳后的产物，便于后续的磁选。
具体地，球磨采用在湿式球磨机中进行球磨。
球磨后的矿浆在磁选机中进行磁选，以脱除二氧化碳吸收剂或其吸收二氧化碳后的产物，得到精矿。
可选地，磁选的磁场强度为60mt～200mt。例如125mt、130mt、135mt等。
可以理解的是，磁选后得到的精矿，经过脱水和烘干后即可得到碳化铁精矿。
上述铁矿渗碳方法，由于添加了二氧化碳吸收剂，在渗碳反应时，可以吸收二氧化碳，从而促使渗碳反应，进而提高了渗碳效率；同时二氧化碳吸收剂还能部分吸收尾气里的二氧化碳气体，实现了二氧化碳的减排，可以达到二氧化碳极低排放，有利于保护环境。残留的少量二氧化碳添加剂可作为后续炼钢的造渣剂，不会对后续炼钢产生影响。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1
在圆盘造球机中，将一部分的铁精矿造球，形成直径为5mm的球核；然后将铁矿粉和二氧化碳吸收剂混合包覆在球核外层，制备成直径为8-10mm的球团，外层中铁矿粉和二氧化碳吸收剂的比例为9∶1，二氧化碳吸收剂里氧化钙和氢氧化钙的比例为1∶4。氧化钙和氢氧化钙的粒度为小于100目占50％。
将经过干燥后的球团在950℃焙烧10min；然后在900℃氢气气氛里还原60min，再在650℃的co气氛里渗碳100min。渗碳过程中，渗碳尾气经过二氧化碳去除罐再生。
将渗碳后的球团在球磨机中球磨，磨矿细度为小于200目占95％；然后再在磁场强度为130mt的磁选机中磁选，最后得到碳化铁。
上述与不添加二氧化碳吸收剂(其它部分相同)相比，碳化率从85％提高到了92％；含有22％co2的渗碳尾气经过二氧化碳去除罐后，co的浓度能升高到98％，因渗碳反应产生的二氧化碳排放量从吨碳化铁排放124.3m3降低到8.5m3。
实施例2
在圆盘造球机中，将一部分的铁精矿造球，形成直径为5mm的球核；然后将铁矿粉和二氧化碳吸收剂混合包覆在球核外层，制备成直径为8-10mm的球团，外层中铁矿粉和二氧化碳吸收剂的比例为9∶1，二氧化碳吸收剂里氧化钙和氢氧化钙的比例为3∶7。氧化钙和氢氧化钙的粒度为小于100目占50％。
将经过干燥后的球团在950℃焙烧10min；然后在900℃氢气气氛里还原40min，再在650℃的co气氛里渗碳120min。渗碳过程中，渗碳尾气经过二氧化碳去除罐再生。
将渗碳后的球团在球磨机中球磨，磨矿细度为小于200目占95％；然后再在磁场强度为130mt的磁选机中磁选，最后得到碳化铁。
上述与不添加二氧化碳吸收剂(其它部分相同)相比，碳化率从84％提高到了91％；含有20.1％co2的渗碳尾气经过二氧化碳去除罐后，co的浓度能升高到98.5％，因渗碳反应产生的二氧化碳排放量从吨碳化铁排放104.4m3降低到9.6m3。
实施例3
在圆盘造球机中，将一部分的铁精矿造球，形成直径为4mm的球核；然后将铁矿粉和二氧化碳吸收剂混合包覆在球核外层，制备成直径为8-10mm的球团，外层中铁矿粉和二氧化碳吸收剂的比例为9∶1，二氧化碳吸收剂里氧化钙和氢氧化钙的比例为1∶4。氧化钙和氢氧化钙的粒度为小于100目分别占100％和40％。
将经过干燥后的球团在950℃焙烧15min；然后在900℃氢气气氛里还原40min，再在650℃的co气氛里渗碳150min。渗碳过程中，渗碳尾气经过二氧化碳去除罐再生。
将渗碳后的球团在球磨机中球磨，磨矿细度为小于200目占100％；然后再在磁场强度为130mt的磁选机中磁选，最后得到碳化铁。
上述与不添加二氧化碳吸收剂(其它部分相同)相比，碳化率从86％提高到了93％；含有20.1％co2的渗碳尾气经过二氧化碳去除罐后，co的浓度能升高到98.5％，因渗碳反应产生的二氧化碳排放量从吨碳化铁排放106.9m3降低到7.8m3。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
技术特征：
技术总结
本发明公开了一种铁矿渗碳方法，其包括如下步骤：将一部分的铁矿粉造球，形成球核；将包裹料包裹在所述球核外，形成球团；所述包裹料由另一部分的铁矿粉与二氧化碳吸收剂组成；所述二氧化碳吸收剂包括氧化钙和氢氧化钙；将所述球团在900?1050℃的温度下焙烧；将焙烧后的球团在800?1000℃的氢气气氛下进行还原处理；将还原后的球团在550?750℃的一氧化碳气氛下进行渗碳处理；将渗碳后的球团进行球磨，然后进行磁选，获得碳化铁精矿。上述铁矿渗碳方法，采用二氧化碳吸收剂包覆以及还原尾气和渗碳尾气的交替吸收，有效提纯了渗碳尾气、降低了二氧化碳排放。另，其渗碳效率高，进而生产成本降低、产率提高。
技术研发人员：陈栋;国宏伟;闫炳基;章顺虎;陈琐
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：2019.08.27
技术公布日：2019.11.01
声明：
“铁矿渗碳方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：苏州大学
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2024年07月26日 ~ 28日 
