CN101942558B - 一种用烟煤干燥还原低品位红土镍矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用烟煤干燥还原低品位红土镍矿的方法，其特征在于：工艺过程为：工艺路线一：从矿山上开采出的铁质镍红土矿，经过预筛后，3mm～600mm粒矿经三段一闭路破碎处理至3mm～15mm，皮带输送至圆盘给料机后，通过圆盘给料机定量送至回转窑，在窑体转动过程中完成自然混料及焙烧还原：工艺路线二：从矿山上开采出的铁质镍红土矿，经过预筛后，小于3mm的与收尘系统收集的粉尘混合进行制粒后，皮带输送至圆盘给料机后，通过圆盘给料机定量送至回转窑，在窑体转动过程中完成自然混料及焙烧还原；产出焙烧还原后的热状态物料，铁还原率达到75±5％，镍还原率达到82±3％。
Description
技术领域
本发明涉及一种用烟煤干燥还原低品位红土镍矿的方法，属有色金属领域。
背景技术
目前世界工业生产的镍，主要利用硫化镍矿资源，约占总产量的60-65％，其余来自氧化镍矿。然而随着硫化镍矿的日趋枯竭，从氧化镍矿生产镍的比例在迅速提高。尽管国内外都加大了对红土镍矿综合利用的研发力度，而且在实验室和产业化方面取得了可喜的成绩，例如古巴Moa Bay红土镍矿是利用高压酸浸法提取镍的好例子；国内拥有自主产权的“不同类型红土镍矿的还原-磨选处理方法”(申请号：200610163831.6)、“以红土镍矿为原料用隧道窑直接还原镍铁的方法”(申请号200710072147.1)、“一种红土镍矿的干燥还原方法”(申请号200910095198.5)等一批发明专利，也为红土镍矿的开发利用奠定了基础。红土镍矿矿石性质极其复杂，某些生产关键技术尚未得到解决，再加上湿法工艺存在设备投资大、设备要求高，对原矿品位和钙镁等杂质含量要求严格等缺点；火法工艺存在镍生铁含镍量低及生产成本高等缺点，致使红土镍矿大规模开发利用受到限制。
在红土镍矿湿法冶炼过程中，选择性还原焙烧是关键工序，焙烧过程中选择性的好坏直接决定镍、钴回收率的高低。在红土镍矿选择性还原焙烧过程中，煤和煤气均可作为还原剂。用煤气作还原剂有便于还原气氛的有效控制，但镍铁矿的还原焙烧气氛较弱。若用煤气作还原剂，在工业化生产上需建煤气站，增加了工程化的难度，尤其在高原地区是笔较大的投资。还原焙烧过程中高效、廉价、易储运还原剂的选择及工业化应用，成为红土镍矿冶炼，尤其地处高原的同类矿产开发的瓶颈技术，亟待解决。
发明内容
为克服现有技术难于处理低品位红土镍矿之不足，尤其是高原地区同类矿产的开发，本发明提供一种工艺简单、易实施的红土镍矿干燥还原预处理方法。本发明采用廉价、易得的烟煤作还原剂和热源，将经过筛分、破碎、制粒处理后适当粒度的低品位红土镍矿利用一段干燥加热、一段还原的二段窑选择性还原技术，克服了回转窑热效率低的缺点，实现高效选择性还原红土镍矿中镍、钴，提高了后续工序的金属回收率，并实现工业化应用。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
反应原理
C+CO2→2CO
MeO+CO→Me+CO2
(1)将低品位红土镍矿首先通过筛分，阻止原生粉矿影响破碎产能。
(2)工艺路线一：筛分后小于3mm的与收尘系统粉尘混合进行制粒后，皮带输送至圆盘给料机后，通过圆盘给料机定量送至回转窑进行还原焙烧。
