CN104152676B - 一种红土镍矿的烧结配矿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红土镍矿的烧结配矿方法。是将组分相同、质量配比不同的多种红土镍矿进行配矿，控制各组分质量比满足：MgO/SiO₂＝0.2～0.6，MgO/Al₂O₃＝2～5，Al₂O₃/SiO₂＝0.1～0.5；同时，配加碱性熔剂及固体燃料来调控化学成分，以调节烧结混合料四元碱度、烧结温度及烧结气氛，三者相互配合，使红土镍矿在烧结过程中生成适宜的粘结相，强化烧结过程的液相生成，从而提高烧结矿质量及冶金性能，降低烧结燃耗，优化高炉炉料质量，大幅降低熔炼法生产镍铁的成本，为随后的矿热炉熔炼生产镍铁提供优质的原料。

Description

一种红土镍矿的烧结配矿方法

技术领域

本发明公开了一种红土镍矿的烧结配矿方法，具体涉及红土镍矿生产炼钢用烧结矿的配矿方法。属于冶金技术领域。

背景技术

镍主要用于不锈钢、高温合金、电镀和化工等行业，其中不锈钢对镍的消费量约占全球镍消费总量的66％。到2012年，我国不锈钢粗钢产量达到1608.7万吨，不锈钢表观消费量1286.5万吨，均居世界首位。不锈钢工业的迅速发展驱动镍的需求也强劲增加。

尽管红土镍矿占世界陆基镍资源总量的70％以上，但由于技术经济原因一直未能得到充分的开发利用，其生产的镍只占有世界镍总产量的40％。随着高品位硫化镍矿资源日益减少，红土矿已成为当今镍资源的主要来源。但由于不同类型及不同产地红土镍矿的镍品位和化学成分差异较大，导致原料来源不稳定，致使红土镍矿难以得到高效利用。

利用高炉冶炼红土镍矿制备镍铁具有工艺成熟、产量高、操作简单等特点，是不锈钢企业利用红土镍矿资源的有效途径之一，可为不锈钢产业提供稳定、廉价的合金原料。

目前，国内小高炉法冶炼低镍生铁是通过将炼铁小高炉转产低镍生铁，该工艺利用原有的高炉设备，只稍加改变生产工艺即可得到镍铁产品，技术成熟，设备现成，操作简单，投资成本较低。因此，在目前高镍价条件下，该工艺的经济效益远高于冶炼普通生铁，使得采用小高炉冶炼低镍生铁工艺在我国得到了迅猛发展。

与铁矿烧结料的成分不同，红土镍矿属于低品位复合矿，在烧结及高炉冶炼中存在很多难点。一方面，由于红土镍矿中含水量高(27％～45％)，导致矿石粘性很大，对烧结过程及烧结矿质量会产生不利影响。此外，红土镍矿中的硅、镁含量较高，而铁品位非常低，特别是腐殖型红土矿，通常MgO>10％，SiO₂>20％，在烧结时难以生成液相，导致烧结过程的烧结矿质量差。同时，在后续的高炉冶炼时也会导致渣量过大，能耗过高，并使高炉软熔带位置偏上，高炉上部炉料的透气性恶化，炉缸下部铁水的温度下降，影响铁水的流动性。现有红土镍矿烧结，一般并不进行配矿处理，仅单矿烧结，在配入适量的CaO后，调整二元碱度至0.5～0.8，在1450℃以上的常规烧结温度进行烧结，CaO配入一方面是可以起到脱水干燥的作用，另外还能预热混合料，并在后续的烧结过程中作为熔剂，使红土镍矿烧结能够产生足够的黏结相。但对于具有高硅、高镁、低铁性质的红土镍矿而言，仅考虑二元碱度情况下，添加CaO难以生成铁矿烧结中所需的铁酸钙粘结相，所以，目前国内生产企业在红土镍矿的烧结生产中普遍存在烧结矿成品率低、返矿量高(40％以上)，转鼓强度偏低(63％以下)，粒级分布不理想，5～10mm所占比例较大等问题。因此，在红土镍矿的烧结中，通过确定适宜作为红土镍矿烧结的粘结相，强化烧结过程的液相生成，提高烧结矿质量和冶金性能，为高炉优化炉料质量、生产低成本的镍铁尤为重要。

