一种含有钒元素的JCr98级金属铬及其制备方法
阅读说明：本技术 一种含有钒元素的JCr98级金属铬及其制备方法 (JCr 98-grade chromium metal containing vanadium element and preparation method thereof ) 是由 叶明峰 师启华 陈海军 余彬 于 2021-05-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及铬冶炼技术领域,公开了一种含有钒元素的JCr98级金属铬及其制备方法。该方法包括：对钒铬渣分离提取得到的含有钒元素的三氧化二铬进行烘干,得到初始物料；称取金属铝粉,金属铝粉与初始物料重量比为(0.35-0.45)：1；然后将部分金属铝粉与初始物料混合,磨细至粒度3mm以下,得到混合料A；将混合料A与剩余金属铝粉、氯酸钾和氧化钙进行混合,得到混合料B；将混合料B转移至冶炼炉中,然后放置点火剂,接着引燃点火剂,使炉内物料进行自蔓延反应；冶炼结束后,冷却至常温,得到含有钒元素的JCr98级金属铬和铝铬渣。该方法不仅提升了原料的产品附加值,并且具有铬收率高、成本低和冶炼过程烟尘少的特点。(The invention relates to the technical field of chromium smelting, and discloses JCr 98-grade metal chromium containing vanadium and a preparation method thereof. The method comprises the following steps: drying chromium sesquioxide containing vanadium element obtained by separating and extracting vanadium-chromium slag to obtain initial material; weighing metal aluminum powder, wherein the weight ratio of the metal aluminum powder to the initial materials is (0.35-0.45): 1; then mixing part of metal aluminum powder with the initial material, and grinding the mixture to the granularity of less than 3mm to obtain a mixture A; mixing the mixture A with the rest metal aluminum powder, potassium chlorate and calcium oxide to obtain a mixture B; transferring the mixture B into a smelting furnace, then placing an ignition agent, and then igniting the ignition agent to enable the materials in the furnace to carry out self-propagating reaction; and after the smelting is finished, cooling to normal temperature to obtain JCr 98-grade metal chromium and aluminum chromium slag containing vanadium. The method not only improves the added value of the raw materials, but also has the characteristics of high chromium yield, low cost and less smoke dust in the smelting process.)
技术领域
本发明涉及铬冶炼
技术领域
，具体涉及一种含有钒元素的JCr98级金属铬及其制备方法。背景技术
攀西钒钛磁铁矿冶炼渣(钒铬渣)中含有钒、铬等有价金属，在湿法提钒的同时，铬也同时被浸出进入浸出液中。因此，采取钒铬高效分离技术对浸出液进行处理，可以将钒渣中有价元素钒、铬进行综合回收，获得了含有微量钒元素的三氧化二铬，如果将其直接外售，则附加值较低。
