CN212247156U - 处理红土镍矿的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种处理红土镍矿的系统，包括：预处理单元，具有红土镍矿入口和红土镍矿颗粒出口；混合造球装置，具有红土镍矿颗粒入口、还原剂入口、硫化剂入口和混合球团出口；预还原硫化装置，具有混合球团入口和焙砂出口；熔炼装置，具有焙砂入口、熔炼溶剂入口、可燃料入口、富氧空气入口、第一低镍锍出口和熔炼渣出口；吹炼装置，具有第一低镍锍入口、吹炼溶剂入口、高镍锍出口和吹炼渣出口。该系统用于处理红土镍矿效率高、能耗低且金属回收率高。

Description

处理红土镍矿的系统

技术领域

本实用新型属于红土镍矿处理技术领域，具体而言，本实用新型涉及处理红土镍矿的系统。

背景技术

全球镍资源储量丰富，美国地质调查局2017年统计数据显示，全球已探明的陆基镍基础储量约7900万吨(以金属镍计)，含镍资源总量1.4亿吨左右，集中分布在澳大利亚、巴西、新喀里多尼亚、俄罗斯、古巴、印度尼西亚、南非、菲律宾、中国以及加拿大等国家。在这些镍矿资源中，硫化镍矿占比40％左右，其余约60％为红土镍矿，然而，目前世界上有70％镍的生产来源于硫化镍矿，仅有30％镍的生产来源于红土镍矿。随着已勘探硫化镍矿的不断消耗和新勘探硫化镍矿储量的不断减少，全球范围内可开采的硫化镍矿资源日益枯竭，难以满足不断增长的镍生产量对原料的需求。近年来，我国不锈钢产量快速增长和新能源汽车用三元动力电池的高镍化发展趋势突出了对镍产品原材料的需求问题，如何高效低成本绿色开发红土镍矿资源，对镍冶金工业的发展具有重要的意义。

目前，工业上处理红土镍矿的工艺可分为火法冶金和湿法冶金两种。湿法冶金虽然可以高效提取镍、钴，且工艺能耗和生产成本明显低于火法冶金，但受其生产规模较小、生产流程较长等因素限制，湿法冶金在红土镍矿生产镍量中所占比重较小。火法冶金能够通过大模具工业生产来满足当前形势下各行业对镍产品的需求，同时能回收铁提高综合经济效益。据不完全统计，目前全球镍生产量中的80％以上由火法冶金提供，按其工艺产出产品的不同分类，具体包括生产镍锍的造锍熔炼工艺和生产镍铁的回转窑粒铁工艺、高炉熔炼工艺、回转窑预还原-电炉熔炼工艺(RKEF)等。

(1)造锍熔炼工艺

造锍熔炼生产镍锍是最早用于工业生产的红土镍矿火法冶炼工艺。通过在红土镍矿中配入硫磺、黄铁矿或石膏等硫化剂，在鼓风炉或电炉中经1500-1600℃温度熔炼制得低冰镍，然后经转炉吹炼生产镍品位40％以上的高冰镍。目前全球每年由红土镍矿生产的镍锍在12万吨左右(以金属镍计)。

高镍锍产品具有很大的灵活性，经焙烧脱硫后可用于直接还原、制备不锈钢生产使用的通用镍，也可以作为常压羰基法精炼镍的原料生产镍丸和镍粉，还可以制成阳极板通过电解精炼生产阴极镍。

利用红土镍矿还原硫化制备低镍锍的冶炼工艺，除被逐渐淘汰的外，主要有新喀里多尼亚的安博冶炼厂、印度尼西亚苏拉威西的梭罗科冶炼厂和鼓风炉处理红土镍矿制备低镍锍工艺。其中，新喀里多尼亚厂处理红土镍矿制备镍锍的生产工艺为将熔融的硫磺液体喷入到转炉熔融的镍铁合金熔液中进行硫化，同时进行造渣吹炼，最终制备成高镍锍产品；印度尼西亚厂处理红土镍矿制备镍锍的生产工艺为将熔融的硫磺液体喷溅到回转窑焙烧出来的具有一定温度的焙砂上，利用焙砂的余热进行硫化，将预还原的镍、铁颗粒转化为硫化物，而后将焙砂转入电炉熔炼生产低镍锍，再进行转炉吹炼，最终获得高镍锍产品；鼓风炉熔炼红土镍矿制备镍锍工艺，由于其对环境不友好、矿石适应性差、对镁含量有较严格的要求、无法处理粉矿和对入炉炉料限制较严格，随着生产规模扩大、冶炼技术进步、炼钢厂对镍类原料要求的提高以及环境保护要求的提高，这类生产工艺已逐步淘汰。

(2)回转窑粒铁法

该工艺由德国Krupp-Renn直接还原炼铁工艺发展而来，后经日本大江山冶炼厂发展为“大江山”工艺并持续运行至今。红土镍矿原矿经干燥、破碎、筛分处理后与溶剂、还原剂按一定的比例混合制成团块，团块在回转窑内经干燥和高温还原焙烧生成镍铁，焙砂经水淬冷却、破碎、筛分、磁选或重选分离镍铁与渣，得到珠状镍铁粒或镍铁粉。红土镍矿团块从回转窑窑尾进入，窑内高温焙烧过程可分为三个阶段-干燥段、还原段和镍铁颗粒生长段。干燥段温度一般低于800℃，脱除红土镍矿中的结晶水；还原段温度为800-1350℃左右，主要用于镍氧化物和铁氧化物的还原；镍铁颗粒生长段所需温度应达1400～1450℃，以保持物料熔融或半熔融状态使还原段生成的镍铁颗粒充分聚集。