红土镍矿烧结后再采用矿热炉熔分，氧化镍易被C、CO、Si等还原，在较高温度下控制一定的还原条件，氧化镍完全还原成金属镍，而铁氧化物部分还原成金属铁，与金属镍熔融成镍铁合金，未被还原的硅、镁氧化物与另一部分氧化铁进行造渣。电炉熔炼可处理各种类型的氧化镍矿，对入炉炉料也没有严格要求，粉料或大块料都可以处理，炉气量少且含尘量较低，生产容易控制。且金属回收率高，可以同时回收镍和铁。镍铁合金能够直接代替电解镍，作为炼钢镍元素添加剂用于不锈钢生产，具有较强的成本和价格竞争优势。但是由于矿热炉冶炼耗电量大，导致工艺能耗高，且无法回收镍矿中的钴。

发明内容

针对红土镍矿冶炼镍铁工艺中所存在的问题，本发明提供一种红土镍矿的烧结配矿方法，确定适宜作为红土镍矿烧结的粘结相，强化烧结过程的液相生成，提高烧结矿质量和冶金性能。

本发明的技术方案为：

本发明一种红土镍矿的烧结配矿方法，包括下述步骤：

第一步：配矿

选择组分相同、质量配比不同的多种红土镍矿进行配矿，得到红土镍矿原料，所述红土镍矿原料中各组分质量比满足：

MgO/SiO₂＝0.2～0.6，

MgO/Al₂O₃＝2～5，

Al₂O₃/SiO₂＝0.1～0.5；

第二步：配制烧结混合料

按红土镍矿原料质量的10％～15％配加焦粉，同时，配加碱性熔剂，混匀，配制四元碱度为0.5～1.4的烧结混合料。

本发明一种红土镍矿的烧结配矿方法，所述碱性熔剂包括石灰石、生石灰。

本发明一种红土镍矿的烧结配矿方法，所述碱性熔剂的配加量按烧结混合料中：(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)＝0.5～1.4确定。

本发明一种红土镍矿的烧结配矿方法，烧结混合料的四元碱度为0.8～1.2，更优选为0.85-1.0。

本发明一种红土镍矿的烧结配矿方法，所述烧结混合料烧结温度为1300℃～1380℃。

本发明一种红土镍矿的烧结配矿方法，烧结混合料烧结得到的烧结矿中FeO含量为10％～20％。

本发明的主要原理在于：

现有技术中，红土镍矿通常在控制二元碱度的条件下进行常规烧结，主要生成的物相为镁铁尖晶石和顽火辉石、镁橄榄石等高熔点物质，其熔点分别为1750℃、1898℃和1577℃。因此，在1300～1400℃的烧结温度下难以生成液相，烧结产品主要依靠镁橄榄石和赤铁矿的固相反应以及非晶态(Mg,Fe)SiO₃的固态重结晶实现固相固结，这不利于烧结过程的进行，同时也带来烧结矿质量差等问题。

本发明通过多种红土镍矿的配矿处理，保证混合料的MgO/SiO₂、MgO/Al₂O₃、Al₂O₃/SiO₂在一定的范围内，并添加碱性熔剂石灰石或生石灰，调配烧结混合料的四元碱度在0.5～1.4，在烧结过程中能够生成低熔点的透辉石(CaMgSi₂O₆)和钙镁橄榄石(CaMgSiO₄)，它们的熔点分别为1391℃和1490℃，其最低共熔温度为1321℃，在常规烧结下能够生成部分液相，可以作为红土镍矿烧结矿的粘结相。当混合料碱度为0.8～1.0时，透辉石得以大量生成，使烧结混合料的软熔温度明显降低，在常规烧结温度条件下能够生成大量液相，使烧结过程顺利进行。

