CN104018008A - 一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法 - Google Patents

Abstract

一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法，属于火法冶炼技术。包括四个步骤，Ⅰ备料将红土镍矿破碎、磨矿、干燥备用，无烟煤、石灰、燃料烟煤进仓备用；Ⅱ配料按计量配入还原剂和调质剂；Ⅲ熔炼将燃料煤和空气喷入闪速还原炉中，连续计量喷入红土镍矿、还原煤和石灰的混合料在高温下熔炼；Ⅳ分离在闪速炉底部末端，深度还原分离镍铁和熔渣，低位排放镍铁高位排放熔渣，通过控制还原熔炼条件，控制含镍品位和镍回收率；一氧化碳含量5％时镍铁含镍品位30％镍回收率93％，含量40％时镍铁含镍品位6％镍回收率97％。本发明是对现有闪速炉熔炼工艺的改进，用于还原熔炼生产镍铁，闪速还原熔炼时间短、速度快，生产效率高、节能环保。

Description

一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法

技术领域

本发明属于有色金属冶金火法冶炼技术领域，特别是涉及到一种红土镍矿还原熔炼生产镍铁的方法。

背景技术

含镍红土矿是由含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经长期风化淋滤变质而成的。由于风化淋滤，矿床一般形成几层，顶部是一层崩积层(铁帽)，含镍较低，一般弃置堆存；下面是褐铁矿层，含铁多、硅镁少、镍低、钴较高，一般采用湿法工艺回收金属；再下层是混有脉石的腐植土层(包括硅镁性镍矿)，含硅镁高、低铁、镍较高、钴较低，这类矿一般采用火法工艺处理。

目前，较成熟的湿法工艺流程有：Caron流程(还原焙烧氨浸)和HPAL流程(High Pressure Acid Leach)。

Caron流程用于处理褐铁矿或褐铁矿和腐植土的混合矿，矿石先干燥，然后矿石中的镍在700℃时选择性还原成金属镍(钴和一部分铁被一起还原)，还原的金属镍经过氨浸回收。

Caron流程的缺点有：矿石处理采用干燥、还原、焙烧等工序，消耗能量大；回收金属采用湿法工艺，消耗多种化学试剂；镍和钴的回收率比火法流程和HPAL流程低。

HPAL流程主要用于处理褐铁矿和一部分绿脱石或蒙脱石。加压酸浸一般在衬钛的高压釜中进行，浸出温度245℃～260℃，通过液固分离、镍钴分离、生产电镍、氧化镍或镍冠，有些工厂生产中间产品如混合硫化镍钴或混合镍钴氢氧化物。

HPAL流程处理的红土矿要求含Mg低，通常含Mg<4％(含Mg越高，耗酸越高)，含Al低的矿石。

有些湿法工艺流程正在进行试验和评估，如：EPAL工艺、AL流程、酸堆浸和氯化浸出等。

目前，红土矿储镍量占陆基镍总储量的70％，到2003年，红土矿产镍量占镍总产量的42％。其中70％的镍是采用火法工艺流程回收。火法工艺处理红土矿的现有的工艺流程有传统的RKEF流程(回转窑—电炉工艺)、多米尼加鹰桥竖炉—电炉法、日本大江山回转窑直接还原法等。