对于回转窑粒铁法工艺而言，为实现物理分选过程中镍铁与渣的有效分离，在回转窑还原过程中，需要使物料达到熔融或半熔融态，以改善物料内部的传质条件，促进镍铁颗粒的聚集长大。红土镍矿还原焙烧过程中生成的辉石和橄榄石等物相熔点较高，为满足液相的生成条件，回转窑内所需还原焙烧温度高，操作条件苛刻。如日本大江山镍铁厂要求回转窑窑头镍铁颗粒生长段的还原温度提高至1400-1450℃。另一方面，生产过程中液相量难以掌控，导致在回转窑的还原区域和镍铁长大区域易生成结圈物，严重影响生产顺行。据了解，除日本大江山镍铁厂实现了真正的镍铁生产外，其他直接还原生产线均未能实现直接生产镍铁，而是将还原后的红土镍矿通过磨矿、磁选等技术进行物理分离处理。

(3)烧结-高炉法

高炉冶炼红土镍矿制备含镍生铁工艺流程与现在高炉炼铁流程基本一致。将红土镍矿破碎，与溶剂和燃料配料混合后，在烧结机上进行抽风烧结，成品烧结矿再进入高炉熔炼产出含镍生铁。该工艺一般以高铁低镁型红土镍矿为原料，产品中镍品位保持在3wt.％～6wt.％，通常用于生产200系不锈钢。

对于烧结-高炉法工艺而言，因红土镍矿与现代高炉炼铁原料差别大，烧结和高炉冶炼阶段的操作条件并不一致。在红土镍矿烧结生产中普遍存在烧结固体燃耗高、返矿量大，成品烧结矿转鼓强度偏低、粒级部分不理想等问题。由于红土镍矿中铁、镍品位较低，高炉熔炼时渣量大、炉杠铁水温度低、铁水流动性差、渣铁分离困难。特别在冶炼低铁高镁型红土镍矿时，高炉渣量和炉渣粘度过大，导致生产难以顺行。

(4)回转窑预还原-电炉熔炼法

回转窑预还原-电炉熔炼工艺(RKEF)已发展为世界范围内利用红土镍矿生产镍铁的主流工艺，其产能占比超过全球镍铁总产能的2/3。主要工艺流程为先将红土镍矿进行干燥处理，然后在回转窑内还原焙烧，焙砂进入电炉内进一步还原熔炼生产粗镍铁。RKEF工艺具有原料适应性强，各类型红土镍矿资源均可用于生产。

回转窑预还原-电炉熔炼工艺的最大缺点在于其电炉熔炼时电耗高，导致其工艺总能耗和生产成本高。主要原因为红土镍矿冶炼时渣量大，炉渣所需冶炼温度高，为保证铁水和渣的分离，炉渣温度一般需要维持在1550℃以上，甚至超过1600℃，这导致电炉的电能消耗巨大。因此，利用RKEF冶炼镍铁产物，对冶炼厂所在地电力供应的要求比较苛刻，尤其在电力缺乏地区，很难开展红土镍矿资源利用的生产工作。

综上，目前红土镍矿火法冶炼工艺发展迅速，但也暴露出原料波动大、工艺适用性差、生产流程长、能耗大、环境污染重以及对矿产资源丰富地区电力设施依赖度高等问题，已成为制约镍冶金工业发展的隐患，亟待开发一种低成本、高效率、绿色型的冶炼工艺处理储量丰厚的红土镍矿资源，以满足各行业对镍产品的需求。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种处理红土镍矿的系统。该系统用于处理红土镍矿效率高、能耗低且金属回收率高。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种处理红土镍矿的系统，根据本实用新型的实施例，该系统包括：

预处理单元，所述预处理单元具有红土镍矿入口和红土镍矿颗粒出口；

混合造球装置，所述混合造球装置具有红土镍矿颗粒入口、还原剂入口、硫化剂入口和混合球团出口，所述红土镍矿颗粒入口与所述红土镍矿颗粒出口相连；

预还原硫化装置，所述预还原硫化装置具有混合球团入口和焙砂出口，所述混合球团入口与所述混合球团出口相连；

熔炼装置，所述熔炼装置具有焙砂入口、熔炼溶剂入口、可燃料入口、富氧空气入口、第一低镍锍出口和熔炼渣出口，所述焙砂入口与所述焙砂出口相连；

吹炼装置，所述吹炼装置具有第一低镍锍入口、吹炼溶剂入口、高镍锍出口和吹炼渣出口，所述第一低镍锍入口与所述第一低镍锍出口相连。

根据本实用新型实施例的处理红土镍矿的系统，通过将红土镍矿送至预处理单元进行预处理，可得到满足后续工序要求的红土镍矿颗粒；通过将所得的红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂混合，可显著增加红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂的表面接触面积，方便后续熔炼工序，且同时加入还原剂和硫化剂有利于提取原矿中的有价金属元素；通过将混合球团送至预还原硫化装置进行预还原硫化，可有效还原嵌布在脉石内的金属氧化物，同时协同控制硫化剂的分解方式，使其分解产生CaS，避免其分解形成CaO，进而大幅度提高后续熔炼过程中硫化剂的使用率，并在熔炼过程中发生硫化反应形成CaO，使其在熔渣中作为有用的溶剂调整渣型；在熔炼装置中，采用富氧空气使可燃料燃烧加热熔化物料，由于熔体强烈的搅拌作用可使矿物快速熔化，提高反应效率，且熔炼溶剂可增强CaS硫化金属氧化物的效率，提高金属回收率，获得具有Ni_xFe_1-xS、Ni₃S₂和NiFe合金的混合物的低镍锍；同时该熔炼工艺对矿物原料要求较低，适用性强，实现了红土镍矿经熔池熔炼直接制备获得低镍锍产物的目的，提高了生产效率；进一步的，通过将熔炼所得的第一低镍锍送至吹炼装置进行吹炼和造渣，可进一步实现镍的富集，得到Ni的含量为50-75wt％、Fe的含量小于3wt％、S的含量为15-25％的高镍锍。由此，该工艺可在电力资源缺乏、红土镍矿资源丰富的地区适用，可节省原矿运输成分，缩短生产周期；相比较于红土镍矿制备镍铁工艺，本申请中红土镍矿经熔炼工序中的还原硫化直接制备得到低镍锍的工艺具有较低的熔炼温度，可减少能耗；整个工艺硫化剂使用率高、还原硫化反应速度快、生产效率高、金属回收率高且投资低。

