CN101603141B - 利用低镁中间型红土镍矿生产镍铁的方法 - Google Patents

利用低镁中间型红土镍矿生产镍铁的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用低镁中间型红土镍矿生产镍铁的方法，依次包括焙烧预还原，将经破碎、筛分、制粒、干燥后，水分低于20％的干基红土镍矿配入重量比约10％的无烟煤、2～7％的CaO，进行预还原焙烧处理，矿粒力度5～10mm，时间30～50分钟，温度800℃～900℃，铁的还原度控制在70～80％；熔炼，将经焙烧处理的焙砂和回收的烟尘配入重量比1～3.5％的还原剂加入转移弧直流电炉开弧熔炼；分离炉渣，得到镍铁熔炼产物。本发明使用直流供电，在电炉内阴极和阳极之间产生具有定向电子流动的电弧，通过电弧电阻产生焦耳热加热炉料实现熔炼，它可以根据炉料的冶金特性实现开弧熔炼或埋弧熔炼，特别适合于低镁中间型红土镍矿的镍铁冶炼，生产效率高。

Description

利用低镁中间型红土镍矿生产镍铁的方法
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种用转移弧直流电炉和红土镍矿即低镁中间型红土镍矿生产镍铁的方法。
技术背景
红土镍矿是原镍资源的重要来源之一，随着易冶炼的硫化镍矿资源的消耗，红土镍矿的开发利用被日益重视起来，开始占据重要的市场地位，并将在不远的未来占据主导市场地位。
现有技术的红土镍矿冶炼的主要生产流程可分为湿法流程和火法流程。因成矿条件和风化程度不同，红土镍矿的化学成分差异很大，也形成了不同的冶炼适应性。按经典方法划分红土镍矿类型，依据的是矿石中的硅、镁、铁的含量和分配比例，可将红土镍矿划分为三型、五类，即镁质硅酸盐型、褐铁矿型和中间型；A类、B1类、B2类、C1类、C2类。目前，A、B、C1三种类型已经实现了工业化生产，B2、C2类型的红土镍矿只做过半工业试验，而对于低镍品位C2型红土镍矿则尚处于开发实验阶段。
典型的元江红土就属于低镍品位C2类红土镍矿，它的显著特点是相对于适合火法交流电炉镍铁法工艺的镁质硅酸盐型红土镍矿来说，它的铁高镁低；相对于酸浸湿法工艺的褐铁矿型红土镍矿来说，它的镁高铁低，这种类型的矿石因镁高而不适应现有的湿法工艺技术，因铁高镁低和高铁硅比(0.38～0.5)而使得传统的交流电炉熔炼火法工艺难以处理。为此，本发明人经过长期实验研究，研制开发了一种低镁中间型红土镍矿生产镍铁的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用转移弧直流电炉，适合于低品位，高铁硅比的低镁中间型红土镍矿生产镍铁的方法。
本发明的目的是这样实现的，依次包括下列工序：
A、焙烧预还原，将经破碎、筛分、制粒、干燥后，水分低于20％的干基红土镍矿配入重量比约10％的无烟煤、2-7％的CaO，进行预还原焙烧处理，矿粒力度5～10mm，时间30～50分钟，温度800℃～900℃，铁的还原度控制在70～80％；
B、熔炼，将经焙烧处理的焙砂和回收的烟尘配入重量比1～3.5％的还原剂加入转移弧直流电炉开弧熔炼；所述的转移弧直流电炉为一台直径2.2米，高4米，功率600KVA的的转移弧直流电炉，操作控制条件为：电流3000A～4000A，电压110V～140V，熔炼温度1550℃～1700℃，时间60～80分钟，平均加料强度80kg/h.m2～120kg/h.m2；
C、产品，得到Ni 8.17～11.76％、Fe73.5～83.54％的镍铁。
本发明使用直流供电，在电炉内阴极和阳极之间产生具有定向电子流动的电弧，通过电弧电阻产生焦耳热加热炉料实现熔炼，它可以根据炉料的冶金特性实现开弧熔炼或埋弧熔炼，特别适合于低镁中间型红土镍矿的镍铁冶炼，生产效率高。
附图说明