工艺路线二：筛分后3mm～600mm的粒矿经三段一闭路破碎处理至小于15mm大于3mm，皮带输送至圆盘给料机后，通过圆盘给料机定量送至回转窑进行还原焙烧。
热态物料从还原窑头直接进入水淬槽，防止再次被氧化。
(3)还原焙烧采用连续式密闭一段干燥加热、一段还原的二段窑，用煤作热源和还原剂(加入率为10％)，作为还原剂的粒煤从两窑连接处通过溜槽计量加入；作为热源的粉煤通过粉煤燃烧器从还原窑头喷入。
(4)焙烧温度——工艺温度控制在700℃～800℃为佳
温度对焙烧的影响主要表现在是否充分还原、是否过还原和是否烧结这三个现象上。试验及实际生产表明，随着温度升高，焙砂氨浸结果出现了两个至高点，分别在700℃和900℃左右。通过物相研究得知，650℃浸出率低是由于还原不够充分所致。还原温度在950℃浸出率明显降低，不但与铁的过还原有关，而且与烧结现象有关。在800℃和900℃处虽然镍、钴的浸出率较高，但是浸出渣呈褐色，这一现象证明在此温度下铁过量地还原成可溶性铁。
故工艺温度不可过高，也不可过低，控制在700℃～800℃为佳。
(5)焙烧时间——烟煤作还原剂最佳焙烧时间为40-50min
焙烧时间从10min增加到20min，镍、钴的浸出率明显提高。焙烧时间超过30min，随着焙烧时间的增加，镍、钴浸出率逐渐降低，这主要是过还原导致。
从氨检浸出渣的表观现象来看，焙烧时间低于60min得到的氨检浸出渣呈黑色，而焙烧时间大于60min，随着时间增加，浸出渣颜色逐渐由褐色变为黄褐色。浸出渣的渣率逐渐增加。渣率增加主要是浮氏铁或金属铁溶解后，生成Fe(OH)3的结果。
综上所述，烟煤作还原剂焙烧所需时间需要控制，最佳焙烧时间40-50min。使红土镍矿中镍、钴和铁的氧化物选择性还原为金属镍、钴和四氧化三铁，产出还原焙烧后的热状态物料，为后续工序提供优质原料。
(6)选择烟煤做还原剂和热源，选择挥发分含量高，反应性和可燃性好，着火点低的煤作还原剂较好(煤的反应性指煤的反应能力，即燃料中的碳与二氧化碳及水蒸气进行还原反应的速度；可燃性指燃料中的碳与氧发生氧化反应的速度。煤的碳化程度越低，则反应性和可燃性就越好)。但是，在工业应用中燃料煤的存储和运输问题是必须考虑的。褐煤极易氧化和自燃，因而不适于远地运输和长期储存，只能作为地方性燃料使用。烟煤与褐煤相比，氧化速度较慢，不易自燃，适合于存储和运输。
综合考虑煤的性质和使用性能，采用烟煤作还原焙烧的还原剂。
(7)还原剂的用量——煤最佳加入率应控制在投矿量10％
还原剂的加入率直接影响还原焙烧的气氛，还原剂不够，镍、钴不能充分还原；还原剂过多，不但浪费还原剂，而且大量铁会被还原成可溶态，达不到选择性还原的目的。在实际还原焙烧过程中还原剂并不能充分利用，故不能从理论上来确定，必须通过试验来确定。
烟煤加入率指烟煤加入质量与原矿质量的百分比，计算公式为：
煤加入率低于10％，镍、钴的浸出率随着加入率的增加而提高。提高煤加入率，镍的浸出率不增反而降低。当煤加入率达到20％时，镍的浸出率降到了69.3％。这是由于还原剂加入率过大，铁过还原，在氨浸过程中大量进入溶液后又氧化生成胶体Fe(OH)3沉淀，包裹于矿粒表面阻碍了镍、钴的进一步浸出，并在沉淀过程中吸附一部分溶液中的镍、钴氨络离子。故在还原焙烧过程中需要控制还原剂的加入率。
因此，煤最佳加入率应控制在给矿量的10％。