专利申请201210426676.8提供了一种金属铬的制备方法，将三氧化二铬粉料、铝粉和氯酸钠混合，得混合料，将混合料按照前期料和后期料分两批投料，采用炉外法进行冶炼，将前期料投入冶炼炉中，冶炼，倒渣；将后期料和钙质脱氧剂加入冶炼炉中，冶炼，倒渣，得低氧高纯金属铬。其优点：操作过程简单，生产成本低，脱氧过程与冶炼金属铬同时进行，无需额外提供能源，节能环保；CaO与Al2O3、SiO2、Cr2O3可以生成低熔点的复合氧化物，有利于脱除熔融液相金属铬中的化合氧；金属钙气化过程有助于传质，生成的CaO·Al2O3(s)上浮到金属液上部的熔渣中，不引入其它杂质，并使氧含量降低到0.01％～0.03％，提高了金属铬的品质。但是该方法是通过炉外法冶炼金属铬，用的还原剂有金属铝和金属钙，但是金属钙比较昂贵，成本较高。
专利申请201410528555.3涉及一种微波铝热还原金属铬的方法，属于微波冶金
技术领域
。首先将氧化铬粉、铝粉、氯酸钾粉、氧化钙粉混合均匀后得到混合物料；将得到的混合物料进行微波加热，升温至温度为1200℃～1250℃，当温度在1200～1250℃范围趋于平稳后保温30～40min，然后继续升温至温度为1300℃～1450℃时，金属液沉积底部，渣液漂浮顶部，最终使渣金属液分离，此时将金属液出料，金属液浇铸后即能获得块状的金属铬。采用微波铝热还原法冶炼金属铬，渣金分离、金属相聚集析出的过程在1300℃升温至1450℃的过程中即可实现，低于传统的冶炼温度。该方法通过引入微波场的方式来进行三氧化二铬的铝热还原，降低反应温度，由于引入微波场，使得冶炼成本较高。专利申请201610121427.6提出了在电弧炉中使用铝铬渣冶炼金属铬的方法，将粒度≤10mm铝铬渣和粒度≤10mm的石油焦混合均匀，送到干燥窑中烘干至水分≤0.5％，加入到三相电弧炉中冶炼，高温冶炼，将电弧炉炉缸底部的液态碳化铬转移到等离子电弧炉中，向等离子电弧炉的炉缸内通入氧气，并加入氧化钙和造渣剂氟化钙，高温熔炼后向等离子电弧炉通入氩气作为保护气，加入铝粒继续冶炼，得到合格的液态金属铬，倾倒在砂壳模具中，自然冷却，除去表面的杂质，破碎，得到金属铬。以铝铬渣为原料生产金属铬，通过先还原、后氧化除碳两步法冶炼金属铬，成本低廉，解决了铝铬渣排放问题，实现了资源再利用，工艺合理，产品纯度高，性能好，适合工业化生产。但是该方法是对金属铬冶炼所得的铝铬渣进行电弧炉内铝热还原获得金属铬，主要是对铝铬渣进行无害化和资源化利用，由于需要通电和消耗金属铝，所以这种方法的成本较高，而且冶炼过程加入氟化钙造渣，不环保。
专利申请201711037205.7涉及一种低铝含量的金属铬冶炼方法，包括以下步骤：将工业三氧化二铬、氧化钙、氧化铝或氧化镁、氧化钠按照质量比1～5:0.01～0.1:6～9:0.01～0.4用混料机混合，得混合料A；将工业三氧化二铬和碳按照质量比1:0.1～0.5用混料机混合，得混合料B；将混合料A加入电炉中完全熔化后，加入混合料B，电炉冶炼温度大于1750℃使后加入的物料全部化清；自然降温冷却至温度低于100℃后出炉，清掉外表的渣得到金属铬块，破碎后包装，得到商品金属铬。所述方法具有能耗低，产品纯度高的优点。但是所述方法通过电铝热法进行金属铬的冶炼，采用了碳作为还原剂，容易导致碳元素超标。
专利申请201910265612.6涉及一种金属铬的生产方法，包括以下步骤：
步骤一、将三氧化二铬与铝粉均匀混合，得到混合物料；步骤二、将电极插入冶炼炉内，然后将部分混合物料投入冶炼炉内；步骤三、对电极进行通电加热，使冶炼炉内温度迅速上升并进行铝热还原反应；步骤四、冶炼炉内达到指定冶炼温度后，将剩余部分混合物料投入冶炼炉内进行铝热还原反应，并恒定一定时间保证反应完全；步骤五、对电极进行断电，停止加热，并从冶炼炉内抽出电极；步骤六、对冶炼炉进行冷却、清渣、精整、破碎，得到金属铬产品。以电加热替代发热剂自热反应，可根据铝热反应情况以稳定反应条件，反应均匀性好，铝还原剂耗量降低20％,铬收率提高5％以上。但是该方法是通过电铝热法生产金属铬，这种通电的方法生产金属铬的成本较高，而且容易产生大量含铬烟尘，不利于环保。