多米尼加鹰桥竖炉—电炉工艺流程是红土矿经过干燥脱水、制团、采用竖炉焙烧生产部分还原焙烧团矿、电炉熔炼生产粗镍铁，粗镍铁在钢包炉中精炼。

RKEF流程是目前红土矿冶炼厂普遍采用的一种火法冶炼工艺流程，该工艺主要分为几个工序：干燥、焙烧—预还原、电炉熔炼、精炼等。

干燥：采用回转干燥窑，主要脱出矿石中的部分自由水。

焙烧—预还原：采用回转窑，主要是脱出矿石中剩余的自由水和结晶水，预热矿石，选择性还原部分镍和铁。

电炉熔炼：还原金属镍和部分铁，将渣和镍铁分开，生产粗镍铁。

精炼：一般采用钢包精炼，脱出粗镍铁中的杂质如：硫、磷等，满足市场要求。

如果生产镍锍，可以将黄铁矿加入到焙砂料罐中与焙砂一起加入到电炉中，在电炉内将镍转变成低铁的镍锍。

由于红土矿物料中细粒级镍的品位高，在RKEF工艺流程中，采用干燥回转窑和焙烧回转窑处理物料，烟尘率高，烟尘含镍较高，采用遮弧交流电炉熔炼，这种电炉不易直接处理粉料，因此烟尘需要单独处理，增加了生产成本。为了克服上述缺点，国外公司开发了一种新的工艺流程称作NST(NICKEL SMELTINGTECHNOLOGY)，该工艺流程借鉴水泥窑外分解的技术，将物料磨细，然后进行闪速干燥、闪速焙烧、在流态化炉中进行预还原，直流电炉熔炼焙烧料，LF炉精炼。

日本大江山回转窑直接还原法生产镍铁，该流程分为三个步骤：

(1)物料预处理：磨矿、混合与制团，以提高回转窑操作效果；

(2)冶炼工艺：回转窑焙烧、金属氧化物还原与还原金属的聚集；

(3)分离处理：回转窑产出的熟料采用重选与磁选分离出镍铁合金。

这是世界上唯一采用回转窑直接还原熔炼氧化镍的方法。

典型的红土镍矿的典型成分范围如下表1

表1    红土镍矿的典型成分范围

国内外镍铁生产现状：

世界生产的镍主要有金属镍、镍铁、镍块和其它镍产品。镍铁是采用火法工艺处理镍红土矿所生产的一种产品，镍铁100％用于不锈钢的生产。目前世界上主要的镍铁生产国家和地区有：日本、新喀里多尼亚、哥伦比亚、多米尼加共和国和希腊等。

镍铁一般按照品位即镍含量进行分类，国内比较流行的分类方法是根据冶炼的设备将镍铁分为高炉镍铁和电炉镍铁，其中高炉镍铁品位一般较低，大多含镍8％以下；电炉镍铁一般含镍8％以上。根据国际标准(ISO6501.1998E)，镍铁按含镍量分为：FeNi20(15％～25％Ni)、FeNi30(25％～35％Ni)、FeNi40(35％～45％Ni)和FeNi50(45％～60％Ni)；又再分为高碳(1.0％～2.5％C)、中碳(0.030％～1.0％C)和低碳(<0.03％C)；低磷(<0.02％P)与高磷(<0.030％P)镍铁。

镍铁是铁合金的一种，与锰铁、硅铁属于同类型，主要用作不锈钢和耐热钢炉料，且主要用于200系和300系产品，其次是用于生产合金结构钢和合金铸铁。我国镍铁国家标准为GB/T25049-2010与国际标准相近。国内市场镍铁按照品位来划分，镍铁产品一般分为低镍产品(品位为1.5％-4.0％)、中镍产品(品位为4％-10％)和高镍产品(品位在10％以上)。我国生产镍铁的主要成分指标如表2所示：

表2  我国生产镍铁主要成分指标

闪速熔炼是近代发展起来的硫化铜镍精矿氧化造锍熔炼的新工艺，该方法最初应用于氧化熔炼铜精矿。包括精矿深度干燥、配料、闪速熔炼、吹炼、和炉渣贫化等过程。是高效氧化熔炼工艺。本工艺是对闪速熔炼工艺的改进即改氧化熔炼为还原熔炼。用于红土镍矿闪速还原熔炼生产镍铁，红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法未见文献报导。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：提供一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法，是对现有的氧化熔炼铜镍精矿方法的改进，可使闪速还原熔炼时间短、速度快，提高生产效率，节能环保。

一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法，其特征是：

包含以下步骤

步骤一、备料

包括红土镍矿石干矿、还原剂无烟煤、调质剂石灰、燃料烟煤的制备；

Ⅰ红土镍矿石通过破碎、磨矿、干燥三个分工序后，制取粒度小于0.1mm，含水量小于1％的干矿，送干矿仓备用；Ⅱ还原剂无烟煤通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的还原剂无烟煤，将该还原剂无烟煤送还原煤仓备用；Ⅲ调质剂石灰通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的调质剂石灰，将该调质剂石灰送调质剂仓备用；Ⅳ燃料烟煤通过球磨机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的燃料烟煤，将该燃料烟煤送燃料烟煤仓备用；

