CN101845530B - 红土矿流化床法生产镍铁合金的工艺 - Google Patents
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Abstract
红土矿流化床法生产镍铁合金的工艺，其包括如下步骤：1)干燥，使红土矿水分控制在小于4％；2)破碎，将干燥后的红土矿首先用3mm的筛子进行筛分，得到小于3mm的红土矿粉用于流化床煤气选择性还原；3)预热，将干燥后的红土矿粉在预热焙烧炉内进行预热，预热到700～950℃，预热后的红土矿粉输送到还原流化床内；4)选择性还原，在还原流化床内使用CO+H2为75～90％的煤气对红土矿进行还原；5)金属化红土矿的破碎和物理分离，将还原后的红土矿破碎到小于100目，然后进行物理分离，得到镍铁合金。本发明利用煤气还原红土矿生产镍铁合金，用于不锈钢冶炼，取代昂贵的电解镍，从而显著降低不锈钢生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及气基直接还原生产铁合金领域，特别涉及红土矿流化床法生产镍铁合金的工艺，利用煤气还原红土矿生产镍铁合金，为不锈钢生产提供廉价的镍铁合金原料。
背景技术
不锈钢的生产主要合金原料为碳素铬铁和电解镍，其成本占不锈钢生产成本的50～70％，因此使用廉价的合金原料是降低不锈钢成本的重要措施。
镍矿主要有硫化矿和氧化矿两大类，其中硫化矿约占13％，氧化矿约占87％。目前镍的产量有60％来自于硫化矿，来自氧化矿的比例不大。
其中以硫化镍矿为原料生产电解镍的火法冶金和溶液电解相结合的工艺流程如下：
硫化镍矿的熔炼-冰镍的吹炼-高冰镍的磨浮分离-粗镍或硫化镍的电解-电解镍
上述工艺可生产出高品质的电解镍，但由于其工艺流程的复杂性，使电解镍的价格十分昂贵，例如2007年电解镍板的价格最高时达42万元/吨。从世界范围来看，镍主要用于不锈钢生产，而发达国家主要用于生产高级合金钢。对于生产不锈钢来说，并不要求含镍原料达到电解镍的纯度(＞99.90％)，有些元素如Fe、Cr等本身就是不锈钢的主要合金元素，因此从冶炼不锈钢的原料来看，使用电解镍是不经济的。
由于自然界的氧化矿储量大，特别是红土矿(占80％)，因此它将是未来镍的主要来源。红土矿的组成比硫化镍矿复杂得多，不能通过传统的选矿工艺进行富集，品位较高的镍矿仍以加压酸浸等湿法冶金工艺处理，最终产品为电解镍。
氧化镍矿的另一种处理工艺是在矿热炉中采用碳热法生产镍铁，随后进行精炼。矿石经干燥后，放在还原炉内(转底炉、回转窑或隧道窑等等)预热到750℃。在经预热的热矿石中，加入约4％的焦粉，然后即将这种混合料，放在还原电炉中冶炼。得到的粗镍铁经精炼后得到含镍约30％的铁合金。这种传统红土矿处理方法所需块矿要经干燥和预热等过程，需要焦粉作还原剂，尤其在处理粉矿时仍需要造块，通过温度和配煤量调节铁的还原量。
目前，国内一些企业利用红土矿烧结-高炉法生产低镍生铁，生产一吨含镍～5％的低镍生铁焦比达1.2-2吨以上，耗红土矿3.4-5吨，电耗150kwh，折合每生产1吨金属镍要耗30-40吨焦炭，耗电3000kwh，根据目前原燃料市场价格测算，高炉法生产低镍生铁每吨金属镍的生产成本超过20万元。仅当电解镍市场价格高于20万元/t时，才能维持生产。
该工艺存在能耗高，污染严重，原料适应性差，产品镍含量低，P、S杂质元素含量高等缺点，不符合国家的产业政策。
现有利用红土矿生产镍铁合金的专利申请有：中国专利CN200710034750.0“红土镍矿熔融还原制取镍铁合金工艺”，CN200610163832.0“一种转底炉快速还原含碳红土镍矿球团富集镍的方法”，CN200610163834.X“一种转底炉-电炉联合法处理红土镍矿生产镍铁方法”，CN101037713“以红土镍矿为原料用隧道窑直接还原镍铁的方法”，CN200710066019.6“一种从红土矿中提取镍铁合金的方法”，CN200610031071.3“利用红土矿和煤直接生产含镍铁合金的方法”等等。上述专利都是以煤为还原剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种红土矿流化床法生产镍铁合金的工艺，利用煤气还原红土矿生产镍铁合金，生产用于不锈钢冶炼的镍铁合金，取代昂贵的电解镍，从而显著降低不锈钢生产成本。