传统的金属铬冶炼方法采用的原料是通过铬铁矿焙烧成盐然后提取而得。目前，关于使用从钒铬渣中获得的三氧化二铬作为制备JCr98级金属铬的原料的方法还未见报道。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的从钒铬渣中获得的三氧化二铬附加值低，传统的金属铬的制备方法存在成本高、不环保和冶炼收率低等问题，提供一种含有钒元素的JCr98级金属铬及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种含有钒元素的JCr98级金属铬的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对钒铬渣分离提取得到的含有钒元素的三氧化二铬进行烘干，得到初始物料；
(2)称取金属铝粉，所述金属铝粉与所述初始物料重量比为(0.35-0.45)：1；然后将部分金属铝粉与步骤(1)得到的初始物料混合，然后磨细至粒度3mm以下，得到混合料A；
(3)将步骤(2)得到的混合料A与剩余金属铝粉、氯酸钾和氧化钙进行混合，得到混合料B；
(4)将步骤(3)得到的混合料B转移至冶炼炉中，然后在料面放置点火剂，接着引燃点火剂，使炉内物料进行自蔓延反应；
(5)冶炼结束后，盖上保温盖直至炉内物料完全冷却至常温，然后拆炉，得到含有钒元素的JCr98级金属铬和铝铬渣；
其中，所述氯酸钾与所述初始物料的重量比为(0.11-0.13):1。
优选地，在步骤(1)中，钒铬渣分离提取得到含有钒元素的三氧化二铬的具体步骤包括：将钒铬渣与钙盐或钠盐混合进行焙烧，然后依次进行浸出、除杂和分离，得到含有钒元素的氢氧化铬，接着进行煅烧得到含有钒元素的三氧化二铬。
优选地，在步骤(1)中，所述含有钒元素的三氧化二铬含有0.001～0.02重量％的S、0.001～0.06重量％的V、94～98重量％的Cr2O3以及余量的杂质。
优选地，将含有钒元素的三氧化二铬烘干至水分在0.05重量％以下。
优选地，混合料A中粒度为0.0001～1mm的物料占混合料A总重量的80～90重量％。。
优选地，在步骤(2)中，所述部分金属铝粉与所述初始物料的重量比为(0.1-0.2):1。
优选地，在步骤(3)中，所述氧化钙与所述初始物料的重量比为(0.05-0.15):1。
优选地，在步骤(4)中，所述冶炼炉为镁质耐材打结的冶炼炉。
优选地，在步骤(4)中，所述点火剂为钛粉。
本发明第二方面提供由上述方法制备的含有钒元素的JCr98级金属铬，所述含有钒元素的JCr98级金属铬中钒元素的含量为0.005～0.06重量％。
本发明采用钒铬渣提取分离获得的三氧化二铬进行铝热还原，并且对制备过程进行优化，采用精确配比和适宜的炉衬打结材料为辅助，获得了含有微量钒元素的JCr98级金属铬，冶炼收率高于85％。不仅提升了原料的产品附加值，并且具有铬收率高、成本低和冶炼过程烟尘少的特点，还能获得具有高附加值的铝铬渣，可以作为耐火材料用于高炉铁沟用浇注料，具有良好的经济效益。
附图说明
图1是本发明所述的含有钒元素的JCr98级金属铬的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明一方面提供一种含有钒元素的JCr98级金属铬的制备方法，流程图如图1所示，所述方法包括以下步骤：
(1)对钒铬渣分离提取得到的含有钒元素的三氧化二铬进行烘干，得到初始物料；
(2)称取金属铝粉，所述金属铝粉与所述初始物料重量比为(0.35-0.45)：1；然后将部分金属铝粉与步骤(1)得到的初始物料混合，然后磨细至粒度3mm以下，得到混合料A；
(3)将步骤(2)得到的混合料A与剩余金属铝粉、氯酸钾和氧化钙进行混合，得到混合料B；
(4)将步骤(3)得到的混合料B转移至冶炼炉中，然后在料面放置点火剂，接着引燃点火剂，使炉内物料进行自蔓延反应；
(5)冶炼结束后，盖上保温盖直至炉内物料完全冷却至常温，然后拆炉，得到含有钒元素的JCr98级金属铬和铝铬渣；
其中，所述氯酸钾与所述初始物料的重量比为(0.11-0.13):1。
在本发明中，采用钒钛磁铁矿冶炼渣(钒铬渣)分离提取得到的含有钒元素工业三氧化二铬为制备金属铬的原料，可以提升该三氧化二铬的附加值。并且，由于三氧化二铬中含有钒元素，使得制得的金属铬中也含有钒元素，因此，本发明制备的含有钒元素的JCr98级金属铬相对于传统的JCr98级金属铬可以在制备含铬的高温合金、电热合金、精密合金等产品中可以同时进行钒微合金化，能显著提高产品的强度和使用性能。
在优选的实施方式中，所述钒铬渣为攀西钒钛磁铁矿冶炼渣。
在优选的实施方式中，在步骤(2)中，将含有钒元素的三氧化二铬烘干至水分在0.05重量％以下。
在本发明中，所述含有钒元素的三氧化二铬为对钒铬渣采用湿法冶金提钒过程中产生的副产物。