另外，根据本实用新型上述实施例的处理红土镍矿的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，所述预处理单元包括依次相连的干燥装置、破碎装置和筛分装置，所述红土镍矿入口位于所述干燥装置，所述红土镍矿颗粒出口位于所述筛分装置。

在本实用新型的一些实施例中，所述预还原硫化装置为回转窑。

在本实用新型的一些实施例中，所述熔炼装置为侧吹炉。

在本实用新型的一些实施例中，所述吹炼装置为转炉。

在本实用新型的一些实施例中，上述处理红土镍矿的系统进一步包括：贫化装置，所述贫化装置具有熔炼渣入口、第二低镍锍出口和弃渣出口，所述熔炼渣入口与所述熔炼渣出口相连，所述第二低镍锍出口与所述吹炼装置相连。

在本实用新型的一些实施例中，所述贫化装置为电炉。

在本实用新型的一些实施例中，所述吹炼渣出口与所述熔炼装置相连。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的处理红土镍矿的系统结构示意图；

图2是根据本实用新型再一个实施例的处理红土镍矿的系统结构示意图；

图3是根据本实用新型又一个实施例的处理红土镍矿的系统结构示意图；

图4是根据本实用新型一个实施例的采用上述处理红土镍矿的系统处理红土镍矿的方法流程示意图；

图5是根据本实用新型再一个实施例的采用上述处理红土镍矿的系统处理红土镍矿的方法流程示意图；

图6是根据本实用新型又一个实施例的采用上述处理红土镍矿的系统处理红土镍矿的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种处理红土镍矿的系统，根据本实用新型的实施例，参考图1，该系统包括：预处理单元100、混合造球装置200、预还原硫化装置300、熔炼装置400、和吹炼装置500。

根据本实用新型的实施例，预处理单元100具有红土镍矿入口101和红土镍矿颗粒出口102，且适于将红土镍矿进行预处理，以便得到红土镍矿颗粒。发明人发现，通过将红土镍矿送至预处理单元进行预处理，可得到满足后续工序要求的红土镍矿颗粒。需要说明的是，预处理单元的具体内容并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如可以包括依次相连的干燥装置110、破碎装置120和筛分装置130，红土镍矿入口101位于干燥装置110，红土镍矿颗粒出口102位于筛分装置130，且适于将红土镍矿依次进行干燥、破碎和筛分，以便得到粒度符合要求的红土镍矿颗粒。进一步的，红土镍矿颗粒的最大粒度也不受特别限制，如可以为2-10mm。发明人发现，红土镍矿颗粒度过低时，会造成冶炼作业过程中烟尘率高；物料入炉后易在熔体上方堆积造成隔层，影响熔炼。红土镍矿颗粒度过高时，会降低有价金属氧化物与硫化剂和还原剂的化学反应效率，降低硫化剂的有效利用率，减小有价金属的回收率。

根据本实用新型的实施例，混合造球装置200具有红土镍矿颗粒入口201、还原剂入口202、硫化剂入口203和混合球团出口204，红土镍矿颗粒入口201与红土镍矿颗粒出口102相连，且适于将红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂混合，以便得到混合球团。发明人发现，通过将所得的红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂混合，可显著增加红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂的表面接触面积，方便后续熔炼工序，且同时加入还原剂和硫化剂有利于提取原矿中的有价金属元素。

根据本实用新型的一个实施例，红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂的质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如可以为100：2.5-10：8-25。发明人发现，在预还原硫化过程中，硫化剂应与还原剂应具有较好的匹配关系，若红土镍矿颗粒配入较低质量的还原剂和硫化剂，则硫化反应所需的硫化剂不足，且还原条件不够，不足以形成低镍锍产物；若红土镍矿颗粒配入较高质量的还原剂和硫化剂，红土镍矿中的金属铁氧化物被大量还原，形成高金属化的低镍锍产物，导致镍锍产物镍品位降低；若红土镍矿颗粒配入较高质量的硫化剂和较低质量的还原剂，或是配入较低质量的硫化剂和较高质量的还原剂，则其均不能形成低镍锍，即无法达到冶炼低镍锍的目的。进一步的，还原剂的具体类型和最大粒度也不受特别限制，如还原剂可以选自无烟煤和烟煤、焦炭中的至少之一，还原剂的最大粒度可以为2-10mm。发明人发现，若还原剂颗粒度过大，则主要参与燃烧补热，起到还原效应低；若还原剂颗粒过小，则在熔炼过程中快速消耗殆尽，还原反应来不及完全进行。进一步的，硫化剂的具体类型也不受特别限制，如可以为石膏。进一步的，硫化剂的粒径也不受特别限制，如可以为5-10mm。发明人发现，硫化剂颗粒度过小，或成粉末状，在熔炼加料过程中，易被烟气带走而损失；颗粒度过大，则无法有效及时参与硫化反应，导致被还原的金属沉降，失去相互作用几率，最终导致低镍锍产物的高金属化。进一步的，混合球团的粒径也不受特别限制，如可以为5-20mm。发明人发现，若混合球团的颗粒度过小或成粉末状，在熔炼加料过程中，易被随烟气带走而损失；而若其颗粒度过大，则无法有效及时参与硫化反应，导致被还原的金属沉降，失去相互作用几率，最终导致低镍锍产物的高金属化。

