CN105463214B - 一种采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法，包括如下步骤：预处理步骤：将所述低贫品位红土镍矿经过干燥处理、破碎处理，得到破碎后的红土镍矿；第一次混料步骤：将所述破碎后的红土镍矿与还原剂、熔剂进行第一次混料处理，得到第一混合物料；焙烧还原步骤：将所述第一混合物料在回转窑中进行焙烧还原处理，得到焙烧砂；第二次混料步骤：将所述焙烧砂和燃料进行第二次混料处理，得到第二混合物料；熔炼步骤：将所述第二混合物料在侧吹炉中进行熔炼处理，获得镍铁产物和炉渣。本发明的冶炼方法可以明显降低吨高镍铁的成本；本发明得到的最终产品为铸铁块，符合不锈钢冶炼的入炉镍铁成分要求，适用于不锈钢的冶炼原料。

Description

一种采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法

技术领域

本发明属于冶金工艺技术领域，涉及一种冶炼高镍铁的方法，特别地，涉及一种采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法，特别适用于电力贫乏的地区。

背景技术

随着高品位、易开采的硫化镍矿日益枯竭和国内不锈钢产业的快速发展，低贫品位红土镍矿的利用受到越来越多的关注。红土镍矿处理工艺主要分为湿法冶炼工艺和火法冶炼工艺，但世界范围内比较成熟的利用红土镍矿冶炼镍铁的工艺方法仍旧以火法冶炼为主。其中火法冶炼中利用较广泛的是RKEF(主要工艺是回转窑焙烧—电炉熔炼)法和高炉法。但是，利用RKEF法冶炼低品位红土镍矿，耗电量大，电炉操作要求高，生产成本高；高炉法流程长，产量低，需要消耗二次能源焦炭，不经济。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法，该方法可以有效解决回转窑结圈问题，用煤能代替电，侧吹炉的高温烟气直接可进入回转窑或者余热蒸汽发电***，从而节约能源，有效降低能耗，提高镍铁的产能，降低成本。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法，包括如下步骤：

预处理步骤：将所述低贫品位红土镍矿经过干燥处理、破碎处理，得到破碎后的红土镍矿；

第一次混料步骤：将所述破碎后的红土镍矿与还原剂、熔剂进行第一次混料处理，得到第一混合物料；

焙烧还原步骤：将所述第一混合物料在回转窑中进行焙烧还原处理，得到焙烧砂；

第二次混料步骤：将所述焙烧砂和燃料进行第二次混料处理，得到第二混合物料；

熔炼步骤：将所述第二混合物料在侧吹炉中进行熔炼处理，获得镍铁产物和炉渣。

优选地，在上述采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法中，所述低贫品位红土镍矿的镍含量为1.5～2.3wt％，TFe含量为14～25wt％；优选地，TFe与Ni的质量比≤10。

优选地，在上述采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法中，所述第一次混料步骤中，在所述第一混合物料中，所述还原剂与所述红土镍矿的质量百分比为5％～9％，所述熔剂与所述红土镍矿的质量百分比为2％～5％；所述还原剂为无烟煤；所述熔剂为石灰或白云石。

优选地，在上述采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法中，所述焙烧还原步骤中，在所述焙烧还原处理中，温度为1150℃～1250℃，时间为40-60min；优选地，所述回转窑焙烧的窑头出料温度为950-1050℃。

优选地，在上述采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法中，所述焙烧还原步骤中，在所述焙烧还原处理中，所述焙烧砂的渣型(MgO+CaO)/SiO₂为0.40～0.70。

优选地，在上述采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法中，所述第二次混料步骤中，在所述第二混合物料中，所述燃料与所述焙烧砂的质量百分比为2％～3％。

优选地，在上述采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法中，所述燃料为焦丁或块煤或焦丁和块煤混合物。

优选地，在上述采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法中，所述熔炼步骤中，在所述熔炼处理中，所述侧吹炉的熔炼温度≥1600℃，出渣温度为1530-1580℃，对应的出铁温度控制在1480-1530℃，且所述出渣温度高于所述出铁温度40℃以上；优选地，所述出渣温度高于所述出铁温度40℃-50℃。