步骤二、配料

根据干红土镍矿的量，按比例配入还原剂无烟煤和调质剂石灰；

按干红土镍矿量100％计算，计量配入还原剂无烟煤的量为干红土镍矿量的1％～30％，计量配入调质剂石灰的量为干红土镍矿量的1％～20％；

步骤三、熔炼

将燃料煤和空气喷入闪速还原炉中，保持闪速还原炉温度在1450℃～1550℃；按步骤二进行配料计量，然后连续喷入破碎、磨矿、干燥后的红土镍矿、还原剂无烟煤和调质剂石灰的混合料，保持红土镍矿在闪速炉内的还原气氛条件下充分熔炼，红土镍矿在闪速炉中完成闪速还原熔炼后产生的熔体落在闪速炉底部；还原产生的烟气一氧化碳含量大于5％，氧气含量小于1％，闪速炉内有过量的还原煤存在，烟气在经余热锅炉回收余热和降至300℃～400℃后，回收到的一氧化碳用于红土镍矿干燥；

步骤四、分离

在闪速炉底部末端，用电炉保温方法保持温度持续在1450℃～1550℃，在此条件氛围下，将还原后的镍铁和熔渣进行分离；低位放镍铁口排放熔炼完成后的镍铁，高位放渣口排放还原熔炼产生的熔渣；一氧化碳含量5％时,镍铁含镍品位30％，镍回收率93％。一氧化碳含量40％时,镍铁含镍品位6％，镍回收率97％。

所述步骤一、备料

还原剂焦粉或石油焦粉通过磨粉机磨细，获得粒度小于1mm，含水小于1％的还原剂焦粉，将该还原剂焦粉送还原煤仓备用。

所述步骤二、配料

根据干红土镍矿的量，按比例配入还原剂焦粉或石油焦粉和调质剂石灰；

按干红土镍矿量100％计算，计量配入还原剂焦粉或石油焦粉的量为干红土镍矿的1％～30％；计量配入调质剂石灰的量为干红土镍矿的1％～20％。

通过上述技术方案本发明产生的有益效果是：

本发明是对闪速熔炼工艺的改进即改变现有的氧化熔炼铜镍精矿为还原熔炼红土镍矿原矿，用于红土镍矿闪速还原熔炼生产镍铁，闪速还原熔炼时间短、速度快，还原时间在1分钟之内完成，生产效率高，节能环保；烟气经余热锅炉回收余热和降温后回收一氧化碳用于红土镍矿干燥，可节省能源；通过控制还原熔炼的还原条件可以控制不同的镍铁含镍品位和镍回收率，一氧化碳含量5％时,镍铁含镍品位30％，镍回收率93％。一氧化碳含量40％时,镍铁含镍品位6％，镍回收率97％。经济效益显著，工艺简单，易于推广。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明的一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

步骤一、备料

红土镍矿石经过破碎、磨矿和干燥三个工序后，制取粒度小于0.074mm，含水小于量0.5％的干矿，送干矿仓备用；还原剂无烟煤经磨粉机磨细，获得粒度小于0.074mm，含水小于0.5％的还原剂无烟煤，将该还原剂无烟煤送还原煤仓备用；调质剂石灰通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.074mm，含水小于0.5％的调质剂石灰，将该调质剂石灰送调质剂仓备用；燃料烟煤通过球磨机磨细，获得粒度小于0.074mm，含水小于1％的燃料烟煤，将该燃料烟煤送燃料烟煤仓备用。