(8)还原焙烧过程中从还原窑头鼓入的压缩空气作用是助燃，从而间接调节还原气氛。通过还原焙烧试验及工业化生产，确定最佳还原气氛为CO2/CO≈1。
(9)含尘烟气经过沉降仓、旋风收尘器、布袋收尘系统三级处理达标后排空。收集到的粉尘与破碎系统细矿制粒后直接送入还原窑。
本发明特点
本发明还原焙烧技术具有高效、选择性还原；
本发明采用烟煤，作热源和还原剂，既高效选择还原、廉价、易储运，又提高了回转窑热效率；
本发明具有显著优势，工业化应用经济效益和社会效益十分明显。
附图说明
以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
本发明采用廉价、易得的烟煤作热源和还原剂，利用一段干燥加热、一段还原的二段窑选择性还原技术实现高效选择性还原红土镍矿中镍、钴、铜，并实现工业化应用。从矿山上开采出的铁质镍红土矿，首先经过预筛分，3mm～600mm经三段一闭路破碎处理至小于15mm，送至回转窑进行还原焙烧。小于3mm的与收尘系统收集粉尘混合进行制粒后，再送至回转窑进行还原焙烧。采用连续式密闭一段干燥加热、一段还原的二段窑，用煤作热源和还原剂(加入率为10％)，在还原气氛700～800℃的焙烧温度下焙烧40-50min，使红土镍矿中镍、钴和铁的氧化物选择性还原为金属镍、钴和四氧化三铁，产出热态物料，为后续工序提供优质原料。
Claims (6)
1.一种用烟煤干燥还原低品位红土镍矿的方法，其特征在于：包括预筛分、破碎、制粒、干燥、还原、水淬过程，其具体工艺过程为：
工艺路线一：从矿山上开采出的铁质镍红土矿，经过预筛后，3mm～600mm粒矿经三段一闭路破碎处理至3mm～15mm，皮带输送至圆盘给料机后，通过圆盘给料机定量送至回转窑，在窑体转动过程中完成自然混料及焙烧还原；
工艺路线二：从矿山上开采出的铁质镍红土矿，经过预筛后，小于3mm的与收尘系统收集的粉尘混合进行制粒后，皮带输送至圆盘给料机后，通过圆盘给料机定量送至回转窑，在窑体转动过程中完成自然混料及焙烧还原；
焙烧还原采用连续式密闭一段干燥加热、一段还原的二段窑，用烟煤作热源和还原剂加入率为给矿量的8～12％，在还原气氛700～800℃的焙烧温度下焙烧30min，使红土镍矿中镍、钴和铁的氧化物选择性还原为金属镍、钴和四氧化三铁，产出焙烧还原后的热状态物料，铁还原率达到75±5％，镍还原率达到82±3％，适应于含镍0.60％-2.0％的红土镍矿资源。
2.根据权利要求1所述的用烟煤干燥还原低品位红土镍矿的方法，其特征是：是采用烟煤作为焙烧还原的能源及还原剂，作为还原剂的粒煤从两窑连接处通过溜槽计量加入；作为热源的粉煤通过粉煤燃烧器从还原窑头喷入。
3.根据权利要求1所述的用烟煤干燥还原低品位红土镍矿的方法，其特征是：干燥窑与还原窑之间用固定溜槽密闭连接。
4.根据权利要求1所述的用烟煤干燥还原低品位红土镍矿的方法，其特征是：干燥窑段温度为350-450℃，时间为45～60min。
5.根据权利要求1所述的用烟煤干燥还原低品位红土镍矿的方法，其特征是：还原窑段温度为700-800℃，时间为40-50min。
6.根据权利要求1所述的用烟煤干燥还原低品位红土镍矿的方法，其特征是：还原气氛是CO2/CO＝1。
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