优选地，在上述采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法中，所述熔炼步骤中，在所述熔炼处理中，补充所述燃料并利用热空气侧吹搅动；优选地，所述熔炼步骤中，在所述熔炼处理中，所述炉渣的成分包括：CaO：3.5-6.5wt％，MgO：18-30wt％，SiO2：45-65wt％，AL2O3：2.5-5.5wt％，TFe：2.5-4.0wt％，Ni≤0.20wt％。

优选地，在上述采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法中，所述第一次混料步骤中，将所述第一混合物料压球，得到压球后的第一混合物料；所述焙烧还原步骤中，将所述压球后的第一混合物料在回转窑中进行焙烧还原处理，得到焙烧砂。

本发明是将红土镍矿在回转窑内进行焙烧还原后的焙烧砂直接装入侧吹炉中进行加热融化以及进一步还原，达到渣铁分离，生产出高镍铁。本发明生产出的高镍铁可装入铁水罐中，用行车吊往浇铸成块、粒或者送往精炼工序；本发明的冶炼方法可以明显降低吨高镍铁的成本；本发明得到的最终产品为铸铁块，符合不锈钢冶炼的入炉镍铁成分要求，适用于不锈钢的冶炼原料；本发明得到的最终产品镍铁中的镍含量≥10％，此冶炼工艺中回收率TFe≥85％，Ni≥95％，金属综合回收率≥85％。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺流程示意简图；

图2为本发明实施例的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

本发明实施例的工艺流程示意图如图1、图2所示。

本发明以下实施例中所使用的主要试验设备有：回转窑是规格为Ф3.6×72m的常规倾斜式转动回转窑、熔池有效面积为S＝10.5㎡的侧吹炉。

一种采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法，包括如下步骤：

步骤一、预处理：

先将低贫品位红土镍矿经过湿矿筛分破碎、烘干窑中干燥、干矿破碎后，得到破碎后的红土镍矿；该破碎后的红土镍矿中，粒度小于等于3mm的占总量的80％以上，含水量为15-30％，优选为20％。

该低贫品位红土镍矿的镍含量为1.5～2.3wt％，TFe含量为14～22wt％，TFe与Ni的质量比≤10。

步骤二、第一次混料：

将该破碎后的红土镍矿与还原剂和溶剂混合，该还原剂和溶剂的含水量为15-30％，优选为20％，且该还原剂和溶剂中，粒度小于等于3mm的占总量的80％以上，得到第一混合物料。

本步骤中，也可以再将第一混合物料压球，得到压球后的第一混合物料，用于以下的焙烧还原步骤，焙烧还原处理后，得到焙烧砂。

压球步骤为本发明的优选实施方式，压球可以有效的缓解窑内焙烧时物料的结圈问题及减少除尘灰量，对增加窑体运行周期效果显著，提高产量，降低成本；

步骤三、焙烧还原：

将该第一混合物料在回转窑进行焙烧还原，得到焙烧砂。

在上述冶炼镍铁方法中，为了方便回转窑的操作，需要控制焙烧回转窑中的还原剂量、焙烧温度、焙烧时间等。在焙烧回转窑步骤中，焙烧温度为1100℃～1250℃(例如1100℃、1150℃、1200℃、1250℃)；焙烧时间为40～60min(例如42min、46min、55min、58min)；还原剂的用量为红土镍矿重量的5％～9％(例如5.5％、6.0％、6.5％、7％、8％)；熔剂的用量为红土镍矿重量的2％～5％(例如2.2％、2.5％、2.8％、3.5％、4.6％、4.9％)；更优选地，焙烧回转窑的窑头出料温度为950-1050℃(例如950℃、980℃、1000℃、1020℃、1050℃、1040℃)，目的是为了稳定操作，降低煤耗，节约成本。为了促进固相反应，生成焙烧砂(低熔点化合物)，利于金属的还原聚集，可控制渣型，在焙烧回转窑磁化焙烧还原步骤中，回转窑焙烧后焙烧砂的渣型(MgO+CaO)/SiO2优选控制在0.40～0.70之间。

在焙烧回转窑还原步骤中，需要还原剂(碳)全部参与反应，因此选用挥发分适中，固定碳较高的还原剂碳，作为一种优选实施方式，焙烧回转窑焙烧过程中使用的还原剂碳为无烟煤，熔剂为石灰或白云石，用于控制渣型。

