CN116043033A - 一种红土镍矿一步生产高镍锍的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生产高镍锍技术领域，公开了一种红土镍矿一步生产高镍锍的方法，包括如下步骤：S1红土镍矿干燥，与S3中得到的低镍锍一起投入富氧侧吹吹炼炉中，氧化，得到高镍锍；S2将高镍锍通过排镍口排出，粒化；富氧侧吹吹炼炉氧化后还得到吹炼渣和烟气，吹炼渣加入富氧侧吹还原炉中，烟气通过排烟管汇集处理；S3吹炼渣在富氧侧吹还原炉中还原硫化，得到还原渣、低镍锍和烟气，将低镍锍加入富氧侧吹吹炼炉，烟气通过排烟管汇集处理。本发明通过一步法产出高镍锍，将红土镍矿中的氧化镍硫化并富集生成高镍锍，生产过程最大程度地利用富氧技术强化生产，该方法流程短、生产效率高，烟气产生量少，从而达到的高效、节能、环保的理想效果。

Description

一种红土镍矿一步生产高镍锍的方法
技术领域
本发明涉及生产高镍锍技术领域，具体而言，涉及一种红土镍矿一步生产高镍锍的方法。
背景技术
硫酸镍在新能源汽车等领域中的使用需求量极大，而制备硫酸镍的上游原材料高镍锍资源随传统硫化镍资源的日益减少而受限，导致硫酸镍供不应求的问题发生。因而，为缓解高镍锍资源短缺的问题，现提出采用红土矿源制取高镍锍。
利用红土矿生产高镍锍主要采用以下两种工艺手段：一是将还原过的焙砂用熔融硫磺在回转窑中硫化处理，电炉熔化产出低冰镍后，送卧式双转炉吹炼得到高镍锍。采用此工艺处理高镁氧化矿，最终可得到高镍锍产品，其中原料高镁氧化矿的成分包括2.0wt％Ni、0.05wt％Co、19wt％Fe、3wt％SiO2、21wt％MgO，产品高镍锍的成分包括78wt％Ni、1wt％Co、0.7wt％Fe、18-22wt％S。二是将矿石干燥后，用回转窑进行选择性还原，后投入电炉中熔化产出镍铁，液态镍铁进入转炉硫化，产出高镍锍。然而，采用上述现有的工艺方法制备高镍锍，存在产量小、耗能高、金属回收率低、造渣量大而导致镍损失量大等缺点。
因此，现急需一种高效、节能、环保的由红土镍矿生产高镍锍的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：
现有的采用红土镍矿制备高镍锍的工艺，均存在产量小、耗能高且金属回收率低的问题，硫化过程产生大量烟气，熔化池中加热温度过高，需要消耗大量能源且对废气处理工作量大，产出的废渣量大，即导致镍损失量大。
本发明采用的技术方案：
本发明提供了一种红土镍矿一步生产高镍锍的方法，包括如下步骤：
S1红土镍矿干燥，与S3中得到的低镍锍一起投入富氧侧吹吹炼炉中，氧化，得到高镍锍；
S2将高镍锍通过排镍口排出，粒化；富氧侧吹吹炼炉还得到吹炼渣和烟气，吹炼渣加入富氧侧吹还原炉中，烟气通过排烟管汇集处理；
S3吹炼渣在富氧侧吹还原炉中还原硫化，得到还原渣、低镍锍和烟气，将低镍锍加入富氧侧吹吹炼炉，烟气通过排烟管汇集处理。
优选地，步骤S2中，低镍锍加入富氧侧吹吹炼炉包括以下两种方式中的一种或多种：方式一是以热态形式直接加入富氧侧吹吹炼炉；方式二是将低镍锍冷却粒化，混入熔剂和燃料，后加入富氧侧吹吹炼炉。
优选地，所述熔剂为石灰石，所述燃料为粒煤。
优选地，步骤S2中，高镍锍经排镍口排出后，进行粒化处理，得到粒态高镍锍。
优选地，生产过程中，向富氧侧吹吹炼炉中持续通入富氧空气和还原剂；所述还原剂为煤粉。
优选地，生产过程中，向富氧侧吹还原炉中持续通入富氧空气、燃料和硫化剂，并控制炉内温度为1450-1550℃；所述燃料为煤粉，所述硫化剂为硫磺粉或黄铁矿。
优选地，步骤S3中，按质量分数计，低镍锍中镍含量小于10％，还原渣中镍含量小于0.1％。