在优选的实施方式中，在步骤(1)中，钒铬渣分离提取得到含有钒元素的三氧化二铬的具体步骤包括：将钒铬渣与钙盐或钠盐混合进行焙烧，然后依次进行浸出、除杂和分离，得到含有钒元素的氢氧化铬，接着进行煅烧得到含有钒元素的三氧化二铬。
在本发明中，所述钒铬渣通常是由钒钛磁铁矿经过高炉还原冶炼得到的，通常使用的冶炼原料中含有少量的铬元素，在冶炼过程中，钒元素和铬元素同时进入铁水，含有钒和铬的铁水再经过转炉吹氧，因此钒元素和铬元素都被氧化并富集到钒铬渣中。
进一步优选地，在步骤(1)中，所述含有钒元素的三氧化二铬含有0.001～0.02重量％的S、0.001～0.06重量％的V、94～98重量％的Cr2O3以及余量的杂质。
在本发明中，所述杂质包含Na2O和SiO2。
优选地，混合料A中粒度为0.0001～1mm的物料占混合料A总重量的80～90重量％。
在本发明中，将烘干后的三氧化二铬与部分金属铝粉一起磨细，可以减少三氧化二铬颗粒之间的粘连聚集，使得三氧化二铬颗粒与铝粉能够充分接触，从而使铝热反应更加充分。
在优选的实施方式中，在步骤(2)中，所述部分金属铝粉与所述初始物料的重量比为(0.1-0.2):1。具体的，所述部分金属铝粉与所述初始物料的重量比可以为0.1:1、0.12:1、0.13:1、0.14:1、0.15:1、0.16:1、0.17:1、0.18:1、0.19:1或0.2:1。
在具体的实施方式中，所述金属铝粉与所述初始物料重量比可以为0.35:1、0.36:1、0.37:1、0.38:1、0.39:1、0.4:1、0.41:1、0.42:1、0.43:1、0.44:1或0.45:1。。
在具体的实施方式中，所述氯酸钾与所述初始物料的重量比可以为0.11:1、0.112:1、0.114:1、0.116:1、0.118:1、0.12:1、0.122:1、0.124:1、0.126:1、0.128:1或0.13:1。
在优选的实施方式中，在步骤(3)中，所述氧化钙与所述初始物料的重量比为(0.05-0.15):1。具体的，所述氧化钙与所述初始物料的重量比可以为0.05:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1、0.1:1、0.11:1、0.12:1、0.13:1、0.14:1或0.15:1。
在优选的实施方式中，在步骤(4)中，所述冶炼炉为镁质耐材打结的冶炼炉。
在优选的方式中，在步骤(4)中，所述点火剂为钛粉。
在本发明中，除了能够获得含有钒元素的JCr98级金属铬，还能够获得具有优异附加值的铝铬渣。在优选的实施方式中，得到的铝铬渣中，Cr2O3的含量为2～6％，Al2O3的含量为65～75％，可以作为耐火材料用于高炉铁沟用浇注料，具有良好的经济效益。
本发明第二方面提供由上述方法制备的含有钒元素的JCr98级金属铬，所述含有钒元素的JCr98级金属铬中钒元素的含量为0.005～0.06重量％。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
以下实施例中所使用的含有钒元素的三氧化二铬均是使用含一定铬元素的钒钛磁铁矿冶炼渣(钒铬渣)通过与钙盐或钠盐混合进行焙烧，然后依次进行浸出、除杂和分离，得到含有钒元素的氢氧化铬，接着进行煅烧得到含有钒元素的三氧化二铬。
实施例1
(1)对钒铬渣分离提取得到的含有钒元素的三氧化二铬(S元素含量0.02重量％，V元素含量为0.001重量％，主成分Cr2O3含量为98重量％，余量杂质为Na2O、SiO2等)进行烘干至水分为0.05重量％，得到初始物料，重量为10kg；
(2)称取金属铝粉4.5kg，所述金属铝粉的用量为初始物料总重量的45重量％；然后将其中2kg金属铝粉与步骤(1)得到的初始物料混合，然后磨细至3mm以下，得到混合料A，其中0.0001～1mm粒度范围的物料占比为90重量％；
(3)将步骤(2)得到的混合料A与剩余金属铝粉、1.3kg氯酸钾和0.5kg氧化钙进行混合，得到混合料B；
(4)将步骤(3)得到的混合料B转移至镁质耐材打结的冶炼炉中，然后在料面放置点火剂钛粉，接着引燃点火剂，使炉内物料进行自蔓延反应；
(5)冶炼结束后，盖上保温盖直至炉内物料完全冷却至常温，然后拆炉，得到含有钒元素含量为0.01重量％的JCr98级金属铬和铝铬渣。
实施例2
(1)对钒铬渣分离提取得到的含有钒元素的三氧化二铬(S元素含量0.001重量％，V元素含量为0.06重量％，主成分Cr2O3含量为94重量％，余量杂质为Na2O、SiO2等)进行烘干至水分为0.02重量％，得到初始物料，重量为20kg；