步骤四、第二次混料：

将该焙烧砂与燃料混合后，得到第二混合物料。

步骤五、熔炼：

将该第二混合物料送入侧吹炉熔炼，获得镍铁产物和炉渣。

第二混合物料中，燃料与焙烧砂的质量百分比为2％～3％；燃料为焦丁或块煤或焦丁和块煤混合物。

熔炼过程中利用第二混合物料中的燃料并利用热空气侧吹搅动。

本步骤的熔炼温度≥1600℃(例如1610℃、1650℃、1670℃)，出渣温度控制在1490-1560℃，对应的出铁温度控制在1450-1520℃，且出渣温度高于出铁温度40℃以上，更优选，出渣温度高于出铁温度40℃-50℃。

侧吹炉熔炼后得到的炉渣成分包括：CaO：3.5-6.5wt％，MgO：18-30wt％，SiO₂：45-65wt％，AL₂O₃：2.5-5.5wt％，TFe(全铁)：3.5-6.0wt％，Ni≤0.20wt％。炉渣中除包括上述成分外，还包括一些其他不可避免的杂质成分。

本步骤中，主要完成焙烧砂的进一步还原以及渣铁分离。

本发明实施过程中，在风机抽风作用下将窑内较细小混合料颗粒“烟尘”抽出，烟尘量为红土镍矿量的15％左右，此烟尘因为是循环使用的，所以不计入配比计算，“烟尘”经过电除尘后得到“烟气”被送往脱硫装置进行净化排放；“回转窑煅烧”过程中产生的“烟气”又进入“烘干窑干燥”用于物料的干燥；“侧吹炉”中的产生“烟气”又进入“回转窑”中用于煅烧。

采用侧吹炉熔炼步骤可使该金属回收率达到85％以上，金属回收率达是指的综合金属回收率，包含铁和镍两种金属，此处仅列举铁金属的回收率计算方式：铁金属回收率＝(所消耗的红土矿中的金属总含量-(炉渣中的铁金属含量×炉渣量))÷所消耗的红土矿中的金属总含量。

在焙烧回转窑焙烧还原步骤中，通过控制焙烧温度以及还原剂量等保证回转窑内的焙烧情况，去除所有的水分，形成焙烧砂(低熔点化合物)，这样有利于缩短后续侧吹炉化料时间，减少燃料消耗，增加产量。在焙烧回转窑中，根据氧化物的还原性在同温下，直线位置处于较低的元素，易将其上部的氧化物还原出来，即其氧化物越稳定，也就是说在熔炼温度范围内，氧化物的还原顺序为镍、铁、硅。铁氧化物的含氧量是由高级氧化物向低级氧化物逐级变化的，当温度大于570℃时，其变化顺序为：Fe₂O₃→Fe₃O₄→Fe_xO→Fe。红土镍矿中的Fe₂O₃还原为具有一定磁性的Fe₃O₄或FeO，并有少部分单质铁生成，NiO大部分还原为具有磁性的Ni。

焙烧回转窑焙烧还原的反应式如下：

2C+O₂＝2CO

NiO+C＝Ni+CO↑

NiO+CO＝Ni+CO₂

3Fe₂O₃+CO＝2Fe₃O₄+CO₂

Fe₃O₄+CO＝3FeO+CO₂

FeO+CO＝Fe+CO₂(有相当一部分亚铁发生该反应，剩下的亚铁会在侧吹炉中反生该反应)

在侧吹炉熔炼中发生的主要反应机理如下：

C+O₂＝CO

2CO+2O₂＝2CO2

NiO+C＝Ni+CO↑

FeO+CO＝Fe+CO₂

SiO₂+C＝Si+CO₂↑

实施例1

(1)预处理：采用TFe＝17.56wt％，Ni＝1.84wt％的低品位红土镍矿作为原料，将其筛分、干燥，使其粒度≤3mm的占80％以上，含水率为20％；

(2)第一次混料：然后将红土镍矿与石灰和无烟煤混合均匀得到第一混合物料，其中按重量计，红土镍矿:无烟煤:石灰＝100:6.5:2。

(3)焙烧还原：然后将第一混合物料送至焙烧回转窑进行磁化焙烧还原，窑头物料温度(即出料温度)控制为950℃，焙烧阶段的焙烧温度为1150℃左右，焙烧时间为55min，混合后的物料进入焙烧回转窑至出焙烧回转窑的总时间控制在5h左右，得到焙烧砂，其中焙烧结束后焙烧砂的渣型(MgO+CaO)/SiO₂质量比为0.61。

