CN101353708B

CN101353708B - 以氧化镍矿和不锈钢生产废弃物为原料的镍铁冶炼工艺

Info

Publication number: CN101353708B
Application number: CN2008102135737A
Authority: CN
Inventors: 成乐铉; 陶高驰; 肖峰; 张英君; 卢晓东
Original assignee: Zhangjiagang Pohang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Zhangjiagang Pohang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: CN101353708A

Abstract

本发明涉及一种以氧化镍矿和不锈钢生产废弃物为原料的镍铁冶炼工艺。该镍铁冶炼工艺包括以下步骤：将粒径15mm以下的氧化镍矿与不锈钢冶炼除尘灰、不锈钢酸洗污泥混合得到混合矿；将混合矿与焦粉、工业蜂蜜混合制成块矿；将块矿进行焙烧，得到焙烧矿；将焙烧矿与焦炭送入矿热炉冶炼得到镍铁。该工艺是一种新型的矿热炉冶炼镍铁工艺，实现了对不锈钢生产废弃物的回收和再利用，解决了废弃物对环境的污染问题；同时，还可以有效地回收不锈钢生产废弃物中的镍铁等元素，避免矿产资源的浪费；不需要使用传统的萤石和白云石等溶剂，降低了氟化物的排放污染以及在镍铁中引入其他金属杂质的可能性；采用本发明的工艺生产一吨镍铁可降低电耗300度。

Description

以氧化镍矿和不锈钢生产废弃物为原料的镍铁冶炼工艺

技术领域

本发明属于镍铁的冶炼工艺领域，尤其涉及一种以氧化镍矿和不锈钢生产废弃物为原料，利用矿热炉冶炼镍铁的工艺。

背景技术

随着不锈钢和特种钢的广泛应用，造成冶炼不锈钢和特殊钢的主要元素——金属镍供应短缺，价格飞涨。目前全球已探明镍资源储量约1.6亿吨，其中，30％为硫化矿，70％为氧化镍矿，但是，目前约60％的镍产品均来自于硫化矿。传统的镍金属生产主要从硫化镍矿中取得，随着全球尤其是中国不锈钢产业的发展，未来几年金属镍的消费量的年增长率将达到5％，但目前全球硫化镍矿资源已出现危机，新增产量十分有限。因此，开发利用储量大的氧化镍矿以及不锈钢生产废弃物的回收再利用具有很大的意义。

目前，氧化镍矿及不锈钢生产废弃物的冶炼主要以火法冶炼为主，常规工艺采用矿热炉，该工艺存在耗电高、环境污染大、间隙式生产产量低等弊端；传统的高炉冶炼碱度高，萤石使用量大，环境污染和能耗较高。

200510102984.5和200510102985.X号专利申请分别公开了以氧化镍矿为原料，利用高炉冶炼镍铁(即镍铁合金)的工艺。上述专利公开的技术方案分别是以不含结晶水的氧化镍矿和含有结晶水的氧化镍矿与焦粉、石灰石/生石灰、白云石、萤石等为原料，混合装入高炉中冶炼得到镍铁。虽然上述专利申请公开了利用氧化镍矿冶炼镍铁的工艺方法，可以在一定程度上缓解目前镍铁冶炼产业对硫化镍矿的依赖，有助于解决镍矿资源危机问题，但是，其技术方案中并未涉及对不锈钢生产废弃物的回收再利用问题，而且均需要加入一定量的萤石作为造渣剂(即溶剂)，调节铁水的流动性，同时还需要加入石灰石、生石灰和/或白云石等调整碱度。萤石中含有较多的氟化钙，冶炼之后会产生较多的氟化物，对环境造成污染；而白云石等的使用也可能会在镍铁中引入其他杂质，影响镍铁的纯度，同时也会增加冶炼镍铁的生产成本。

200610039992.4号专利申请公开了一种生产用于高炉冶炼镍铬铁合金的镍铬铁烧结矿的方法。该专利申请公开的技术方案采用了镍铬矿和镍铬工业废弃物为原料生产烧结矿，其所采用的镍铬工业废弃物包括了不锈钢轧钢皮、提镍尾渣、不锈钢炼钢除尘灰等，上述镍铬工业废弃物均为粒度小于10mm的粉末，并没有涉及其他的不锈钢生产废弃物的回收和再利用，尤其是镍含量相对较低的废弃物，由于其他成分含量较大，其中所包含的可回收利用的金属元素的回收和再利用相对比较困难；而且，该专利申请公开的技术方案中也需要使用一定量的白云石和石灰石。