根据本实用新型的实施例，预还原硫化装置300具有混合球团入口301和焙砂出口302，混合球团入口301与混合球团出口204相连，且适于将混合球团进行预还原硫化处理，以便得到焙砂。发明人发现，石膏在不同还原度条件下的高温分解产物主要有CaO、CaS、SO₂，通过将混合球团送至预还原硫化装置进行预还原硫化，可有效还原嵌布在脉石内的金属氧化物，同时在还原剂的作用下，协同控制硫化剂的分解方式，使其主要分解为CaS，而避免分解为CaO和SO₂，避免石膏中硫进入气相溢出造成硫化剂的流失，进而大幅度提高后续熔炼过程中硫化剂的使用率，并在熔炼过程中发生硫化反应形成CaO，使其在熔渣中作为有用的溶剂调整渣型。

根据本实用新型的一个实施例，预还原硫化装置的具体类别并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如可以为回转窑。发明人发现，采用回转窑进行预还原硫化处理，可与原矿物协同处理，减少硫化剂石膏单独预处理的工序，减少能耗。进一步的，预还原硫化处理的具体条件也不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如预还原硫化处理的温度可以为700-1000℃，时间可以为1-3h。发明人发现，若回转窑处理温度过低，时间过短，不能满足石膏分解的温度条件及分解充分所需的时间；若回转窑处理温度过高，时间过长，容易导致回转窑结圈，影响工序的顺行。

根据本实用新型的实施例，熔炼装置400具有焙砂入口401、熔炼溶剂入口402、可燃料入口403、富氧空气入口404、第一低镍锍出口405和熔炼渣出口406，焙砂入口401与焙砂出口302相连，且适于将焙砂和熔炼溶剂、可燃料、富氧空气进行熔炼处理，以便得到第一低镍锍和熔炼渣。发明人发现，在熔炼装置中，采用富氧空气使可燃料燃烧加热熔化物料，由于熔体强烈的搅拌作用可使矿物快速熔化，提高反应效率，且熔炼溶剂可增强CaS硫化金属氧化物的效率，提高金属回收率，获得具有Ni_xFe_1-xS、Ni₃S₂和NiFe合金的混合物的低镍锍；同时该熔炼工艺对矿物原料要求较低，适用性强，实现了红土镍矿经熔池熔炼直接制备获得低镍锍产物的目的，提高了生产效率。焙砂在熔融过程中，进一步与有价金属氧化物或焙烧中被还原的有价金属发生还原、硫化反应，根据金属镍、钴、铁与氧和硫的结合能力强弱，最终完成选择性还原、硫化的目的。

根据本实用新型的一个实施例，熔炼装置的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如可以为侧吹炉，侧吹炉熔炼为燃烧直接加热的方式，因此对物料含水、颗粒度的要求较小，适用性较强。进一步的，熔炼处理的条件也不受特别限制，如温度可以为1300-1450℃，时间可以为0.5-1h。发明人发现，侧吹炉采用燃烧直接加热物料的方式化料，加热效率高。冶炼物料加入炉内，则直接进入熔池发生反应，在熔融过程中发生还原、硫化反应，形成低镍锍产物。若侧吹炉温度过高，冶炼时间过长，则使渣中氧势过高，易形成泡沫渣，影响冶炼顺行；若侧吹炉温度过低，冶炼时间过短，则物料未能充分反映，镍锍与渣的分离不完全，导致渣中有价金属元素含量过高，造成经济损失。进一步的，熔炼溶剂的具体类型也不受特别限制，如可以为选自石灰石和石英中的至少之一。进一步的，当熔炼溶剂为石英与石灰石的混合物料时，石英与石灰石的质量比可以为2-8：1。进一步的，熔炼溶剂与焙砂的质量比可以为5-20：100。发明人发现，熔炼溶剂的加入量根据红土镍矿类型成分具体确定。如褐铁型红土镍矿冶炼过程中应加入大量的石英和少量石灰石或不加石灰石即可，此时若熔炼溶剂含量过低，由于矿物氧化铁含量过高，冶炼过程中很难形成低镍锍产物；而硅镁质型红土镍矿由于原矿中硅、镁含量较高，冶炼过程中，为降低冶炼温度，调整渣的碱度和粘度，适当的加入石灰石即可，若熔炼溶剂的比例过高，易造成渣熔点升高，粘度过大，冶炼温度过高，无法冶炼。

进一步的，富氧空气中氧气的体积浓度可以为60-80％。发明人发现，若浓度过低，则容易导致加热过慢，供热效率低，熔融化料困难，炉体冶炼温度不足；若浓度过高，则容易导致渣中氧势过大，使得还原反应降低，冶炼时间过长，还会形成泡沫渣，影响冶炼顺行。进一步的，可燃料可以为天然气和/或发生炉煤气。

