CN101392331A

CN101392331A - 回转窑处理镍矿的冶炼工艺

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Publication number: CN101392331A
Application number: CNA2008101215452A
Authority: CN
Inventors: 臧鸣芳
Original assignee: JIANDE XIN'ANJIANG NICKEL ALLOY CO Ltd
Current assignee: JIANDE XIN'ANJIANG NICKEL ALLOY CO Ltd
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: CN101392331B

Abstract

本发明涉及镍矿的冶炼工艺。回转窑处理镍矿的冶炼工艺，该工艺包括以下的步骤：镍矿取矿，混合搅拌石灰；将上述的混合料过筛，粉块进入回转窑料仓，块矿进行破碎后变成粉块进入回转窑料仓；焦炭粉碎，进入回转窑料仓；将粉块和焦炭粉料运输；然后将粉块和焦炭粉料一起进入一级混料筒混料；一级混料后，进入二级混料筒混料，同时加入水湿润；将混料后的物料运输进入回转窑，同时通入热煤气，进行回转窑还原焙烧；将上述得到的热焙砂进入热炉冶炼。本发明降低了镍矿含水率，同时将镍矿中的碳酸盐分解；进一步，使小颗粒矿粉固结成大颗料的镍矿熟料，以改善电炉冶炼特性，提高了企业的经济效益，具有广泛的推广应用价值。

Description

回转窑处理镍矿的冶炼工艺

技术领域

本发明涉及镍矿的冶炼工艺。

背景技术

目前镍矿的冶炼采用原生镍矿直接冶炼，由于原生镍矿中含水份高达30％，这对正常冶炼带来了很大的不利之处，主要集中反映在以下几个方面：

1、水份超过20％的镍矿带有一定的粘性，这对上料带来了很大的难度。

2、采用高水份的镍矿入炉冶炼，由于水份蒸发，水蒸气在炉内料层中凝聚，当压力超过一定时即造成严重的喷料现象，以释放自身的能量。喷料现象造成两个不良后果，一是易造成烫伤等安全问题，二是物料损失大，降低物料回收率。

3、采用高水份的镍矿冶炼，能耗较高，产量低。

4、采用高水份的镍矿入炉冶炼，对炉衬寿命应有较大的影响，特别是在出铁后冷料直接进入熔地形成强烈的翻腾，这对炉底的冲刷起到较大的作用。

5、采用高水份的镍矿入炉冶炼，造成烟气中含水份较高，给布袋除尘正常运行带来了较大的难度，因为湿度高的烟气易造成布袋被粉尘粘结，大大降低了除尘效果。

由于原生镍矿直接入炉熔炼带来了很多不利，同时也影响企业的经济效益，因此迫切需要对原生镍矿进行焙烧。

发明内容

为了解决现有镍矿的冶炼存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种采用回转窑处理镍矿的冶炼工艺，该工艺通过降低了镍矿含水率，同时将镍矿中的碳酸盐分解；进一步，使小颗粒矿粉固结成大颗料的镍矿熟料，以改善电炉冶炼特性，提高了企业的经济效益。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

回转窑处理镍矿的冶炼工艺，该工艺包括以下的步骤：

①镍矿取矿，混合搅拌石灰；

②将上述的混合料过筛，粉块进入回转窑料仓，块矿进行破碎后变成粉块进入回转窑料仓；

③焦炭粉碎，进入回转窑料仓；

④将粉块和焦炭粉料运输，焦炭粉料的重量为粉块重量的1％～5％；然后将粉块和焦炭粉料一起进入一级混料筒混料；

⑤一级混料后，进入二级混料筒混料，同时加入水湿润；

⑥将混料后的物料运输进入回转窑，同时通入热煤气，进行回转窑还原焙烧，焙烧温度在900～1300℃，抽风量为5万～50万m³/小时；

⑦将上述得到的热焙砂进入热炉冶炼。

作为优选，上述的粉块控制的粒度≤50mm，焦炭的粒度控制在≤10mm。作为再优选，上述的粉块控制的粒度≤20mm，焦炭的粒度控制在≤3mm。

作为优选，上述的步骤④还加入粘结剂或烧结剂进入一级混料筒混料。粘结剂或烧结剂可以采用常规的镍矿或铁矿的粘结剂或烧结剂。

作为优选，上述的回转窑的转速为0.5～1.5转/分钟。

作为优选，上述的回转窑设置有除尘系统。设置除尘系统，减少了烟尘的排放，有利于环境保护。

本发明回转窑还原焙烧镍矿原理如下：

将小粒度的镍矿(≤50mm)和焦碳按一定的比例进行混合后加入回转窑窑尾。混合料从筒体高端进入窑内进行煅烧。由于筒体的倾斜和缓慢的迴转，物料将产生一个即沿着圆周方向滑行又沿着轴向从高端向低端移动的综合运行，物料在窑内焙烧过程可分为干燥、预热、焙烧、冷却4个阶段。在这些阶段中对于受热的物料而产生的物理过程，如水份蒸发、矿物软化及冷却等，也有化学过程，如水化物、碳酸物、硫化物和氧化物的分解及氧化和成矿作用等。它们与物料的热物理性质(比热、导热性)，加热介质特性(温度、流量、气氛)热交换强度和控制的升温速度等有关。