本发明的技术方案是，
红土矿流化床法生产镍铁合金的工艺，其包括如下步骤：
1)红土矿的干燥
使红土矿水分控制在小于4％，可以采用干燥炉、或回转窑、流化床焙烧炉；
2)红土矿的破碎
将干燥后的红土矿首先用3mm的筛子进行筛分，将大于3mm的块矿进行破碎，得到小于3mm的红土矿粉用于流化床煤气选择性还原；
3)红土矿的预热
将干燥后的红土矿粉在预热焙烧炉内进行预热，使红土矿粉预热到700～950℃，预热后的红土矿粉经下料管输送到还原流化床内；
4)红土矿的选择性还原
还原流化床的还原反应温度650～900℃，在还原流化床内使用含CO+H255～90％体积比的煤气对红土矿进行还原，还原反应的时间控制在30～100min；得到金属化红土矿；
煤气中CO+H2含量随反应温度而变化，在反应温度较低(例如650℃)时，使用含有较高CO+H2成分(例如90％)的煤气，而在反应温度较高(例如900℃)时，则使用含有较低CO+H2成分(例如55％)的煤气；
5)金属化红土矿的破碎和物理分离
将还原后的金属化红土矿破碎到小于100目，然后进行物理分离，得到镍铁合金，这种粉状镍铁合金既可直接用于不锈钢冶炼，也可熔化后制取块状镍铁合金。
进一步，预热焙烧炉使用的燃料为除尘后的还原流化床出口煤气。
另外，本发明所述的物理分离为重选、或浮选、或磁选。
本发明的有益效果
1.对原料的适应性强。红土矿一般含镍1～2％，含铁10～45％，对于含铁高(通常含镍较低，约1％)的红土矿，若采用火法冶炼，产品的镍含量较低(含镍约2～5％)，经济性差；因此对于高铁红土矿，采用湿法冶金经济性要好一些。对于含铁10～20％(通常含镍较高，约2％)的红土矿，目前主要回转窑-电炉工艺，生产含镍大于20％的镍铁合金。因此不同类型的红土矿应采用不同的冶金工艺进行处理。而对于本发明来说，由于氧化镍比氧化铁容易还原，可通过控制还原气氛和反应温度来选择性还原氧化镍，同时控制氧化铁的还原量，因此即使以高铁低镍红土矿为原料，同样能生产出含镍较高的镍铁合金，对于处理低铁红土矿，更具有优势；因此本发明适用于所有类型的红土矿；
2.由于使用气基还原，反应温度低(700～950℃)，远低于通常高炉法或电炉法约1600℃的温度水平，因此本发明工艺技术能耗低，从而降低了生产成本；
3.以煤气为还原剂，避免使用煤或焦碳做还原剂，因此使镍铁产品中磷硫含量远低于传统火法冶金流程。以红土矿为原料，高炉法和电炉法得到的镍铁合金，精炼前一般含P＞0.6％，S＞0.5％，精炼后P≈0.035％，S≈0.030％，达到不锈钢生产对镍铁的要求。而本发明工艺可直接得到P＜0.02％，S＜0.02％的镍铁合金，产品质量明显提高；
4.镍铁合金中的含镍量可由煤气成分和反应温度来灵活调节；
5.对于不锈钢企业的含镍粉尘，也可利用本发明工艺进行富集提取镍而综合利用；
6.本发明工艺可比传统流程节省大量电能。因此，本发明可为不锈钢生产提供廉价原料，增强不锈钢企业的竞争力。
7.上述现有技术专利都是以煤为还原剂，与本发明中煤气流化床还原生产镍铁合金有本质的不同。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
参见图1，本发明的工艺流程：红土矿的干燥1，使红土矿水分控制在小于4％；然后，红土矿的破碎2，得到小于3mm的红土矿粉用于流化床煤气选择性还原；红土矿粉的预热3，使红土矿粉预热到700～950℃，预热后的红土矿粉经下料管输送到还原流化床内；红土矿的选择性还原4，红土矿还原反应温度在650～900℃，在还原流化床内使用含CO+H255～90％的煤气对红土矿进行还原，还原反应的时间控制在30～100min；得到金属化红土矿5，对金属化红土矿5破碎和物理分离6，将还原后的金属化红土矿破碎到小于100目，然后进行物理分离，得到镍铁合金7以及炉渣8，这种粉状镍铁合金7既可直接用于不锈钢冶炼，也可熔化后制取块状镍铁合金。
按照本发明的工艺流程，选择三种不同成分的红土矿，生产出镍铁合金，具体实施如下：
实施例1