进一步的，熔炼渣中FeO、MgO、SiO₂和CaO的含量也不受特别限制，如FeO的含量可以为30-38wt％，MgO的含量可以小于10wt％，SiO₂的含量可以为35-40wt％，CaO的含量可以为5-15wt％。发明人发现，红土镍矿冶炼低镍锍过程中，需控制渣型成分，以获得适宜熔点熔炼渣。由于低镍锍熔点温度较低，为1050-1200℃之间，因此，熔炼渣的熔化温度通过渣中组元成分含量调整，一般控制在1250-1350℃之间。如渣中MgO含量过高时，易导致渣熔点温度升高；FeO、CaO含量过高或过低时，均容易导致熔炼渣温度相对升高。因此，渣中组元成分应根据矿物原料中硅、镁含量进行调整，以获得适宜冶炼低镍锍的渣型成分。进一步的，第一低镍锍中Ni、Fe和S的含量也不受特别限制，如Ni的含量可以为10-25wt％，Fe的含量可以为45-60wt％，S的含量可以为10-25wt％。发明人发现，低镍锍中镍品位的高低主要受金属铁含量的影响。低镍锍在尽量提高镍锍品位的同时，保证渣具有良好的冶炼性质(熔点、粘度、碱度等)。若硫含量过低，则形成高金属化的低镍锍或形成镍铁合金；若硫含量过高，则增加后续吹炼除硫工序的负担。

根据本实用新型的实施例，吹炼装置500具有第一低镍锍入口501、吹炼溶剂入口502、高镍锍出口503和吹炼渣出口504，第一低镍锍入口501与第一低镍锍出口405相连，且适于将第一低镍锍和吹炼溶剂进行吹炼处理，以便得到高镍锍和吹炼渣。发明人发现，通过将熔炼所得的第一低镍锍送至吹炼装置进行吹炼和造渣，可进一步实现镍的富集，得到Ni的含量为50-75wt％、Fe的含量小于3wt％、S的含量为15-25％的高镍锍。吹炼过程中，由于金属镍和铁与氧和硫的结合能力大小不同，使低镍锍中的Fe和FeS与富氧O₂结合，形成FeO，然后FeO与渣中SiO₂形成炉渣，从而达到去除低镍锍中铁和部分过高的硫的目的。

根据本实用新型的一个实施例，吹炼装置的具体类型并不受特别限制，如可以为转炉，转炉吹炼可提高生产作业率，且吹炼操作易控制。进一步的，吹炼处理的温度可以为1150-1350℃，时间可以为0.5-1h。发明人发现，吹炼温度过高，时间过长，容易导致低镍锍中的铁全部进入渣中，并且导致部分有价金属形成氧化物，也进入炉渣中，造成损失；温度过低，时间过短，不能满足低镍锍去除铁的目的。进一步的，吹炼溶剂选自石英石、石灰石中的至少之一。

根据本实用新型的再一个实施例，参考图2，为了进一步提高镍的回收率，可以将吹炼渣出口504与熔炼装置400相连，且适于将吹炼渣返回进行熔炼处理。

根据本实用新型实施例的处理红土镍矿的系统，通过将红土镍矿送至预处理单元进行预处理，可得到满足后续工序要求的红土镍矿颗粒；通过将所得的红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂混合，可显著增加红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂的表面接触面积，方便后续熔炼工序，且同时加入还原剂和硫化剂有利于提取原矿中的有价金属元素；通过将混合球团送至预还原硫化装置进行预还原硫化，可有效还原嵌布在脉石内的金属氧化物，同时协同控制硫化剂的分解方式，使其分解产生CaS，避免其分解形成CaO，进而大幅度提高后续熔炼过程中硫化剂的使用率，并在熔炼过程中发生硫化反应形成CaO，使其在熔渣中作为有用的溶剂调整渣型；在熔炼装置中，采用富氧空气使可燃料燃烧加热熔化物料，由于熔体强烈的搅拌作用可使矿物快速熔化，提高反应效率，且熔炼溶剂可增强CaS硫化金属氧化物的效率，提高金属回收率，获得具有Ni_xFe_1-xS、Ni₃S₂和NiFe合金的混合物的低镍锍；同时该熔炼工艺对矿物原料要求较低，适用性强，实现了红土镍矿经熔池熔炼直接制备获得低镍锍产物的目的，提高了生产效率；进一步的，通过将熔炼所得的第一低镍锍送至吹炼装置进行吹炼和造渣，可进一步实现镍的富集，得到Ni的含量为50-75wt％、Fe的含量小于3wt％、S的含量为15-25％的高镍锍。由此，该工艺可在电力资源缺乏、红土镍矿资源丰富的地区适用，可节省原矿运输成分，缩短生产周期；相比较于红土镍矿制备镍铁工艺，本申请中红土镍矿经熔炼工序中的还原硫化直接制备得到低镍锍的工艺具有较低的熔炼温度，可减少能耗；整个工艺硫化剂使用率高、还原硫化反应速度快、生产效率高、金属回收率高且投资低。

根据本实用新型的实施例，参考图3，上述处理红土镍矿的系统进一步包括：贫化装置600。根据本实用新型的实施例，贫化装置600具有熔炼渣入口601、第二低镍锍出口602和弃渣出口603，熔炼渣入口601与熔炼渣出口406相连，第二低镍锍出口602与吹炼装置500相连，且适于将熔炼渣进行贫化处理，以便得到第二低镍锍和弃渣，并将第二低镍锍送至吹炼装置进行吹炼处理。发明人发现，通过将熔炼所得的熔炼渣送至贫化装置贫化，可进一步分离熔炼渣中的第二低镍锍和弃渣，熔炼渣中的有价金属氧化物或有价金属发生还原、硫化反应，根据金属镍、钴、铁与氧和硫的结合能力强弱，最终完成选择性还原、硫化的目的，实现镍和渣的进一步分离，进一步提高镍的回收率，最终得到主要为Ni_xFe_1-xS、Ni₃S₂和NiFe合金的混合物的第二低镍锍。即熔炼渣贫化过程，主要是完成熔炼过程中未来得及沉降分离的低镍锍。且所得的第二低镍锍送至吹炼装置如第一低镍锍一样进行吹炼处理，可得到高镍锍和吹炼渣，进一步提高了镍的回收和富集率。