富氧侧吹吹炼炉用于对红土镍矿和低镍锍进行吹炼。其中，富氧侧吹还原炉产出的低镍锍一部分通过镍锍包转运至中间储存包，并周期性地连续投入富氧侧吹吹炼炉内；另一部分低镍锍经风淬粒化后，取一定的熔剂和块燃料等加入炉内，富氧空气和还原剂通过风嘴通入炉内，在富氧侧吹吹炼炉中的熔体发生以下反应，其中熔体主要成分包括Fe2+、S2-、Ni2+以及CaO等：
Fe2O3+C＝2FeO+CO
Fe2O3+CO＝2FeO+CO2↑
2Fe2O3+FeS＝5FeO+SO2↑
3Fe3O4+FeS＝10FeO+SO2↑
FeS+O2＝2FeO+SO2
6FeO+O2＝2Fe3O4
4Fe3O4+O2＝6Fe2O3
Fe3O4+Fe＝2FeO
2Ni3S2+7O2＝6NiO+4SO2↑
9NiO+7FeS＝3Ni3S2+7FeO+SO2↑
FeOx+CaO＝CaO·FeOx
在富氧侧吹吹炼炉中，硫化亚铁优先于镍的硫化物发生氧化，熔体中的铁被喷入的富氧空气氧化后，在熔池中形成一个氧化渣层；直接加入富氧侧吹吹炼炉的热态低镍锍与喷入的富氧空气发生氧化脱硫反应，一部分热态低镍锍与氧化渣层中铁的高价氧化物发生交互反应，使大部分铁形成氧化亚铁进入渣中，镍的硫化物与少部分没有氧化的铁形成高镍锍，高镍锍沉于炉缸底部，由排锍口周期性排出；氧化渣由上部放渣口排出，采用溜槽加入侧吹还原炉，进行还原熔炼。
富氧侧吹还原炉是集还原和硫化为一体的冶金炉，炉体包括多层水套，并设有多种喷枪或风嘴，可向炉内喷入富氧空气、燃料和硫化剂等。其中，燃料为煤粉，硫化剂为硫磺粉或黄铁矿，炉料加入炉内后先熔化，后还原、硫化。作业时，控制炉内温度为1450-1550℃，炉料在炉内发生以下化学反应：
C+3Fe2O3＝2Fe3O4+CO
CO+Fe3O4＝3FeO+CO2↑
2FeO+SiO2＝2FeO﹒SiO2
CO+FeO＝Fe+CO2↑
Fe+S＝FeS
3Fe3O4+FeS＝10FeO+SO2↑
C+NiO＝Ni+CO
CO+NiO＝Ni+CO2↑
Ni+S＝NiS
2NiO+NiS＝3Ni+SO2
Fe+NiO＝Ni+FeO
9NiO+7FeS＝3Ni3S2+7FeO+SO2↑
炉料中的NiO和Fe2O3经过还原、硫化后，形成镍、铁、硫共熔体镍锍，由于镍与氧的亲合力比铁弱，与硫的亲合力比铁强，绝大部分镍被还原硫化成硫化镍和金属镍进入镍锍，部分铁还原成FeO后与SiO2形成炉渣而被排出，其余铁还原成金属铁进入镍锍，生成的镍锍由于与炉渣的密度差在熔炼炉的电热前床与炉渣分离，最终形成低镍锍从虹吸口排出至富氧侧吹吹炼炉中。
本发明的有益效果表现在：
本发明针对现有的生产工艺存在的问题，结合熔池熔炼技术的特点，采用干燥窑预干燥、富氧侧吹吹炼工艺、富氧侧吹还原硫化工艺处理红土镍矿，可以在第一步中就产出高镍锍，将红土镍矿中的氧化镍硫化并富集生成高镍锍(含镍40-75％，含硫20-35％，含铁2-4％)，生产过程最大程度地利用富氧技术强化生产，该方法流程短、生产效率高，烟气产生量少，从而达到的高效、节能、环保的理想效果。
附图说明
图1为实施例1中的生产工艺流程图；
图2为实施例1中的富氧侧吹吹炼炉的结构示意图；
图3为实施例1中的富氧侧吹还原炉的结构示意图。
附图标识：1-热态低镍锍加入口，2-吹炼加料口，3-吹炼风嘴，4-观察口，5-安全口，6-放渣口，7-排锍口，8-还原风嘴，9-进料口，10-镍锍排放口，11-排渣口，12-事故排放口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明提供了一种红土镍矿一步生产高镍锍的方法，包括如下步骤：
S1红土镍矿干燥，与富氧侧吹还原炉送来的低镍锍一同投入富氧侧吹吹炼炉中，氧化，得到高镍锍；