附图为本发明的工艺流程。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制。
如图所示，本发明依次包括下列工序：
A、焙烧预还原，将经破碎、筛分、制粒、干燥后，水分低于20％的干基红土镍矿配入重量比约10％的无烟煤、2-7％的CaO，进行预还原焙烧处理，矿粒力度5～10mm，时间30～50分钟，温度800℃～900℃，铁的还原度控制在70～80％；
B、熔炼，将经焙烧处理的焙砂和回收的烟尘配入重量比1～3.5％的还原剂加入转移弧直流电炉开弧熔炼；所述的转移弧直流电炉为一台直径2.2米，高4米，功率600KVA的的转移弧直流电炉，操作控制条件为：电流3000A～4000A，电压110V～140V，熔炼温度1550℃～1700℃，时间60～80分钟，平均加料强度80kg/h.m2～120kg/h.m2；
C、产品，得到Ni 8.17～11.76％、Fe73.5～83.54％的镍铁。
所述的干基红土矿为低镍品位＜1.6％，高铁硅比(0.38～0.5)、铁含量在Fe12％～20％之间，镁含量在MgO10％～28％之间的低镁中间型红土镍矿。
所述的A工序中配入2-7％的CaO。
所述的A工序中铁的还原度控制在70～80％。
实验所用原料为元江红土镍矿，典型的化学元素分析结果见下表。
元江红土镍矿化学分析结果
Figure GSB00000283312200031
实施例1
焙烧预还原，将经破碎、筛分、制粒、干燥后，水分低于20％的干基红土镍矿配入重量比约10％的无烟煤、6％的CaO，进行预还原焙烧处理，矿粒力度5～10mm，时间30～50分钟，温度800℃～900℃，铁的还原度控制在70％进行熔炼，即将经焙烧处理的焙砂和回收的烟尘配入重量比3％的还原剂加入转移弧直流电炉开弧熔炼。分离炉渣，得到Ni 8.52％、Fe 73.5％的镍铁熔炼产物。
实施例2
焙烧预还原，将经破碎、筛分、制粒、干燥后，水分低于20％的干基红土镍矿配入重量比约10％的无烟煤、7％的CaO，进行预还原焙烧处理，矿粒力度5～10mm，时间30～50分钟，温度800℃～900℃，铁的还原度控制在80％进行熔炼，即将经焙烧处理的焙砂和回收的烟尘配入重量比2％的还原剂加入转移弧直流电炉开弧熔炼。分离炉渣，得到Ni 10.34％、Fe 81.2％的镍铁熔炼产物。
实施例3
焙烧预还原，将经破碎、筛分、制粒、干燥后，水分低于20％的干基红土镍矿配入重量比约10％的无烟煤、2％的CaO，进行预还原焙烧处理，矿粒力度5～10mm，时间30～50分钟，温度800℃～900℃，铁的还原度控制在70％进行熔炼，即将经焙烧处理的焙砂和回收的烟尘配入重量比1％的还原剂加入转移弧直流电炉开弧熔炼。分离炉渣，得到Ni 11.06％、Fe 80.42％的镍铁熔炼产物。
实施例4
焙烧预还原，将经破碎、筛分、制粒、干燥后，水分低于20％的干基红土镍矿配入重量比约10％的无烟煤、5％的CaO，进行预还原焙烧处理，矿粒力度5～10mm，时间30～50分钟，温度800℃～900℃，铁的还原度控制在80％进行熔炼，即将经焙烧处理的焙砂和回收的烟尘配入重量比2.5％的还原剂加入转移弧直流电炉开弧熔炼。分离炉渣，得到Ni 10.36％、Fe 81.5％的镍铁熔炼产物。
实施例5
焙烧预还原，将经破碎、筛分、制粒、干燥后，水分低于20％的干基红土镍矿配入重量比约10％的无烟煤、5％的CaO，加入热风炉进行预还原焙烧熔球处理，矿粒力度5～10mm，时间30～50分钟，温度800℃～900℃，铁的还原度控制在75％进行熔炼，即将经焙烧处理的焙砂和回收的烟尘配入重量比3.5％的还原剂加入转移弧直流电炉开弧熔炼。分离炉渣，得到Ni 8.17％、Fe 83.54％的镍铁熔炼产物。
实验分两批进行，共实验处理元江红土镍矿128吨。
焙砂化学成分
Figure GSB00000283312200041