(2)称取金属铝粉8kg，所述金属铝粉的用量为初始物料总重量的40重量％；然后将其中2kg金属铝粉与步骤(1)得到的初始物料混合，然后磨细至3mm以下，得到混合料A，其中0.0001～1mm粒度范围的物料占比为85重量％；
(3)将步骤(2)得到的混合料A与剩余金属铝粉、2.4kg氯酸钾和1kg氧化钙进行混合，得到混合料B；
(4)将步骤(3)得到的混合料B转移至镁质耐材打结的冶炼炉中，然后在料面放置点火剂钛粉，接着引燃点火剂，使炉内物料进行自蔓延反应；
(5)冶炼结束后，盖上保温盖直至炉内物料完全冷却至常温，然后拆炉，得到含有钒元素含量为0.01重量％的JCr98级金属铬和铝铬渣。
实施例3
(1)对钒铬渣分离提取得到的含有钒元素的三氧化二铬(S元素含量0.02重量％，V元素含量为0.001重量％，主成分Cr2O3含量为96重量％，余量杂质为Na2O、SiO2等)进行烘干至水分为0.01重量％，得到初始物料，重量为100kg；
(2)称取金属铝粉45kg，所述金属铝粉的用量为初始物料总重量的45重量％；然后将其中20kg金属铝粉与步骤(1)得到的初始物料混合，然后磨细至3mm以下，得到混合料A，其中0.0001～1mm粒度范围的物料占比为90重量％；
(3)将步骤(2)得到的混合料A与剩余金属铝粉、11kg氯酸钾和10kg氧化钙进行混合，得到混合料B；
(4)将步骤(3)得到的混合料B转移至镁质耐材打结的冶炼炉中，然后在料面放置点火剂钛粉，接着引燃点火剂，使炉内物料进行自蔓延反应；
(5)冶炼结束后，盖上保温盖直至炉内物料完全冷却至常温，然后拆炉，得到含有钒元素含量为0.01重量％的JCr98级金属铬和铝铬渣。
实施例4
(1)对钒铬渣分离提取得到的含有钒元素的三氧化二铬(S元素含量0.02重量％，V元素含量为0.001重量％，主成分Cr2O3含量为98重量％，余量杂质为Na2O、SiO2等)进行烘干至水分为0.04重量％，得到初始物料，重量为10kg；
(2)称取金属铝粉3.5kg，所述金属铝粉的用量为初始物料总重量的35重量％；然后将其中1kg金属铝粉与步骤(1)得到的初始物料混合，然后磨细至3mm以下，得到混合料A，其中0.0001～1mm粒度范围的物料占比为90重量％；
(3)将步骤(2)得到的混合料A与剩余金属铝粉、1.3kg氯酸钾和0.15kg氧化钙进行混合，得到混合料B；
(4)将步骤(3)得到的混合料B转移至镁质耐材打结的冶炼炉中，然后在料面放置点火剂钛粉，接着引燃点火剂，使炉内物料进行自蔓延反应；
(5)冶炼结束后，盖上保温盖直至炉内物料完全冷却至常温，然后拆炉，得到含有钒元素含量为0.06重量％JCr98级金属铬和铝铬渣。
实施例5
按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(2)中，将物料磨细至3mm以下，得到混合料A，其中0.0001～1mm粒度范围的物料占比为75重量％。
对比例1
按照实施例4所述的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(2)中，金属铝粉的用量为3kg。
对比例2
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(2)中，金属铝粉的用量为5kg。
对比例3
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(3)中，氯酸钾的用量为1.4kg。
对比例4
按照实施例3所述的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(3)中，氯酸钾的用量为10kg。
对比例5
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，将三氧化二铬直接与金属铝粉、氯酸钾和氧化钙进行混合，不进行磨细操作。
对比例6
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(2)中，将物料磨细至粒度为3-5mm。
测试例
采用化学分析结合物料平衡计算的方法对实施例和对比例的金属铬主要成分、冶炼收率和铝铬渣主要成分进行检测，结果如表1所示。
表1
通过表1的结果可以看出，采用本发明所述的方法可以成功的制得钒元素含量为0.005～0.06％的JCr98级金属铬，并且具有较高的冶炼收率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。