步骤二、配料

根据干红土镍矿的量，按比例配入还原剂无烟煤和调质剂石灰；

按干红土镍矿量100％计算，计量配入还原剂无烟煤的量为干红土镍矿量的10％，计量配入调质剂石灰的量为干红土镍矿量的10％。

步骤三、熔炼

将燃料煤和空气喷入闪速还原炉中，保持闪速还原炉温度在1500℃；连续计量喷入破碎、磨矿、干燥后的红土镍矿、还原剂无烟煤和调质剂石灰的混合料，保持红土镍矿在闪速炉内的还原气氛条件下充分熔炼，红土镍矿在闪速炉中完成还原熔炼后落在闪速炉底部；还原产生的烟气一氧化碳含量10％，氧气含量0.5％(有过量的还原煤存在)，烟气在经余热锅炉回收余热和降温后，回收到的一氧化碳用于红土镍矿干燥。

步骤四、分离

在闪速炉底部末端，用电炉保温方法保持温度在1480℃，在此条件氛围下可提高分层效果和镍回收率，并将深度还原后的镍铁和熔渣进行分离；然后由低位放镍铁口排放镍铁，高位放渣口排放熔渣；通过控制还原熔炼的还原条件既烟气一氧化碳含量，可以控制不同的镍铁含镍品位和镍回收率，镍铁含镍品位24％，镍回收率94％。

实施例2

步骤一、备料

红土镍矿石通过破碎、磨矿和干燥三个分工序后，制取粒度小于0.05mm，含水小于0.4％的干矿，送干矿仓备用；还原剂焦粉经磨粉机磨细，获得粒度小于0.05mm，含水小于0.4％的还原剂焦粉，将该还原剂焦粉送还原煤仓备用；调质剂石灰经磨粉机磨细，获得粒度小于0.05mm，含水小于0.4％的调质剂石灰，将该调质剂石灰送调质剂仓备用；燃料烟煤经球磨机磨细，获得粒度小于0.05mm，含水小于1％的燃料烟煤，将该燃料烟煤送燃料烟煤仓备用。

步骤二、配料

根据干红土镍矿的量，按比例配入还原剂焦粉和调质剂石灰；

按干红土镍矿量100％计算，计量配入还原剂焦粉的量为干红土镍矿量的15％，计量配入调质剂石灰的量为干红土镍矿量的15％。

步骤三、熔炼

将燃料煤和空气喷入闪速还原炉中，保持闪速还原炉温度在1550℃；按配料计量连续喷入破碎、磨矿、干燥后的红土镍矿、还原剂焦粉和调质剂石灰的混合料，保持红土镍矿在闪速炉内的还原气氛条件下充分熔炼，红土镍矿在闪速炉中完成还原熔炼后落在闪速炉底部；还原产生的烟气一氧化碳含量20％，氧气含量0.4％(有过量的还原煤存在)，烟气在经余热锅炉回收余热和降温后，回收到的一氧化碳用于红土镍矿干燥。

步骤四、分离

在闪速炉底部末端，用电炉保温方法保持温度在1500℃，在此条件氛围下，可提高分层效果和镍回收率，并将深度还原后的镍铁和熔渣进行分离；然后由低位放镍铁口排放镍铁，高位放渣口排放熔渣；通过控制还原熔炼的还原条件既烟气一氧化碳含量，可以控制不同的镍铁含镍品位和镍回收率，镍铁含镍品位18％，镍回收率95％。

实施例3

步骤一、备料

红土镍矿石通过破碎、磨矿、干燥三个分工序后，制取粒度小于0.06mm，含水量小于0.3％的干矿，送干矿仓备用；还原剂无烟煤经磨粉机磨细，获得粒度小于0.06mm，含水小于0.3％的还原剂无烟煤，将该还原剂无烟煤送还原煤仓备用；调质剂石灰经磨粉机磨细，获得粒度小于0.06mm，含水小于0.3％的调质剂石灰，将调质剂石灰送调质剂仓备用；燃料烟煤经球磨机磨细，获得粒度小于0.06mm，含水小于1％的燃料烟煤，将该燃料烟煤送燃料烟煤仓备用。