Figure GSB00000283312200051
半工业实验结果
镍铁合金的主要成分
  元素   Ni   Fe
  含量％   8.17～11.76   73.5～83.54
炉渣化学成分结果
  元素   Ni   Co   Cu   Fe   CaO   MgO   Al2O3
  含量％   0.135   0.01   0.094   16.5   2.06   18.57   13.8
  元素   SiO2   Mn   Cr2O3   As   P   S
  含量％   37.56
本发明的特点：
1、本发明工艺种转移弧直流电炉采用开弧(敞开熔池)制度熔炼，具有温度高、功率强、温度控制基本不受渣型和渣阻变化的限制，改善了熔炼炉的冶金适应性和原料适应性，可以大规模处理化学成分变化大的红土镍矿和各种含镍氧化物镍矿，特别适合于低镁中间型红土镍矿(典型的元江红土镍矿)。解决了现有技术交流电炉熔炼这种类型红土镍矿时碰到的，为获得良好的渣铁分离而降低镍铁品位，使渣温高到1500度，而又因降低镍铁品位导致渣中铁含量上升，又导致渣温下降到1300度，使熔炼操作处于两难的问题，也解决了常规交流电炉渣阻加热模式下，高铁高温渣系容易产生高铁泡沫渣，而降低了操作稳定性的问题。
2、转移弧直流电炉的等离子电弧具有超高温特点，并具有向下冲击的力量，一方面在电弧和电磁力的搅动下，可以使具有趋向表层趋势的焦粉可以与金属氧化物充分反应还原，并为铁渣分离提供较好的反应条件；另一方面可以使炉内的微粒成分在炉膛中迅速软化随等离子体冲入熔池中，可以直接加入因干燥和破碎产生的大量高品位矿粉，而不增加烟尘量。这样，解决了传统交流电炉镍铁法工艺，炉料和返料必须制团以降低烟尘率、保持炉料的稳定和透气性，对炉料和制备质量要求高，增加工艺过程和费用的问题。
3、因开弧操作，电极可不直接与炉料和渣层接触，功率输入和还原剂加入可分别控制，有利于控制还原剂的加入量控制镍铁的品位和铁的还原率，提高镍铁的品位，甚至高达20％，可以提高电炉的功率强度，提高电效率和热效率；避开了传统交流电炉镍铁法工艺输入功率强度受渣温、渣阻变化的限制，避开了电极参与还原反应和碳还原剂参与提供能量，两种机制互相干扰，很难实现精确控制金属氧化物的还原率，难以提高镍铁品位的问题，和还原剂表层覆盖的趋势和炉料金属化率容易引起电极间短路，破坏正常操作的问题。。
4、本发明工艺流程简单，容易操作，已经实施了半工业化实验，可以直接用于规模化工业生产，特别是规模化处理难熔炼的，低镍品位＜1.6％，高铁硅比(0.38～0.5)、铁含量在Fe12％～20％之间，镁含量在MgO10％～28％之间低镁中间型红土镍矿。

Claims (3)

1.一种利用低镁中间型红土镍矿生产镍铁的方法，依次包括下列工序：
A、焙烧预还原，将经破碎、筛分、制粒、干燥后，水分低于20％的干基红土镍矿配入重量比10％的无烟煤、2-7％的CaO，进行预还原焙烧处理，矿粒粒度5～10mm，时间30～50分钟，温度800℃～900℃，铁的还原度控制在70～80％；
B、熔炼，将经焙烧处理的焙砂和回收的烟尘配入重量比1～3.5％的还原剂加入转移弧直流电炉开弧熔炼；所述的转移弧直流电炉为一台直径2.2米，高4米，功率600KVA的的转移弧直流电炉，操作控制条件为：电流3000A～4000A，电压110V～140V，熔炼温度1550℃～1700℃，时间60～80分钟，平均加料强度80kg/h.m2～120kg/h.m2； 
C、分离炉渣，得到镍铁熔炼产物。
2.如权利要求1所述的利用低镁中间型红土镍矿生产镍铁的方法，所述的A工序中配入2-7％的CaO。
3.如权利要求1所述的利用低镁中间型红土镍矿生产镍铁的方法，所述的A工序中铁的还原度控制在70～80％。 
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