(4)第二次混料：将上述焙烧砂取100份，配加2.5份焦丁，得到第二混合物料。

(5)熔炼：将第二混合物料热装送至侧吹炉熔炼，鼓入空气搅拌熔池并喷煤，在侧吹炉中，熔炼温度控制为1650℃左右，出渣温度为1550℃，对应的出铁温度为1450℃，得到的高镍铁成分如表1，侧吹炉熔炼后得到的炉渣成分参见表2，生产出最终镍铁产物镍品位为10.21wt％。

实施例2

(1)预处理：采用TFe＝17.56wt％，Ni＝1.84wt％的低品位红土镍矿作为原料，将其筛分、干燥，使其粒度≤3mm的占80％以上，含水率为20％。

(2)第一次混料：然后将红土镍矿与石灰和无烟煤混合均匀得到第一混合物料，其中按重量计，红土镍矿:无烟煤:石灰＝100:7:3。

(3)焙烧还原：然后将第一混合物料送至焙烧回转窑进行磁化焙烧还原，窑头物料温度(即出料温度)控制为1000℃，焙烧阶段的焙烧温度为1200℃左右，焙烧时间为45min，混合后的物料进入焙烧回转窑至出焙烧回转窑的总时间控制在5h左右，得到焙烧砂，其中焙烧结束后炉渣的渣型(MgO+CaO)/SiO2质量比为0.65。

(4)第二次混料：将上述焙烧砂取100份，配加3份焦丁，得到第二混合物料。

(5)熔炼：将第二混合物料热装送至侧吹炉熔炼，鼓入空气搅拌熔池并喷煤，在侧吹炉中，熔炼温度控制为1650℃左右，出渣温度为1530℃，对应的出铁温度1480℃，得到的高镍铁成分如表1，侧吹炉熔炼后得到的炉渣成分参见表2，生产出最终镍铁产物镍品位为10.3％。

实施例3

(1)预处理：采用TFe＝17.56wt％，Ni＝1.84wt％的低品位红土镍矿作为原料，将其筛分、干燥，使其粒度≤3mm的占80％以上，含水率为20％。

(2)第一次混料：然后将红土镍矿与石灰和无烟煤混合均匀得到第一混合物料，其中按重量计，红土镍矿:无烟煤:石灰＝100:8:4。

(3)焙烧还原：然后将第一混合物料送至焙烧回转窑进行磁化焙烧还原，窑头物料温度(即出料温度)控制为1050℃，焙烧阶段的焙烧温度为1250℃左右，焙烧时间为40min，混合后的物料进入焙烧回转窑至出焙烧回转窑的总时间控制在5h左右，得到焙烧砂，其中焙烧结束后炉渣的渣型(MgO+CaO)/SiO2质量比为0.70。

(4)第二次混料：将上述焙烧砂取100份，配加3份焦丁(或者焦炭、块煤)，得到第二混合物料。

(5)熔炼：将第二混合物料热装送至侧吹炉熔炼，鼓入空气搅拌熔池并喷煤，在侧吹炉中，熔炼温度控制为1650℃左右，出渣温度为1550℃，对应的出铁温度1500℃，得到的高镍铁成分如表1，侧吹炉熔炼后得到的炉渣成分参见表2，生产出最终镍铁产物镍品位为10.0％。

表1：实施例1-3得到的镍铁产物成分(wt％)

表2：实施例1-3得到的炉渣的主要成分(wt％)

实施例	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	TFe	Ni
							1	6.5	27.8	59.3	2.1	2.9	0.12
2	5.4	26.57	52.1	2.9	3.2	0.10
							3	2.52	32.18	55	4.96	3.5	0.13

备注：表2中的TFe除以单质铁的形式存在外，还可能以亚铁、四氧化三铁的形式存在。

对比例：

下表3给出了在实际生产中采用实施例1的生产高镍铁的煤耗、电耗和吨镍铁成本等，并与RKEF、直接还原、鼓风炉冶炼方法进行对比，以说明实施例1的方法可以大大降低吨镍铁的生产成本。其中，以下物料的成本分别为：红土镍矿每吨单价合计455元，兰炭还原剂每吨单价合计970元，无烟煤耗每吨单价合计683元，烟煤每吨单价为776元，焦丁为1200元/吨。电耗每度0.6元。表3中单耗均为吨镍铁单耗。