步骤二、配料

根据干红土镍矿的量，按比例配入还原剂无烟煤和调质剂石灰；

按干红土镍矿量100％计算，计量配入还原剂无烟煤的量为干红土镍矿的20％；计量配入调质剂石灰的量为干红土镍矿的5％。

步骤三、熔炼

将燃料煤和空气喷入闪速还原炉中，保持闪速还原炉温度在1520℃；按配料计量连续喷入破碎、磨矿、干燥后的红土镍矿、还原剂无烟煤和调质剂石灰的混合料，保持红土镍矿在闪速炉内的还原气氛条件下充分熔炼，红土镍矿在闪速炉中完成还原熔炼后落在闪速炉底部；还原产生的烟气一氧化碳含量30％，氧气含量0.3％(有过量的还原煤存在)，烟气在经余热锅炉回收余热和降温后，回收到的一氧化碳用于红土镍矿干燥。

步骤四、分离

在闪速炉底部末端，用电炉保温方法保持温度在1520℃，在此条件氛围下，可提高分层效果和镍回收率，并将深度还原后的镍铁和熔渣进行分离；然后由低位放镍铁口排放镍铁，高位放渣口排放熔渣；通过控制还原熔炼的还原条件既烟气一氧化碳含量，可以控制不同的镍铁含镍品位和镍回收率，镍铁含镍品位12％，镍回收率96％。

显然，本发明的上述实施例仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法，其特征是：

包含以下步骤

步骤一、备料

包括红土镍矿石干矿、还原剂无烟煤、调质剂石灰、燃料烟煤的制备；

Ⅰ红土镍矿石通过破碎、磨矿、干燥三个分工序后，制取粒度小于0.1mm，含水量小于1％的干矿，送干矿仓备用；Ⅱ还原剂无烟煤通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的还原剂无烟煤，将该还原剂无烟煤送还原煤仓备用；Ⅲ调质剂石灰通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的调质剂石灰，将该调质剂石灰送调质剂仓备用；Ⅳ燃料烟煤通过球磨机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的燃料烟煤，将该燃料烟煤送燃料烟煤仓备用；

步骤二、配料

根据干红土镍矿的量，按比例配入还原剂无烟煤和调质剂石灰；

按干红土镍矿量100％计算，计量配入还原剂无烟煤的量为干红土镍矿量的1％～30％，计量配入调质剂石灰的量为干红土镍矿量的1％～20％；

步骤三、熔炼

将燃料煤和空气喷入闪速还原炉中，保持闪速还原炉温度在1450℃～1550℃；按步骤二进行配料计量，然后连续喷入破碎、磨矿、干燥后的红土镍矿、还原剂无烟煤和调质剂石灰的混合料，保持红土镍矿在闪速炉内的还原气氛条件下充分熔炼，红土镍矿在闪速炉中完成闪速还原熔炼后产生的熔体落在闪速炉底部；还原产生的烟气一氧化碳含量大于5％，氧气含量小于1％，闪速炉内有过量的还原煤存在，烟气在经余热锅炉回收余热和降至300℃～400℃后，回收到的一氧化碳用于红土镍矿干燥；

步骤四、分离

在闪速炉底部末端，用电炉保温方法保持温度持续在1450℃～1550℃，在此条件氛围下，将还原后的镍铁和熔渣进行分离；低位放镍铁口排放熔炼完成后的镍铁，高位放渣口排放还原熔炼产生的熔渣；一氧化碳含量5％时,镍铁含镍品位30％，镍回收率93％。一氧化碳含量40％时,镍铁含镍品位6％，镍回收率97％。

2.根据权利要求1所述的一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法，其特征是：

所述步骤一、备料

还原剂焦粉或石油焦粉通过磨粉机磨细，获得粒度小于1mm，含水小于1％的还原剂焦粉，将该还原剂焦粉送还原煤仓备用。

3.根据权利要求1所述的一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法，其特征是：

所述步骤二、配料

根据干红土镍矿的量，按比例配入还原剂焦粉或石油焦粉和调质剂石灰；

按干红土镍矿量100％计算，计量配入还原剂焦粉、石油焦粉的量为干红土镍矿的1％～30％；计量配入调质剂石灰的量为干红土镍矿的1％～20％。