1、炉料中水份的蒸发、分解和凝结

物料本身的游离水或吸附水在100℃即可蒸发，但结晶水需要200-300℃才开始分解释放出，若粘土质矿物(Al₂O₃·3SiO₂·2H₂O)m则需要在400-500℃才能分解，甚至900-1000℃才能去尽。结晶水的高温分解要多消耗燃料，同时吸收热量，其反应为：

500-1000℃时，2H₂O+C＝CO₂+2H₂ △H＝19860千卡

1000℃以上时，H₂O+C＝CO+H₂ △H＝29730千卡

物料中水份的蒸发过程就是其干燥过程。蒸发条件是气相中的水汽分压(PH₂O)低于该料温条件下水的饱和蒸汽压(PH₂O’)，即

PH₂O<PH₂O’

水份饱和蒸气压PH₂O’随温度的升高而升高，当料温升高到100℃时，PH₂O’＝1大气压，水便产生汽化沸腾，烧结过程中废气压力约为0.9大气压，理论上水的汽化沸腾温度应低于100℃，但实际上却高于100℃，一般认为在120-150℃水份才能蒸发完毕。因而干燥层的终了温度是150℃。

2、碳酸盐分解

镍矿中含有一定的碳酸盐(如CaCO₃·MgCO₃·FeCO₂)，这些碳酸盐在焙烧阶段进行分解，并吸收热量，如CaCO₃分解反应为：

CaCO₃→CaO+CaCO₃ △H＝42520千卡

CaCO₃分解温度较其它碳酸盐高，在720℃开始，880℃剧烈进行，其分解速度同温度、粒度、外界气流速度和气相中CO₂浓度等有关。温度愈高，粒度减少，气流速度加快，气相中CO₂浓度降低，则分解加速。碳酸盐分解其放出的CO₂在中温区冲淡了还原气氛不利还原，在高温区还与碳素发生反应：CO₂+C_焦＝2CO△H＝39600千卡。

3、镍矿固结成型机理

镍矿焙烧的另外一个目的使小颗粒矿粉固结成大颗料的镍矿熟料，以改善电炉冶炼特性。本发明物料在窑内焙烧过程可分为干燥、预热、焙烧、冷却4个阶段固相反应。因此，粉料固结成型的原理有：一是靠固相反应；二是靠液相粘结，三是冷却固结，而液相粘结是关键环节。

(一)固相反应

在未生成液相的低温条件下(500-700℃)，烧结料中的一些组分就可能在固态下进行反应，生成新的化合物，这就是固相反应。固相反应的机理是离子扩散，烧结料中各种矿物颗粒紧密接触，它们都具有离子晶格构造。在晶格中各结点上的离子常处于以结点为中心的平衡热振动状态。温度升高，振动加剧，当温度升高到使质点获得的能量(活化能)是以使服其周围质点对它的作用时，便推动平衡而产生位移(即扩散)，这种移动可在晶格内进行，也可扩散到表面并进而扩散到相邻接的其它晶体的晶格内进行化学反应。相邻颗粒表面电荷相反的离子互相吸引，进行扩散，逐步形成新的化合物，使之连接成一整体。这种固相反应产物往往是低熔点化合物。它们开始发生固相反应的温度如下表：

烧结过程中可能产生的固相及开始反应温度

反应物

固相产物

开始反应温度(℃)

SiO₂+2CaO	2CaO·SiO₂	610
SiO₂+2CaO	2CaO·SiO₂	610	2MgO+SiO₂	2MgO·SiO₂	680
MgO+Fe₂O₃	MgO·Fe₂O₃	600	2MgO+SiO₂	2MgO·SiO₂	680
MgO+Fe₂O₃	MgO·Fe₂O₃	600	Fe₃O₄+SiO₂	2CFeO·SiO₂	990

固相反应由于在温度较低的固体颗粒状态下进行，因而反应速度一般较慢，而烧结过程又进行得很快，所以固相反应不可能得到充分发展。必须进一步提高温度，发展是够数量的液相，才能完成烧结过程。然而固相反应生成的低熔化合物已成为形成液相打下了基础。

(二)液相粘结

烧结矿的固结主要依靠发展液相来完成。

烧结料中许多矿物具有很高的熔点，如CaO为2570℃，SiO₂为1715，Fe₃O₄与FeO，都在烧结温度之上，何以使它们熔化而烧结呢？一方面是本发明通过回转窑首先固相反应形成的低熔化合物足以在烧结温度下生成液相；同时随着燃烧层的移动，温度升高，各种互相接触的矿物又形成一系列易熔化合物，在燃烧温度下形成新的液相。液滴浸润熔解周围的矿物颗粒而将它们粘结在一起；相邻液滴可能聚合，冷却时产生收缩，结果便形成多孔，坚硬的烧结矿。