本实施例采用的红土矿成分见表1。
表1红土矿1的主要化学成分(wt％)
| 成分 | TFe | TNi | Cr2O3 | FeO | CaO | SiO2 | MgO | A12O3 |
| 含量 | 50.40 | 0.96 | 3.10 | 1.03 | 2.64 | 6.48 | 1.33 | 3.68 |
将红土矿干燥破碎(小于3mm)，然后将红土矿在预热焙烧炉内进行预热到850℃，将预热后的红土矿经下料管输送到还原流化床内。
在还原流化床内使用CO+H2为75％的煤气对红土矿进行还原，还原温度在约850℃，反应时间为95min。
将选择性还原后的红土矿破碎到小于100目，然后进行磁选分离，得到的镍铁合金成分见表2。
表2镍铁合金的主要成分(wt％)
| 合金成分 | Fe | Ni | P | S |
| 含量 | 89 | 6 | 0.02 | 0.02 |
最终产品镍铁合金可作为冶炼不锈钢或合金钢的原料。
实施例2
本实施例采用的红土矿成分见表3。
表3红土矿2的主要化学成分(wt％)
| 成分 | TFe | TNi | Cr2O3 | FeO | CaO | SiO2 | MgO | A12O3 |
| 含量 | 38 | 1.30 | - | - | - | 13 | 8 | - |
将红土矿干燥破碎(小于3mm)，然后将红土矿在预热焙烧炉内进行预热到800℃，将预热后的红土矿经下料管输送到还原流化床内。
在还原流化床内使用CO+H2为80％的煤气对红土矿进行还原，还原温度在约800℃，反应时间为90min。
将选择性还原后的红土矿破碎到小于100目，然后进行磁选分离，得到的镍铁合金成分见表4。
表4镍铁合金的主要成分(wt％)
| 合金成分 | Fe | Ni | P | S |
| 含量 | 83 | 13 | 0.02 | 0.02 |
最终产品镍铁合金可作为冶炼不锈钢或合金钢的原料。
实施例3
本实施例采用的红土矿成分见表5。
表5红土矿2的主要化学成分(wt％)
| 成分 | TFe | TNi | Cr2O3 | FeO | CaO | SiO2 | MgO | A12O3 |
| 含量 | 28 | 1.90 | 1.5 | - | - | - | 30 | - |
将红土矿干燥破碎(小于3mm)，然后将红土矿在预热焙烧炉内进行预热到850℃，将预热后的红土矿经下料管输送到还原流化床内。
在还原流化床内使用CO+H2为85％的煤气对红土矿进行还原，还原温度在约850℃，反应时间为70min。
将选择性还原后的红土矿破碎到小于100目，然后进行浮选分离，得到的镍铁合金成分见表6。
表6镍铁合金的主要成分(wt％)
| 合金成分 | Fe | Ni | P | S |
| 含量 | 75 | 20 | 0.02 | 0.02 |
最终产品镍铁合金可作为冶炼不锈钢或合金钢的原料。
Claims (3)
1.红土矿流化床法生产镍铁合金的工艺，其包括如下步骤：
1)红土矿的干燥
使红土矿水分控制在含水率小于4％；
2)红土矿的破碎
将干燥后的红土矿首先用3mm的筛子进行筛分，将大于3mm的块矿进行破碎，得到小于3mm的红土矿粉用于流化床煤气选择性还原；
3)红土矿的预热
将干燥后的红土矿粉在预热焙烧炉内进行预热，使红土矿粉预热到700℃～950℃，预热后的红土矿粉经下料管输送到还原流化床内；
4)红土矿的选择性还原
还原流化床的还原反应温度800～900℃，在还原流化床内使用含CO+H275～90％体积比的煤气对红土矿进行还原，还原反应的时间控制在30～100min；
5)金属化红土矿的破碎和物理分离
将还原后的红土矿破碎到小于100目，然后进行物理分离，得到镍铁合金，这种粉状镍铁合金直接用于不锈钢冶炼，或熔化后制取块状镍铁合金。
2.如权利要求1所述的红土矿流化床法生产镍铁合金的工艺，其特征是，预热焙烧炉使用的燃料为除尘后的还原流化床出口煤气。
3.如权利要求1所述的红土矿流化床法生产镍铁合金的工艺，其特征是，所述的物理分离为重选、或浮选、或磁选。
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