表3：不同生产镍铁方法的成本对比

备注：RKEF工艺中所使用的燃料为兰炭，其它为无烟煤；

由表3可得，本发明吨镍铁的成本较低，具有降低成本的优势，并且产量高。RKEF工艺产量较高，但是电耗成本高，吨镍铁高；回转窑直接还原工艺的成本相对也低，但是存在产量低的缺陷，并且回转窑直接还原产品含渣量多，不能热送。鼓风炉工艺产量低，并且使用的燃料多为二次能源，污染大，不经济。

综上，本发明是采用了回转窑焙烧还原后的焙烧砂直接进入侧吹炉熔炼以使渣铁分离出高镍铁的新型冶炼工艺。红土镍矿即低贫品位红土镍矿在焙烧回转窑内进行焙烧还原，形成焙烧砂，直接送入侧吹炉，并补加一定的燃料(焦丁、焦炭、块煤)，进行加热融化以及进一步还原，达到渣铁分离，生产出高镍铁。本发明生产出的高镍铁可装入铁水罐中，用行车吊往铸铁机浇铸成块或者送往精炼工序。本发明的冶炼方法可以明显降低吨高镍铁的成本。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法，其特征在于：包括如下步骤：

预处理步骤：将所述低贫品位红土镍矿经过干燥处理、破碎处理，得到破碎后的红土镍矿；

第一次混料步骤：将所述破碎后的红土镍矿与还原剂、熔剂进行第一次混料处理，得到第一混合物料；在所述第一混合物料中，所述还原剂与所述红土镍矿的质量百分比为5％～9％，所述熔剂与所述红土镍矿的质量百分比为2％～5％；所述还原剂为无烟煤；所述熔剂为石灰或白云石；

所述第一次混料步骤中，将所述第一混合物料压球，得到压球后的第一混合物料；所述焙烧还原步骤中，将所述压球后的第一混合物料在回转窑中进行焙烧还原处理，得到焙烧砂；

焙烧还原步骤：将所述第一混合物料在回转窑中进行焙烧还原处理，得到焙烧砂；在所述焙烧还原处理中，温度为1150℃～1250℃，时间为40-60min；所述回转窑焙烧的窑头出料温度为950-1050℃；

第二次混料步骤：将所述焙烧砂和燃料进行第二次混料处理，得到第二混合物料；在所述第二混合物料中，所述燃料与所述焙烧砂的质量百分比为2％～3％；

熔炼步骤：将所述第二混合物料在侧吹炉中进行熔炼处理，获得镍铁产物和炉渣；

所述低贫品位红土镍矿的镍含量为1.5～2.3wt％，TFe含量为14～25wt％；

其中，“回转窑煅烧”过程中产生的“烟气”又进入“烘干窑干燥”用于物料的干燥；“侧吹炉”中的产生“烟气”又进入“回转窑”中用于煅烧。

2.根据权利要求1所述的采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法，其特征在于：所述低贫品位红土镍矿中TFe与Ni的质量比≤10。

3.根据权利要求1或2所述的采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法，其特征在于：所述焙烧还原步骤中，在所述焙烧还原处理中，所述焙烧砂的渣型(MgO+CaO)/SiO₂为0.40～0.70。

4.根据权利要求1或2所述的采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法，其特征在于：所述燃料为焦丁或块煤或焦丁和块煤混合物。

5.根据权利要求1或2所述的采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法，其特征在于：所述熔炼步骤中，在所述熔炼处理中，所述侧吹炉的熔炼温度≥1600℃，出渣温度为1530-1580℃，对应的出铁温度控制在1480-1530℃，且所述出渣温度高于所述出铁温度40℃以上。

6.根据权利要求5所述的采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法，其特征在于：所述出渣温度高于所述出铁温度40℃-50℃。

7.根据权利要求1或2所述的采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法，其特征在于：所述熔炼步骤中，在所述熔炼处理中，补充所述燃料并利用热空气侧吹搅动。

8.根据权利要求7所述的采用低贫品位红土镍矿生产高镍铁的方法，其特征在于：

所述熔炼步骤中，在所述熔炼处理中，所述炉渣的成分包括：CaO：3.5-6.5wt％，MgO：18-30wt％，SiO2：45-65wt％，AL2O3：2.5-5.5wt％，TFe：2.5-4.0wt％，Ni≤0.20wt％。