足见，烧结过程中产生的液相及其数量对烧结矿的质量和产量有决定性的影响。那么，本发明涉及主要的液相有：

1、铁—氧(Fe—O)液相体系

在烧结过程中，Fe₃O₄与FeO可形成低熔富氏体(mFe₃O₄·mFeO)，如由45％FeO和Fe₃O₄组成的富氏体熔点只有1220℃。在烧结过程中，在燃料颗粒附近，依靠FeO的形成组成低熔富氏体，完全可以熔为液相。

2、硅酸铁(FeO—SiO₂)液相体系

铁矿粉中的FeO和SiO₂接触紧密，在烧结过程中易于化合成硅酸铁(2FeO·SiO₂，铁橄榄石)，其熔点为1205℃。2FeO·SiO₂还采用SiO₂组成低熔共晶混合物，其熔点为1178℃；2FeO·SiO₂又采用Fe₃O₄组成熔点更低的共晶体。

这个液相体系是镍矿焙烧过程中的主要胶结物，其生成条件是必须有足够数量的FeO和SiO₂·FeO的形成需要较高的温度和还原性气氛，这就需要有较高的配碳量。

铁橄榄石是难还原物质，以它为主要粘结液相的烧结矿强度好，FeO高，还原性差。

3、CaO—FeO—SiO₂液相体系

在镍矿拌石灰的炉料焙烧情况下，若温度高，还原气氛强，则大量存在的CaO·FeO和SiO₂使可能结合成钙铁硅酸盐低熔化合物。在CaO含量为10-20％的范围内，这个体系化合物的熔化温度范围大都在1150℃之内。钙铁橄榄石与铁橄榄石同属一个晶体，构造相似，生成条件亦相同，即要求高温和还原性气氛。

(三)冷却固结

烧结料通过高温带以后，烧结矿的冷却过程随即开始。随着温度的降低，液相粘结着周围的矿物颗粒而凝固，各种低熔化合物(液相)又开始结晶。烧结矿的冷却固结实际上是一个再结晶过程。首先是晶核的形成，那些未熔化的矿物颗粒和随空气带来的粉尘都可充当晶核。围绕晶核，晶料逐渐长大。

本发明由于采用了以上的技术方案，降低了镍矿含水率，同时将镍矿中的碳酸盐分解；进一步，使小颗粒矿粉固结成大颗料的镍矿熟料，以改善电炉冶炼特性，提高了企业的经济效益，具有广泛的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。如图1所示的回转窑处理镍矿的冶炼工艺，该工艺包括以下的步骤：

①将镍矿运输进厂区。

②按镍矿采购批次分类堆放。

③按条带取矿，混合搅拌石灰。

④将上述的混合料过筛，粉块进入回转窑料仓，粉块的粒度小于20mm；块矿进行破碎后变成粉块进入回转窑料仓，破碎的粒度小于20mm。

⑤焦炭粉碎，粉碎的粒度小于3mm，进入回转窑料仓。

⑥将粉块和焦炭粉料运输，焦炭粉料的重量为粉块重量的1％～5％；然后将粉块和焦炭粉料一起进入一级混料筒混料。同时，还加入粘结剂或烧结剂进入一级混料筒混料，粘结剂或烧结剂可以采用常规的镍矿或铁矿的粘结剂或烧结剂。

⑦一级混料后，进入二级混料筒混料，同时加入水湿润。

⑧将混料后的物料运输进入回转窑，回转窑采用现有的水泥生产所使用的回转窑，同时通入热煤气，进行回转窑还原焙烧，焙烧温度在900～1000℃，抽风量为5万～50万m³/小时，回转窑的转速为0.5～1.5转/分钟；热煤气由烟煤在煤气发生炉中产生；所产生的烟尘经过除尘系统后排放。

⑨将上述得到的热焙砂进入料罐，行车吊罐上运输车，然后进入热炉冶炼。

Claims

1.回转窑处理镍矿的冶炼工艺，其特征在于该工艺包括以下的步骤：

①镍矿取矿，混合搅拌石灰；

③焦炭粉碎，进入回转窑料仓；

⑤一级混料后，进入二级混料筒混料，同时加入水湿润；

⑦将上述得到的热焙砂进入热炉冶炼。

2.根据权利要求1所述的回转窑处理镍矿的冶炼工艺，其特征在于：粉块控制的粒度≤50mm，焦炭的粒度控制在≤10mm。

3.根据权利要求2所述的回转窑处理镍矿的冶炼工艺，其特征在于：粉块控制的粒度≤20mm，焦炭的粒度控制在≤3mm。

4.根据权利要求1所述的回转窑处理镍矿的冶炼工艺，其特征在于：步骤④还加入粘结剂或烧结剂进入一级混料筒混料。

5.根据权利要求1所述的回转窑处理镍矿的冶炼工艺，其特征在于：回转窑的转速为0.5～1.5转/分钟。

6.根据权利要求1所述的回转窑处理镍矿的冶炼工艺，其特征在于：回转窑设置有除尘系统。