S2将高镍锍通过排镍口排出，粒化，得到粒态高镍锍；富氧侧吹吹炼炉还得到吹炼渣和烟气，吹炼渣加入富氧侧吹还原炉中，烟气通过排烟管汇集处理；
S3吹炼渣在富氧侧吹还原炉中还原硫化，得到还原渣、低镍锍和烟气，低镍锍加入富氧侧吹吹炼炉，烟气通过排烟管汇集处理；
其中，步骤S2中，低镍锍加入富氧侧吹吹炼炉包括以下两种方式中的一种或多种：方式一是以热态形式直接加入富氧侧吹吹炼炉；方式二是将低镍锍冷却粒化，再混入熔剂和燃料，后加入富氧侧吹吹炼炉，熔剂为石灰石，燃料为粒煤。
本发明中，生产过程中，向富氧侧吹吹炼炉中持续通入富氧空气和还原剂，还原剂为煤粉；向富氧侧吹还原炉中持续通入富氧空气、燃料和硫化剂，并控制炉内温度为1450-1550℃，燃料为煤粉，硫化剂为硫磺粉或黄铁矿。
本发明中，步骤S3中，按质量分数计，得到的低镍锍中镍含量小于10％，还原渣中镍含量小于0.1％。
本发明中，吹炼时利用红土镍矿带入的氧用途低镍锍产生交换反应，可进一步节省氧气和能耗；吹炼渣的主要成分为FeO-SiO2-CaO，将烟气脱硫而产生的石膏渣加入吹炼炉，用以补充吹炼渣中的氧化钙，提升资源利用程度。与现有的红土镍矿制备高镍锍的工艺相比，如RKEF法，本发明中采用富氧熔炉，并以煤作为富氧熔炉的主要能源，辅助用电热前床进行高镍锍与渣的分离，产生的烟气余热回收，进行余热发电，整体上的能耗明显降低。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种红土镍矿一步生产高镍锍的方法，包括如下步骤：
S1红土镍矿干燥，与石灰石、粒煤以及富氧侧吹还原炉送来的低镍锍，投入富氧侧吹吹炼炉中氧化；
S2将高镍锍通过排镍口排出，后进行粒化处理，得到粒态高镍锍；富氧侧吹吹炼炉氧化后还得到吹炼渣和烟气，吹炼渣加入富氧侧吹还原炉进行还原硫化；烟气通过排烟管汇集处理，后脱硫制酸，脱硫得到的石膏渣加入吹炼炉富氧侧吹吹炼炉中参与氧化反应；
S3吹炼渣在富氧侧吹还原炉中还原硫化，得到还原渣、低镍锍和烟气，低镍锍加入富氧侧吹吹炼炉，烟气通入排烟管回收制酸；
其中，步骤S2中，低镍锍加入富氧侧吹吹炼炉包括以下两种方式：部分低镍锍以热态形式直接加入富氧侧吹吹炼炉；余量低镍锍先加入粒化装置中固化处理，再混入熔剂和燃料，后加入富氧侧吹吹炼炉；其中，熔剂为石灰石，石灰石的加入量约为低镍锍质量的10％左右，燃料为粒煤，粒煤的加入量为低镍锍质量的5％左右。
本实施例中，生产过程中，向富氧侧吹吹炼炉中持续通入富氧空气和还原剂，还原剂为煤粉，煤粉的总加入量为渣量质量的20％左右；向富氧侧吹还原炉中持续通入富氧空气、燃料和硫化剂，并控制炉内温度为1450-1550℃，燃料为煤粉，硫化剂为硫磺粉或黄铁矿。
本实施例中，富氧侧吹侧吹炉得到的高镍锍包括以下主要成分：40-75％Ni、2-4％Fe以及20-35％S(按质量分数计)；富氧侧吹还原炉得到的低镍锍包括小于10％的镍、50-65％Fe以及22-30％S(按质量分数计)，还原渣中镍含量小于0.1％。与现有的应用最广泛的RKEF法相比，本实施例生产高镍锍的工艺流程大幅简化，显著提升了生产效率并降低能耗，主要能源的消耗情况如下表1所示，也减少了废气物和烟气的排放。
表1主要能源的消耗情况对比
Figure BDA0004010519210000081
如图2至图3所示，本实施例中生产高镍锍的关键装置主要包括富氧侧吹吹炼炉和富氧侧吹还原炉，分别用于对原料的吹炼氧化和还原硫化，可通过一步还原制得高镍锍，且镍金属的回收率和产出率高；生产工艺采用富氧冶炼技术，产生的烟气量少，环保节能、生产成本低。