根据本实用新型的一个实施例，贫化装置的具体类别并不受特别限制，如可以为电炉。发明人发现，电炉采用石墨电极加热，主要依靠电极之间或电极与物料之间的电弧或电流通过矿物物料引起的电阻热化料，通过调控給入的功率，可控制炉内温度。且电炉加热温度高，加热效率高。进一步的，贫化处理的条件也不受特别限制，如贫化处理的温度可以为1350-1450℃，时间可以为0.5-2h。发明人发现，熔炼温度过高，时间过长，导致能耗较大；熔炼温度过低，时间过短，不利于镍锍的沉降分离。进一步的，第二低镍锍中Ni、Fe和S的含量也不受特别限制，如Ni的含量可以为10-25wt％，Fe的含量可以为45-60wt％，S的含量可以为10-25wt％。

为了方便理解，下面对采用上述处理红土镍矿的系统处理红土镍矿的方法进行详细描述。根据本实用新型的实施例，参考图4，该方法包括：

S100：将红土镍矿送至预处理单元进行预处理

该步骤中，将红土镍矿送至预处理单元进行预处理，以便得到红土镍矿颗粒。发明人发现，通过将红土镍矿送至预处理单元进行预处理，可得到满足后续工序要求的红土镍矿颗粒。需要说明的是，预处理的具体内容并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如可以包括依次相连的干燥、破碎和筛分处理，且适于将红土镍矿依次进行干燥、破碎和筛分，以便得到粒度符合要求的红土镍矿颗粒。进一步的，红土镍矿颗粒的最大粒度也不受特别限制，如可以为2-10mm。发明人发现，红土镍矿颗粒度过低时，会造成冶炼作业过程中烟尘率高；物料入炉后易在熔体上方堆积造成隔层，影响熔炼。红土镍矿颗粒度过高时，会降低有价金属氧化物与硫化剂和还原剂的化学反应效率，降低硫化剂的有效利用率，减小有价金属的回收率。

S200：将红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂送至混合造球装置进行处理

该步骤中，将红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂送至混合造球装置进行混合造球处理，以便得到混合球团。发明人发现，通过将所得的红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂混合，可显著增加红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂的表面接触面积，方便后续熔炼工序，且同时加入还原剂和硫化剂有利于提取原矿中的有价金属元素。

根据本实用新型的一个实施例，红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂的质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如可以为100：2.5-10：8-25。发明人发现，在预还原硫化过程中，硫化剂应与还原剂应具有较好的匹配关系，若红土镍矿颗粒配入较低质量的还原剂和硫化剂，则硫化反应所需的硫化剂不足，且还原条件不够，不足以形成低镍锍产物；若红土镍矿颗粒配入较高质量的还原剂和硫化剂，红土镍矿中的金属铁氧化物被大量还原，形成高金属化的低镍锍产物，导致镍锍产物镍品位降低；若红土镍矿颗粒配入较高质量的硫化剂和较低质量的还原剂，或是配入较低质量的硫化剂和较高质量的还原剂，则其均不能形成低镍锍，即无法达到冶炼低镍锍的目的。进一步的，还原剂的具体类型和最大粒度也不受特别限制，如还原剂可以选自无烟煤和烟煤、焦炭中的至少之一，还原剂的最大粒度可以为2-10mm。发明人发现，若还原剂颗粒度过大，则主要参与燃烧补热，起到还原效应低；若还原剂颗粒过小，则在熔炼过程中快速消耗殆尽，还原反应来不及完全进行。进一步的，硫化剂的具体类型也不受特别限制，如可以为石膏。进一步的，硫化剂的粒径也不受特别限制，如可以为5-10mm。发明人发现，硫化剂颗粒度过小，或成粉末状，在熔炼加料过程中，易被烟气带走而损失；颗粒度过大，则无法有效及时参与硫化反应，导致被还原的金属沉降，失去相互作用几率，最终导致低镍锍产物的高金属化。进一步的，混合球团的粒径也不受特别限制，如可以为5-20mm。发明人发现，若混合球团的颗粒度过小或成粉末状，在熔炼加料过程中，易被随烟气带走而损失；而若其颗粒度过大，则无法有效及时参与硫化反应，导致被还原的金属沉降，失去相互作用几率，最终导致低镍锍产物的高金属化。

S300：将混合球团送至预还原硫化装置进行预还原硫化处理

该步骤中，将混合球团送至预还原硫化装置进行预还原硫化处理，以便得到焙砂。发明人发现，石膏在不同还原度条件下的高温分解产物主要有CaO、CaS、SO₂，通过将混合球团送至预还原硫化装置进行预还原硫化，可有效还原嵌布在脉石内的金属氧化物，同时在还原剂的作用下，协同控制硫化剂的分解方式，使其主要分解为CaS，而避免分解为CaO和SO₂，避免石膏中硫进入气相溢出造成硫化剂的流失，进而大幅度提高后续熔炼过程中硫化剂的使用率，并在熔炼过程中发生硫化反应形成CaO，使其在熔渣中作为有用的溶剂调整渣型。

根据本实用新型的一个实施例，预还原硫化处理的具体条件也不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如预还原硫化处理的温度可以为700-1000℃，时间可以为1-3h。发明人发现，若回转窑处理温度过低，时间过短，不能满足石膏分解的温度条件及分解充分所需的时间；若回转窑处理温度过高，时间过长，容易导致回转窑结圈，影响工序的顺行。

