CN101353709B

CN101353709B - 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: CN101353709B
Application number: CN2008102135741A
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
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: CN101353709A

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生产废弃物混合，得到混合矿；向混合矿中加入煤粉和溶剂，进行烧结，得到烧结矿；将烧结矿与焦炭混合装入高炉中进行冶炼，得到镍铁。该工艺以氧化镍矿和不锈钢生产废弃物为原料冶炼镍铁，是一种新型的高炉冶炼镍铁工艺，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，还能够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；而且，不需要使用价格较高的白云石，不仅降低了在镍铁中引入其他金属杂质的可能性，同时还有效降低了冶炼的成本。

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，涉及一种以氧化镍矿和不锈钢生产废弃物为原料，利用高炉冶炼镍铁的工艺。

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。虽然这两件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，而这也是节约镍矿资源，解决镍矿资源危机，降低环境污染的重要发展方向。

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。

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，利用高炉冶炼镍铁，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，其是以氧化镍矿和不锈钢生产废弃物为原料，利用高炉冶炼镍铁的工艺。

根据本发明的具体实施方案，该镍铁冶炼工艺可以包括以下步骤：

将粒径15mm以下的氧化镍矿与不锈钢生产废弃物混合，得到混合矿；

向混合矿中加入煤粉和溶剂，进行烧结，得到烧结矿；

将烧结矿与焦炭混合装入高炉中进行冶炼，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，或者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。

本发明提供的镍铁冶炼工艺中，所采用的高炉可以是本领域冶炼镍铁时通常采用的高炉，冶炼温度可以控制为1400摄氏度-1450摄氏度；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，优选采用镍元素含量为约1-3wt.％，铁元素含量为约10-25wt.％的氧化镍矿。

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，然后烧结可以获得烧结矿，而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冶炼镍铁，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。

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。采用上述质量比使氧化镍矿与不锈钢生产废弃物相互结合进行冶炼，可以减少生石灰、石灰石、萤石等溶剂的用量，达到更好地节约成本，降低环境污染的效果。

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)混合得到的混合矿仍不适合直接用于高炉冶炼，需要将该混合矿烧结成具有一定粒径的烧结矿，然后再进行冶炼，同时在烧结之前应加入一定量的煤粉和溶剂，其中，煤粉的加入量占混合矿和煤粉总质量的8％-13％，为便于实际生产中的操作，可以将混合矿与煤粉的混合质量比控制为约9：1。

由于用于冶炼的各种原料中均含有一定的杂质，因此，需要向烧结矿中加入一定量的溶剂，本发明提供的镍铁高炉冶炼工艺中所采用的溶剂均可以是本领域中常用的，优选采用生石灰和萤石等中的一种或几种。为达到较好的去除杂质的效果，上述溶剂可以与混合矿、煤粉等一起进行烧结。烧结矿的碱度对于镍铁的冶炼具有较大的影响，烧结之后得到的烧结矿的碱度应通过调整生石灰等的加入量来进行控制，在本发明的具体技术方案中，烧结矿的碱度一般可以控制为约0.3-1.1，以达到较好的效果。

为适应镍铁冶炼过程中的需要，在本发明的镍铁冶炼工艺中，优选选用粒径为5mm-15mm的烧结矿。根据本发明的具体技术方案，将烧结矿装入高炉进行冶炼时，可以加入一定量的焦炭作为辅料，冶炼的焦比(吨铁焦比)为1.5左右，焦比为冶炼一吨镍铁所需的焦炭量，为一个平均值。

为了达到更好地去除杂质的效果，提高冶炼得到的镍铁的纯度，同时降低铬元素对于炉温的影响，提高铁水的流动性，可以向装入高炉中的炉料(即烧结矿和焦炭)再加入一定量的溶剂，例如萤石等。

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冶炼工艺是一种新型的高炉冶炼镍铁工艺，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价格较高的白云石，不仅降低了在镍铁中引入其他金属杂质的可能性，同时还有效降低了冶炼的成本；

5、采用氧化镍矿与不锈钢生产废弃物为原料冶炼得到的镍铁的成分稳定，各种性能指标均与利用原矿冶炼获得的镍铁的性能指标相当。

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，其混合重量比为：

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)；

(2)将混合矿与煤粉、生石灰混合配料，然后进行烧结得到烧结矿；

其中，混合矿与煤粉的重量配比为9：1，生石灰的加入量以使烧结矿的碱度在0.3-1.1的范围内为准；

(3)将粒径大于5mm的烧结矿(优选采用粒径为5-15mm的烧结矿，对于粒径小于5mm的烧结矿，将其返回与混合矿、煤粉和生石灰等混合后再次进行烧结)和焦炭混合装入高炉进行冶炼，得到镍铁，吨铁焦比为1.5；根据需要，还可以加入一定量的萤石。

下面的实施例中均采用上述冶炼工艺步骤。

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。

本发明的具体实施例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：％)

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：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：25-80mm。

实施例1-4所使用的生石灰的主要参数为：

组分含量(质量百分比)：CaO含量≥83％；SiO₂含量≤2.5％；P含量≤0.01％；

粒径范围：10-50mm。

实施例1-4所使用的萤石的主要参数为：

组分含量(质量百分比)：CaF₂含量≥65％；P含量≤0.01％；

粒径范围：25-60mm。

将氧化镍矿、不锈钢冶炼除尘灰和不锈钢酸洗污泥等原料混合得到的混合矿与煤粉、生石灰进行烧结得到的烧结矿的主要成分如表4所示。

表4：烧结矿的主要成分和含量(质量百分比，单位：％)

在实施例1-4中，装入高炉中进行冶炼的烧结矿与焦炭等高炉炉料的加入量分别如表5所示。

表5：高炉炉料的加入量和含量(单位：Kg)

利用烧结矿冶炼镍铁的高炉冶炼工艺参数如表6所示。

表6：高炉冶炼工艺参数

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：

向混合矿中加入煤粉和熔剂，进行烧结，得到烧结矿；

将烧结矿与焦炭混合装入高炉中进行冶炼，得到镍铁；其中，

所述氧化镍矿为镍元素含量为1.53-3wt％，铁元素含量为10-25wt％的氧化镍矿；所述不锈钢生产废弃物包括不锈钢冶炼除尘灰和不锈钢酸洗污泥，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％，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％；

将氧化镍矿和不锈钢生产废弃物进行混合时的质量比为氧化镍矿∶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)。

2.如权利要求1所述的镍铁冶炼工艺，其中，所述煤粉的加入量占混合矿和煤粉总质量的8％-13％。

3.如权利要求1所述的镍铁冶炼工艺，其中，所述烧结矿的碱度控制为0.3-1.1。

4.如权利要求1所述的镍铁冶炼工艺，其中，所述烧结矿的粒径为5mm-15mm。

5.如权利要求1所述的镍铁冶炼工艺，其中，所述冶炼的焦比为1.5。