不锈钢酸洗污泥作为不锈钢生产废弃物中一种，占据了很大的比重，但是目前的不锈钢生产中，一般都将其作为废弃物简单处理，并没有有效地加以利用，不仅造成了镍、铁等资源的浪费，同时还造成了严重的环境污染，因此，寻找合理利用不锈钢酸洗污泥的方法也是本领域亟待解决的问题之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种镍铁冶炼工艺，该冶炼工艺以氧化镍矿和不锈钢生产废弃物为原料，利用矿热炉冶炼镍铁，实现了对不锈钢生产废弃物的回收再利用，具有生产成本低、环境污染小等特点。

为达到上述目的，本发明提供了一种镍铁冶炼工艺，其包括以下步骤：

将粒径15mm以下的氧化镍矿与不锈钢冶炼除尘灰、不锈钢酸洗污泥混合得到混合矿；

将混合矿与焦粉、工业蜂蜜混合制成块矿；

将块矿进行焙烧，得到焙烧矿；

将焙烧矿与焦炭送入矿热炉冶炼得到镍铁。

在上述镍铁冶炼工艺中，所采用的氧化镍矿是将原矿进行破碎和筛分得到的粒径在15mm以下，优选粒径为5-15mm的氧化镍矿，该氧化镍矿与不锈钢生产废弃物混合得到混合矿，然后进行后续的工艺步骤；对于筛分出来的粒径在15mm以上的氧化镍矿(或称氧化镍矿块)可以再次进行粉碎，也可以与原矿混合后一起进行粉碎。对氧化镍矿进行粉碎和筛分时所使用的设备和工艺均为本领域常用的设备和工艺。

根据本发明的具体技术方案，将氧化镍矿和不锈钢冶炼除尘灰、不锈钢酸洗污泥进行混合时，三者的质量比可以为氧化镍矿∶不锈钢冶炼除尘灰∶不锈钢酸洗污泥＝(4-5)∶(2.5-3.5)∶(1.5-2.5)，优选为5∶3∶2。

用于冶炼的各种原料中难免含有一定的杂质，加入一定量的溶剂可以使杂质在冶炼过程中溶解并与溶剂反应形成炉渣而流出，尽可能使杂质从镍铁合金的体系中脱离。在本发明提供的镍铁冶炼工艺中使用了不锈钢冶炼除尘灰，其本身就含有大量的石灰成分，可以起到溶剂的作用，不需要再另外加入石灰石、白云石等溶剂，可以避免引入其他杂质，同时可以降低冶炼的生产成本；并且，进行冶炼时的冶炼温度可以达到1500℃左右，铁水的流动性好，不需要另外加入萤石等来调节铁水的流动性，可以避免因萤石加入量过多而导致的炉缸烧穿等问题。在本发明提供的技术方案中，在制块时，向混合矿与焦粉加入一定量的工业蜂蜜后经造块机造块(例如制成尺寸大小约为500mm×500mm×250mm的方块)，可以使混合矿和焦粉在焙烧之后更好地结合在一起；在进行混合时，混合矿与焦粉、工业蜂蜜的混合重量比可以控制为混合矿∶焦粉∶工业蜂蜜＝(72-76)∶(18-20)∶(6-10)，优选为74∶18∶8。

冶炼镍铁所采用的原料(即氧化镍矿和不锈钢生产废弃物等)混合得到的混合矿不适合直接用于矿热炉冶炼，应将其加工成具有一定形状尺寸的块矿，例如将混合矿与焦粉、工业蜂蜜等混合，送入制块机中制成块矿，块矿尺寸可以为500mm×500mm×250mm，其中，所使用的制块机和制块工艺均可以采用本领域中常规的设备和工艺。