S400：将焙砂、熔炼溶剂、可燃料和富氧空气送至熔炼装置进行熔炼处理

该步骤中，将焙砂、熔炼溶剂、可燃料和富氧空气送至熔炼装置进行熔炼处理，以便得到第一低镍锍和熔炼渣。发明人发现，在熔炼装置中，采用富氧空气使可燃料燃烧加热熔化物料，由于熔体强烈的搅拌作用可使矿物快速熔化，提高反应效率，且熔炼溶剂可增强CaS硫化金属氧化物的效率，提高金属回收率，获得具有Ni_xFe_1-xS、Ni₃S₂和NiFe合金的混合物的低镍锍；同时该熔炼工艺对矿物原料要求较低，适用性强，实现了红土镍矿经熔池熔炼直接制备获得低镍锍产物的目的，提高了生产效率。焙砂在熔融过程中，进一步与有价金属氧化物或焙烧中被还原的有价金属发生还原、硫化反应，根据金属镍、钴、铁与氧和硫的结合能力强弱，最终完成选择性还原、硫化的目的。

根据本实用新型的一个实施例，熔炼处理的条件也不受特别限制，如温度可以为1300-1450℃，时间可以为0.5-1h。发明人发现，侧吹炉采用燃烧直接加热物料的方式化料，加热效率高。冶炼物料加入炉内，则直接进入熔池发生反应，在熔融过程中发生还原、硫化反应，形成低镍锍产物。若侧吹炉温度过高，冶炼时间过长，则使渣中氧势过高，易形成泡沫渣，影响冶炼顺行；若侧吹炉温度过低，冶炼时间过短，则物料未能充分反映，镍锍与渣的分离不完全，导致渣中有价金属元素含量过高，造成经济损失。进一步的，熔炼溶剂的具体类型也不受特别限制，如可以为选自石灰石和石英中的至少之一。进一步的，当熔炼溶剂为石英与石灰石的混合物料时，石英与石灰石的质量比可以为2-8：1。进一步的，熔炼溶剂与焙砂的质量比可以为5-20：100。发明人发现，熔炼溶剂的加入量根据红土镍矿类型成分具体确定。如褐铁型红土镍矿冶炼过程中应加入大量的石英和少量石灰石或不加石灰石即可，若熔炼溶剂含量过低，由于矿物氧化铁含量过高，冶炼过程中很难形成低镍锍产物；而硅镁质型红土镍矿由于原矿中硅、镁含量较高，冶炼过程中，为降低冶炼温度，调整渣的碱度和粘度，适当的加入石灰石即可，若熔炼溶剂的比例过高，易造成渣熔点升高，粘度过大，冶炼温度过高，无法冶炼。

进一步的，富氧空气中氧气的体积浓度可以为60-80％。发明人发现，若浓度过低，则容易导致加热过慢，供热效率低，熔融化料困难，炉体冶炼温度不足；若浓度过高，则容易导致渣中氧势过大，使得还原反应降低，冶炼时间过长，还会形成泡沫渣，影响冶炼顺行。进一步的，可燃料可以为天然气和/或发生炉煤气。

进一步的，熔炼渣中FeO、MgO、SiO₂和CaO的含量也不受特别限制，如FeO的含量可以为30-38wt％，MgO的含量可以小于10wt％，SiO₂的含量可以为35-40wt％，CaO的含量可以为5-15wt％。发明人发现，红土镍矿冶炼低镍锍过程中，需控制渣型成分，以获得适宜熔点熔炼渣。由于低镍锍熔点温度较低，为1050-1200℃之间，因此，熔炼渣的熔化温度通过渣中组元成分含量调整，一般控制在1250-1350℃之间。如渣中MgO含量过高时，易导致渣熔点温度升高；FeO、CaO含量过高或过低时，均容易导致熔炼渣温度相对升高。因此，渣中组元成分应根据矿物原料中硅、镁含量进行调整，以获得适宜冶炼低镍锍的渣型成分。进一步的，第一低镍锍中Ni、Fe和S的含量也不受特别限制，如Ni的含量可以为10-25wt％，Fe的含量可以为45-60wt％，S的含量可以为10-25wt％。发明人发现，低镍锍中镍品位的高低主要受金属铁含量的影响。低镍锍在尽量提高镍锍品位的同时，保证渣具有良好的冶炼性质(熔点、粘度、碱度等)。若硫含量过低，则形成高金属化的低镍锍或形成镍铁合金；若硫含量过高，则增加后续吹炼除硫工序的负担。

S500：将第一低镍锍和吹炼溶剂送至吹炼装置进行吹炼和造渣处理

该步骤中，将第一低镍锍和吹炼溶剂送至吹炼装置进行吹炼和造渣处理，以便得到高镍锍和吹炼渣。发明人发现，通过将熔炼所得的第一低镍锍送至吹炼装置进行吹炼和造渣，可进一步实现镍的富集，得到Ni的含量为50-75wt％、Fe的含量小于3wt％、S的含量为15-25％的高镍锍。吹炼过程中，由于金属镍和铁与氧和硫的结合能力大小不同，使低镍锍中的Fe和FeS与富氧O₂结合，形成FeO，然后FeO与渣中SiO₂形成炉渣，从而达到去除低镍锍中铁和部分过高的硫的目的。

根据本实用新型的一个实施例，吹炼处理的温度可以为1150-1350℃，时间可以为0.5-1h。发明人发现，吹炼温度过高，时间过长，容易导致低镍锍中的铁全部进入渣中，并且导致部分有价金属形成氧化物，也进入炉渣中，造成损失；温度过低，时间过短，不能满足低镍锍去除铁的目的。进一步的，吹炼溶剂选自石英石、石灰石中的至少之一。