另外，本发明通过配加占红土镍矿原料质量的10％～15％的焦粉并混合均匀，使烧结温度达到1300℃～1380℃，且烧结在还原性气氛下进行，还原性气氛会强化烧结料中FeO的生成，使烧结矿中FeO含量达到10％～20％，FeO的大量生成会显著提高烧结过程中Fe₂SiO₄和FeSiO₃的生成量，进而与Mg₂SiO₄和MgSiO₃形成固熔体(Mg,Fe)₂SiO₄和(Mg,Fe)SiO₃，使烧结过程生成较多的镁铁橄榄石；其中，由于Fe₂SiO₄熔点很低，仅为1205℃，它的生成将显著降低烧结料的液相生成温度；加之烧结混合料的四元碱度控制在0.5～1.4之间，烧结的还原气氛与四元碱度的协同作用，可以生成低共熔点的化合物透辉石和钙镁橄榄石；当烧结混合料的四元碱度在0.8～1.0之间，可以大量生成透辉石，常规烧结温度条件下容易生成液相，有利于烧结过程的固结反应，大大提高了红土镍矿烧结矿的产品质量。

本发明的特点和有益效果：本发明通过红土镍矿经过配矿，控制MgO、SiO₂、Al₂O₃在红土镍矿原料中的含量，合理配入碱性熔剂，调节红土镍矿烧结混合料的碱度，并通过调节焦粉配比，控制烧结温度及烧结气氛，使其有利于烧结过程的液相生成，充足的液相有益于烧结矿的固结反应，可实现提高烧结矿的强度的目的，从而改善红土镍矿烧结矿的产量以及质量指标，本发明制备的红土镍矿烧结矿的成品率达到75％以上、转鼓强度达到65％以上。

综上所述，本发明通过对红土镍矿配矿，配加碱性熔剂及固体燃料来调控化学成分，以调节烧结混合料四元碱度、烧结温度及烧结气氛，三者相互配合，使红土镍矿在烧结过程中生成适宜的粘结相，强化烧结过程的液相生成，从而提高烧结矿质量及冶金性能，降低烧结燃耗，优化高炉炉料质量，大幅降低熔炼法生产镍铁的成本，为随后的矿热炉熔炼生产镍铁提供优质的原料。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的解释和说明。

对比例1：

以单一红土镍矿为烧结原料，焦粉配比为12％，内配返矿25％，混合料二元碱度0.8，混匀、制粒成0.5～8mm的烧结混合料，混合料水分为34％。将混合料布料、烧结焙烧，其中控制烧结料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温1min，点火温度1100±20℃，点火负压5kPa，烧结温度1430℃，烧结抽风负压为10kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min。所得烧结矿成品率56.62％、转鼓强度为60.31％、利用系数为0.858t/(h·m²)。

实施例1：

以多种红土镍矿为烧结原料，经配矿后使混合料中MgO/SiO₂＝0.5、MgO/Al₂O₃＝3.2、Al₂O₃/SiO₂＝0.2，再配加石灰调整混合料四元碱度为1.3，并外配焦粉12％，内配返矿25％，混匀制粒成0.5～8mm的烧结混合料，混合料水分为34％。将混合料布料、烧结焙烧，其中控制烧结料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温1min，点火温度1100±20℃，点火负压5kPa，烧结温度1320±30℃，烧结抽风负压为10kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min。所得烧结矿成品率73.43％、转鼓强度为72.57％、利用系数为0.858t/(h·m²)。