由制块机制成的块矿经过焙烧，可以得到焙烧矿；通过焙烧，一方面可以使块矿的强度增大，另一方面可以对块矿进行一定程度的预还原，有利于原料在矿热炉中的冶炼，同时可以降低冶炼的用电量，一般块矿可以完成15-20％的预还原，当将经过预还原的块矿加入到矿热炉中进行冶炼时，每吨镍铁可以节约用电300度。焙烧的温度对于块矿的性能以及冶炼工艺具有较大的影响，一般的可以将焙烧时的温度控制在1350±10℃，即1340℃-1360℃，其中，所采用的焙烧机为本领域中常用的焙烧设备；焙烧矿的碱度对于镍铁的冶炼具有较大的影响，在本发明的具体技术方案中，焙烧矿的碱度一般可以控制为约0.3-1.1，以达到较好的效果。

在将焙烧矿装入矿热炉中进行冶炼时，可以同时加入一定量的焦炭作为辅料，其中，焙烧矿与焦炭的质量比可以为1∶(0.18-0.26)；所使用的焦炭的粒径为5mm-15mm。

本发明提供的镍铁冶炼工艺中，所采用的矿热炉可以是本领域冶炼镍铁时通常采用的矿热炉设备，所采用的氧化镍矿也是本领域中常用的；在本发明的冶炼工艺中，优选采用镍元素的含量为约1-3wt.％，铁元素的含量为约10-25wt.％的氧化镍矿，优选采用红土镍矿。

本发明的镍铁冶炼工艺将不锈钢生产废弃物与氧化镍矿共同作为原料用于冶炼镍铁，其所采用的不锈钢生产废弃物为不锈钢生产过程中产生的工业废弃物，包括不锈钢冶炼除尘灰和不锈钢酸洗污泥等。其中，不锈钢冶炼除尘灰是粒径较小的粉末，难以直接用于高炉冶炼，需要与氧化镍矿的矿粉或矿块等烧结之后再进行冶炼；不锈钢酸洗污泥与不锈钢冶炼除尘灰不同，属于污泥状物质，干燥之后为粉末状，在本发明的冶炼工艺中，通过与氧化镍矿的矿粉或矿块进行搅拌混合，然后焙烧可以获得焙烧矿，并且，不锈钢酸洗污泥中的镍含量相对较低。本发明的技术方案适合于以任何成分的不锈钢生产废弃物为原料生产镍铁，尤其适合于以镍元素含量为约1-3wt.％，铁元素含量为约20-30wt.％的不锈钢冶炼除尘灰，以及镍元素含量为约0.5-2wt.％，铁元素含量为约40-55wt.％的不锈钢酸洗污泥等镍含量较低的不锈钢生产废弃物为原料进行冶炼。

本发明提供的镍铁冶炼工艺是一种新型的矿热炉冶炼镍铁工艺，其具有以下一些优点：

1、实现了对不锈钢生产废弃物的回收和再利用，尤其是以不锈钢酸洗污泥作为原料冶炼镍铁，实现了对镍含量较低的生产废弃物的处理，为这些不锈钢生产废弃物的处置提供了新的方案，解决了废弃物对环境的污染问题；

2、利用本发明提供的冶炼工艺可以有效地回收不锈钢生产废弃物中的镍铁等元素，避免矿产资源的浪费，有利于降低镍铁合金冶炼成本；同时，对不锈钢生产废弃物进行回收利用，也有利于节约镍矿原矿资源；

3、采用资源丰富的氧化镍矿作为原料冶炼镍铁，降低了镍铁生产对硫化镍矿的依赖，有利于解决镍矿资源危机；

4、本发明提供的镍铁冶炼工艺中不需要使用传统的萤石和白云石等溶剂，不仅降低了氟化物的排放污染，避免因萤石加入量过多而导致的炉缸烧穿等问题的发生，而且可以降低在镍铁中引入其他金属杂质的可能性，同时可以有效降低冶炼成本；

5、本发明提供的镍铁冶炼工艺中的溶剂和辅料消耗量较低，耗电量也比较低，吨铁可降低电耗300度。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明方案的实施和所具有的有益效果，但不能对本发明的可实施范围形成任何限定。

本发明提供的以氧化镍矿和不锈钢生产废弃物为原料的镍铁矿热炉冶炼工艺，可以包括以下具体步骤：

(1)将氧化镍矿原矿破碎筛分，将粒径15mm以下的氧化镍矿(优选采用粒径为5-15mm的氧化镍矿，对于粒径在15mm以上的氧化镍矿，再次进行破碎)与不锈钢冶炼除尘灰、不锈钢酸洗污泥混合，得到混合矿，混合重量比为：