根据本实用新型的再一个实施例，参考图5，为了进一步提高镍的回收率，可以将吹炼渣返回至熔炼装置进行熔炼处理。

根据本实用新型实施例的处理红土镍矿的方法，通过将红土镍矿送至预处理单元进行预处理，可得到满足后续工序要求的红土镍矿颗粒；通过将所得的红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂混合，可显著增加红土镍矿颗粒与还原剂、硫化剂的表面接触面积，方便后续熔炼工序，且同时加入还原剂和硫化剂有利于提取原矿中的有价金属元素；通过将混合球团送至预还原硫化装置进行预还原硫化，可有效还原嵌布在脉石内的金属氧化物，同时协同控制硫化剂的分解方式，使其分解产生CaS，避免其分解形成CaO，进而大幅度提高后续熔炼过程中硫化剂的使用率，并在熔炼过程中发生硫化反应形成CaO，使其在熔渣中作为有用的溶剂调整渣型；在熔炼装置中，采用富氧空气使可燃料燃烧加热熔化物料，由于熔体强烈的搅拌作用可使矿物快速熔化，提高反应效率，且熔炼溶剂可增强CaS硫化金属氧化物的效率，提高金属回收率，获得具有Ni_xFe_1-xS、Ni₃S₂和NiFe合金的混合物的低镍锍；同时该熔炼工艺对矿物原料要求较低，适用性强，实现了红土镍矿经熔池熔炼直接制备获得低镍锍产物的目的，提高了生产效率；进一步的，通过将熔炼所得的第一低镍锍和贫化所得的第二低镍锍送至吹炼装置进行吹炼和造渣，可进一步实现镍的富集，得到Ni的含量为50-75wt％、Fe的含量小于3wt％、S的含量为15-25％的高镍锍。由此，该工艺可在电力资源缺乏、红土镍矿资源丰富的地区适用，可节省原矿运输成分，缩短生产周期；相比较于红土镍矿制备镍铁工艺，本申请中红土镍矿经熔炼工序中的还原硫化直接制备得到低镍锍的工艺具有较低的熔炼温度，可减少能耗；整个工艺硫化剂使用率高、还原硫化反应速度快、生产效率高、金属回收率高且投资低。

根据本实用新型的实施例，参考图6，上述处理红提镍矿的方法进一步包括：

S600：将熔炼渣进行贫化处理

该步骤中，将熔炼渣进行贫化处理，以便得到第二低镍锍和弃渣，并将第二低镍锍送至吹炼装置进行吹炼处理。发明人发现，通过将熔炼所得的熔炼渣送至贫化装置贫化，可进一步分离熔炼渣中的第二低镍锍和弃渣，熔炼渣中的有价金属氧化物或有价金属发生还原、硫化反应，根据金属镍、钴、铁与氧和硫的结合能力强弱，最终完成选择性还原、硫化的目的，实现镍和渣的进一步分离，进一步提高镍的回收率，最终得到主要为Ni_xFe_1-xS、Ni₃S₂和NiFe合金的混合物的第二低镍锍。即熔炼渣贫化过程，主要是完成熔炼过程中未来得及沉降分离的低镍锍。且所得的第二低镍锍送至吹炼装置如第一低镍锍一样进行吹炼处理，可得到高镍锍和吹炼渣，进一步提高了镍的回收和富集率。

根据本实用新型的一个实施例，贫化处理的条件也不受特别限制，如贫化处理的温度可以为1350-1450℃，时间可以为0.5-2h。发明人发现，熔炼温度过高，时间过长，导致能耗较大；熔炼温度过低，时间过短，不利于镍锍的沉降分离。进一步的，第二低镍锍中Ni、Fe和S的含量也不受特别限制，如Ni的含量可以为10-25wt％，Fe的含量可以为45-60wt％，S的含量可以为10-25wt％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种处理红土镍矿的系统，其特征在于，包括：

预处理单元，所述预处理单元具有红土镍矿入口和红土镍矿颗粒出口；

混合造球装置，所述混合造球装置具有红土镍矿颗粒入口、还原剂入口、硫化剂入口和混合球团出口，所述红土镍矿颗粒入口与所述红土镍矿颗粒出口相连；

预还原硫化装置，所述预还原硫化装置具有混合球团入口和焙砂出口，所述混合球团入口与所述混合球团出口相连；

熔炼装置，所述熔炼装置具有焙砂入口、熔炼溶剂入口、可燃料入口、富氧空气入口、第一低镍锍出口和熔炼渣出口，所述焙砂入口与所述焙砂出口相连；

吹炼装置，所述吹炼装置具有第一低镍锍入口、吹炼溶剂入口、高镍锍出口和吹炼渣出口，所述第一低镍锍入口与所述第一低镍锍出口相连。

2.根据权利要求1所述的处理红土镍矿的系统，其特征在于，所述预处理单元包括依次相连的干燥装置、破碎装置和筛分装置，所述红土镍矿入口位于所述干燥装置，所述红土镍矿颗粒出口位于所述筛分装置。

3.根据权利要求1所述的处理红土镍矿的系统，其特征在于，所述预还原硫化装置为回转窑。

4.根据权利要求1所述的处理红土镍矿的系统，其特征在于，所述熔炼装置为侧吹炉。

5.根据权利要求1所述的处理红土镍矿的系统，其特征在于，所述吹炼装置为转炉。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，进一步包括：贫化装置，所述贫化装置具有熔炼渣入口、第二低镍锍出口和弃渣出口，所述熔炼渣入口与所述熔炼渣出口相连，所述第二低镍锍出口与所述吹炼装置相连。

7.根据权利要求6所述的处理红土镍矿的系统，其特征在于，所述贫化装置为电炉。

8.根据权利要求1所述的处理红土镍矿的系统，其特征在于，所述吹炼渣出口与所述熔炼装置相连。

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