其中，富氧侧吹吹炼炉中，炉上部开设有热态低镍锍加入口1，炉顶开设有吹炼加料口2，炉底部开设有排锍口7，炉体侧墙设有多个用于通入富氧空气的吹炼风嘴3，包括作业喷嘴和备用喷嘴，风嘴采用水冷铜元件，还设置有观察口4、安全口5、放渣口6等。吹炼作业时，连续加入红土镍矿进行吹炼，并粒化高镍锍，间歇式放渣和放锍。
富氧侧吹还原炉与常见侧吹炉的区别在于，炉体侧墙设有多个还原风嘴8(或喷枪)，分别用以通入富氧空气、还原剂和硫化剂等，以实现炉料在炉内进行氧化供热、铁镍还原和硫化等反应过程；炉顶设有进料口9，用于加入炉料、造渣熔剂、辅助燃料等；炉体还设置有镍锍排放口10、排渣口11、事故排放口12等，用于排放低镍锍和事故排放熔体。具体地，通入富氧空气，与炉内燃料反应，以满足炉内氧化放热需要；喷入还原剂，将炉料中的镍和部分铁还原成金属镍、铁；后与喷入的硫化剂进行硫化，生成镍锍，部分铁以氧化亚铁形式与炉料中的二氧化硅形成炉渣，镍锍与炉渣从炉底的排放通道排放至电热前床，镍锍与炉渣在电热前床进行分离，镍锍通过底部虹吸口排出后回到富氧侧吹吹炼炉中进行吹炼，炉渣通过上部排渣口排出进行水淬粒化。
还原硫化过程中，炉内熔池温度控制在1450-1550℃，以保证镍锍中含有的大量金属铁能充分反应；熔体排出通道设置有抗高温熔体冲刷措施、恒温装置、排空措施等，保证高温熔体不渗漏和高熔点熔体不冻结。
本实施例中，本领域技术人员根据生产需求可直接采用现有的粒化装置、管道输送设备等用以生产制备高镍锍。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种红土镍矿一步生产高镍锍的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1红土镍矿干燥，与S3中得到的低镍锍一起投入富氧侧吹吹炼炉中，氧化，得到高镍锍；
S2将高镍锍通过排镍口排出，粒化；富氧侧吹吹炼炉还得到吹炼渣和烟气，吹炼渣加入富氧侧吹还原炉中，烟气通过排烟管汇集处理；
S3吹炼渣在富氧侧吹还原炉中还原硫化，得到还原渣、低镍锍和烟气，将低镍锍加入富氧侧吹吹炼炉，烟气通过排烟管汇集处理。
2.根据权利要求1所述的红土镍矿一步生产高镍锍的方法，其特征在于，步骤S2中，低镍锍加入富氧侧吹吹炼炉包括以下两种方式中的一种或多种：
方式一是以热态形式直接加入富氧侧吹吹炼炉；方式二是将低镍锍冷却粒化，添加熔剂和燃料，加入富氧侧吹吹炼炉。
3.根据权利要求2所述的红土镍矿一步生产高镍锍的方法，其特征在于，低镍锍先加入粒化装置中固化处理，再混入熔剂和燃料，后加入富氧侧吹吹炼炉。
4.根据权利要求2或3所述的红土镍矿一步生产高镍锍的方法，其特征在于，所述熔剂为石灰石，所述燃料为粒煤。
5.根据权利要求1所述的红土镍矿一步生产高镍锍的方法，其特征在于，步骤S2中，高镍锍经排镍口排出后，进行粒化处理，得到粒态高镍锍。
6.根据权利要求1所述的红土镍矿一步生产高镍锍的方法，其特征在于，生产过程中，向富氧侧吹吹炼炉中持续通入富氧空气和还原剂。
7.根据权利要求6所述的红土镍矿一步生产高镍锍的方法，其特征在于，所述还原剂为煤粉。
8.根据权利要求1所述的红土镍矿一步生产高镍锍的方法，其特征在于，生产过程中，向富氧侧吹还原炉中持续通入富氧空气、燃料和硫化剂，并控制炉内温度为1450-1550℃。
9.根据权利要求8所述的红土镍矿一步生产高镍锍的方法，其特征在于，所述燃料为煤粉，所述硫化剂为硫磺粉或黄铁矿。
10.根据权利要求9所述的红土镍矿一步生产高镍锍的方法，其特征在于，步骤S3中，按质量分数计，低镍锍中镍含量小于10％，还原渣中镍含量小于0.1％。
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