实施例2：

以多种红土镍矿为烧结原料，经配矿后使混合料中MgO/SiO₂＝0.5、MgO/Al₂O₃＝3.2、Al₂O₃/SiO₂＝0.2，再配加石灰调整混合料四元碱度为1.0，并外配焦粉配比为12％，内配返矿25％，混匀制粒成0.5～8mm的烧结混合料，混合料水分为34％。将混合料布料、烧结焙烧，其中控制烧结料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温1min，点火温度1100±20℃，点火负压5kPa，烧结温度1320±30℃，烧结抽风负压为10kPa，将烧结废气温度达到最高点定为烧结终点，达到终点后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min。所得烧结矿成品率80.46％、转鼓强度为66.52％、利用系数为1.025t/(h·m²)。

实施例3：

以多种红土镍矿为烧结原料，经配矿后使混合料中MgO/SiO₂＝0.6、MgO/Al₂O₃＝2.1、Al₂O₃/SiO₂＝0.3，再配加石灰调整混合料四元碱度为0.5，并外配焦粉配比为12％，内配返矿25％，混匀制粒成0.5～8mm的烧结混合料，混合料水分为34％。将混合料布料、烧结焙烧，其中控制烧结料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温1min，点火温度1100±20℃，点火负压5kPa，烧结温度1300±30℃，烧结抽风负压为10kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min。所得烧结矿成品率76.54％、转鼓强度为65.72％、利用系数为0.962t/(h·m²)。

实施例4：

以多种红土镍矿为烧结原料，经配矿后使混合料中MgO/SiO₂＝0.6、MgO/Al₂O₃＝2.1、Al₂O₃/SiO₂＝0.3，再配加石灰调整混合料碱度为0.8，并外配焦粉配比为15％，内配返矿25％，混匀制粒成0.5～8mm的烧结混合料，混合料水分为34％。将混合料布料、烧结焙烧，其中控制烧结料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温1min，点火温度1100±20℃，点火负压5kPa，烧结温度1320±30℃，烧结抽风负压为10kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min。所得烧结矿成品率79.22％、转鼓强度为67.53％、利用系数为0.896t/(h·m²)。

比较实施例1-4与对比例1所得到的烧结矿的成品率、转鼓强度、利用系数数据，在单一红土镍矿烧结，调整其二元碱度0.8，其烧结矿成品率56.62％、转鼓强度为60.31％。而通过多种红土镍矿配矿，调整混合料MgO/SiO₂、MgO/Al₂O₃、Al₂O₃/SiO₂，并配加石灰调整混合料四元碱度之后，烧结矿的成品率及转鼓强度显著增加，烧结矿的成品率及转鼓强度分别达到75％及65％以上。说明经过多种红土镍矿配矿，调整混合料MgO/SiO₂、MgO/Al₂O₃、Al₂O₃/SiO₂至适合的范围，并配加石灰调整混合料的四元碱度，在配加适当的焦粉下烧结能够有效提高红土镍矿烧结矿质量。

Claims (6)

1.一种红土镍矿的烧结配矿方法，包括下述步骤：

第一步：配矿

选择组分相同、质量配比不同的多种红土镍矿进行配矿，得到红土镍矿原料，所述红土镍矿原料中各组分质量比满足：

MgO/SiO₂＝0.2～0.6，

MgO/Al₂O₃＝2～5，

Al₂O₃/SiO₂＝0.1～0.5；

第二步：配制烧结混合料

按红土镍矿原料质量的10％～15％配加焦粉，同时，配加碱性熔剂，混匀，制成四元碱度为0.5～1.4的烧结混合料。

2.根据权利要求1所述的一种红土镍矿的烧结配矿方法，其特征在于：所述碱性熔剂选自石灰石、生石灰中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种红土镍矿的烧结配矿方法，其特征在于：所述碱性熔剂的配加量按烧结混合料中：(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)＝0.5～1.4确定。

4.根据权利要求1所述的一种红土镍矿的烧结配矿方法，其特征在于：烧结混合料的四元碱度为0.8～1.2。

5.根据权利要求4所述的一种红土镍矿的烧结配矿方法，其特征在于：烧结混合料的四元碱度为0.8～1.0。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种红土镍矿的烧结配矿方法，其特征在于：所述烧结混合料烧结温度为1300℃～1380℃。