氧化镍矿∶不锈钢冶炼除尘灰∶不锈钢酸洗的污泥＝(4-5)∶(2.5-3.5)∶(1.5-2.5)；优选为5∶3∶2；

(2)将混合矿与焦粉、工业蜂蜜混合，送入制块机制成500mm×500mm×250mm的块矿，混合重量比为：

混合矿∶焦粉∶工业蜂蜜＝(72-76)∶(18-20)∶(6-10)；优选为74∶18∶8；

(3)将制块机制成的块矿送入焙烧机进行焙烧，得到焙烧矿，焙烧的温度控制在1350±10℃，即1340℃-1360℃；

(4)将焙烧矿与焦炭(粒径5mm-15mm)装入矿热炉冶炼得到镍铁合金，其中，焙烧矿与焦炭的重量比为1∶(0.18-0.26)。

下面的实施例中均采用的上述的优选冶炼工艺步骤。

实施例1-4：以氧化镍矿和不锈钢生产废弃物为原料的镍铁冶炼工艺

冶炼原料：氧化镍矿、不锈钢冶炼除尘灰和不锈钢酸洗污泥的主要成分和含量分别如表1-3所示。

实施例1-4中所采用的氧化镍矿为产自菲律宾或印度尼西亚的红土镍矿。

表1：氧化镍矿的主要成分和含量(质量百分比，单位：％)

表2：不锈钢冶炼除尘灰的主要成分和含量(质量百分比，单位：％)

表3：不锈钢酸洗污泥的主要成分和含量(质量百分比，单位：％)

将氧化镍矿、不锈钢冶炼除尘灰和不锈钢酸洗污泥等原料的混合矿与焦粉、工业蜂蜜进行焙烧得到的焙烧矿的主要成分如表4所示。

表4：焙烧矿的主要成分和含量(质量百分比，单位：％)

实施例1-4所使用的焦炭的主要参数为：

组分含量(质量百分比)：C含量≥85％；A(灰分)含量≤13％；V(挥发分)含量为：0.7-1.9％；S含量≤0.7％；H₂O含量≤8％；P含量≤0.015％；焦末含量＜5％；

M40≥79(或M25≥90)，M10≤9；

粒径范围：5-15mm。

在实施例1-4中，装入矿热炉中进行冶炼的焙烧矿与焦炭等矿热炉炉料的加入量分别如表5所示。

表5：矿热炉炉料的加入量和含量(单位：Kg)

利用焙烧矿冶炼镍铁的矿热炉冶炼的产量如表6所示。

表6：矿热炉冶炼的产量：

经过冶炼所得到的镍铁的主要成分如表7所示。

表7：镍铁的主要成分和含量(质量百分比，单位：％)

Claims

1.一种镍铁冶炼工艺，其包括以下步骤：

将混合矿与焦粉、工业蜂蜜混合制成块矿；

将块矿进行焙烧，得到焙烧矿；

将焙烧矿与焦炭送入矿热炉冶炼得到镍铁；

其中，所述氧化镍矿与不锈钢冶炼除尘灰、不锈钢酸洗污泥的混合重量比为：氧化镍矿∶不锈钢冶炼除尘灰∶不锈钢酸洗污泥＝(4-5)∶(2.5-3.5)∶(1.5-2.5)；

所述混合矿与焦粉、工业蜂蜜的混合重量比为：混合矿∶焦粉∶工业蜂蜜＝(72-76)∶(18-20)∶(6-10)；

所述焙烧矿与焦炭的质量比为1∶(0.18-0.26)，且所述焙烧矿的碱度为0.8-1.1。

2.如权利要求1所述的镍铁冶炼工艺，其中，所述焙烧的温度为1350±10℃。

3.如权利要求1所述的镍铁冶炼工艺，其中，所述焦炭的粒径为5mm-15mm。

4.如权利要求1所述的镍铁冶炼工艺，其中，所述氧化镍矿中的镍元素的含量为1-3wt.％，铁元素的含量为10-25wt.％。

5.如权利要求1所述的镍铁冶炼工艺，其中，所述不锈钢冶炼除尘灰中的镍元素的含量为1-3wt.％，铁元素的含量为20-30wt.％。

6.如权利要求1所述的镍铁冶炼工艺，其中，所述不锈钢酸洗污泥中的镍元素的含量为0.5-2wt.％，铁元素的含量为40-55wt.％。