CN102134656B - 一种流态化干燥及同步预还原红土镍矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流态化干燥及同步预还原红土镍矿的方法，将红土镍矿干燥和预还原两个工艺在同一个多级反应器内同时完成，实现红土镍矿的流态化干燥及同步预还原。利用还原性热风作为干燥介质和还原剂，由燃烧室产生，温度为900～1100℃，还原性热风中含有一定量的还原性气体CO、H2。红土镍矿经干燥立磨后依次进入多级反应器，通过还原性热风带动矿粉颗粒使其悬浮于反应器内，对红土镍矿进行同步干燥和预还原，产出热矿粉。采用本发明方法，红土镍矿中金属镍的预还原率为50～80％，金属铁的预还原率为30～60％，干燥后矿粉含水量在5％以下，干燥时间大幅度缩短。本发明能够缩短冶炼时间，降低冶炼能耗，提高系统产能，为红土镍矿的干燥和预还原提供了一种高效、节能的方法。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体地说是一种高效、节能的干燥预还原红土镍矿的方法，特别是利用流态化技术在多级反应器内实现红土镍矿的同步干燥和预还原，以提高矿粉的干燥效果和有价金属的预还原率。
技术背景
镍是各国重要的战略资源，广泛用于特种钢、电镀、石油化工催化剂、电池材料等领域，其中不锈钢生产的镍需求占全球镍需求的65％。目前国内外主要采用硫化镍矿冶炼得到金属镍，但硫化镍矿储量有限且大部分已被开发。世界范围内红土镍矿的储量丰富，已探明的镍储量约为2.2亿吨，其中红土镍矿约占70％。红土镍矿的采冶利用比例在2005年已达到世界镍产量的45％，预计到2012年该比例将增长到51％。因此，可以预测，世界未来镍产量的增加将主要来源于红土镍矿资源的开发。
红土镍矿可分为两种类型，一种是褐铁矿型，位于矿床的上部，铁高、镍低，硅、镁较低，但钴含量较高，这种矿石宜采用湿法冶金工艺处理，冶炼镍铁产生的炉渣用于钢的生产；另一种为硅镁镍矿，位于矿床的下部，硅、镁含量较高，铁、钴含量较低，但镍含量较高，这种矿石宜采用火法冶金工艺处理，生产镍铁产生的炉渣可用作建筑材料和生产化肥；处于中间过渡的矿石可以采用火法冶金，也可以采用湿法冶金工艺。目前在工业应用方面，国内外冶炼镍铁最常用的火法工艺是回转窑-电炉(RKEF)。使用回转窑的目的：一方面是干燥红土镍矿，除去红土镍矿中大量的自由水和结晶水，另一方面是对红土镍矿进行一定程度的预还原，保证电炉持续稳定地提供高温煅烧矿。
目前红土镍矿的干燥和预还原技术均比较独立和单一，而且存在能耗高、效率低等问题。流态化干燥及同步预还原红土镍矿技术，将干燥和预还原两种工艺有效结合，是一种对红土镍矿资源利用工艺的全新探索与开发。该技术的实现可以简化红土镍矿的冶炼工艺，降低冶炼过程的能耗，提高冶炼生产效率。
发明内容
本发明的目的是通过流态化技术在红土镍矿干燥预还原多级反应器内的应用，实现红土镍矿干燥和预还原的同步进行，满足红土镍矿干燥效果的同时实现有价金属镍、铁的预还原，有效地降低了红土镍矿冶炼过程的能耗和生产成本。本发明提供了一种流态化干燥及同步预还原红土镍矿的方法，可以广泛地应用于工业生产。
本发明流态化干燥及同步预还原红土镍矿的方法的技术方案为：采用流态化技术，将红土镍矿干燥和预还原两个工艺在同一个多级反应器内同时完成，实现红土镍矿的流态化干燥及同步预还原。
具体步骤如下：红土镍矿干燥立磨至1mm以下，将矿粉装入第一级反应器，并依次通过多级反应器，在多级反应器内同时进行悬浮流态化干燥和预还原，产出干燥预还原后的热矿粉；还原性热风在燃烧室内产生，含有CO、H2还原性气体，还原性热风从最后一级反应器进入，在第一级反应器排出，进行逆流悬浮热交换和预还原。
干燥后热矿粉含水量在5％以下，金属镍的预还原率为50～80％，金属铁的预还原率为30～60％，热矿粉的温度为700～900℃。
还原性热风中还原性气体含量在5～10％，还原性热风的温度保持在900～1100℃，矿粉在多级反应器的停留时间为10～15min。
流态化技术是固体颗粒在流体(气体或液体)作用下流动的技术。在流态化干燥及同步预还原红土镍矿的工艺中，采用还原性热风作为流体，还原性热风带动红土镍矿颗粒悬浮在多级反应器内，实现流态化技术。在流态化过程中，还原性热风将热量传递给红土镍矿颗粒，对红土镍矿颗粒进行干燥，同时还原性热风中的还原性气体与红土镍矿颗粒接触发生还原反应，选择性还原有价金属镍、铁。
还原性热风作为干燥介质和还原剂，在燃烧室内由煤粉燃烧产生，还原性热风的温度和还原性气体含量可以通过调节燃烧技术参数来控制。还原性热风进入多级反应器的温度为900～1100℃，排出温度在100℃以下；还原性热风含有一定量的还原性气体CO、H2等，进入多级反应器前还原性气体的含量控制在5～10％，排出后还原性气体的含量在1％以下。
还原性热风从燃烧室进入最后一级反应器，并由第一级反应器的出口排出，然后经过冷却器、收尘系统，收集的烟尘与热矿粉混合进入电炉熔炼，烟气最终排放到高空。红土镍矿干燥立磨后进入第一级反应器，依次通过多级反应器，在多级反应器进行流态化干燥及同步预还原，矿粉在多级反应器的停留时间为10～15min，从多级反应器出来的热矿粉温度为700～900℃，热矿粉中金属镍的预还原率为50～80％、金属铁的预还原率为30～60％，热矿粉直接进入矿热电炉进行还原熔炼，产出镍铁合金。
本发明与现有技术比较具有的优点：
1、实现了红土镍矿干燥和预还原的同步进行，缩短了工艺流程，提高了生产效率。
2、干燥和预还原同时在多级反应器内完成，降低了冶炼过程的能耗，减少了冶炼生产的成本。
3、流态化技术在红土镍矿干燥及同步预还原过程中的应用，提高了红土镍矿的干燥效果和金属镍、铁的预还原率，完善了红土镍矿的冶炼工艺。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
选用云南某红土镍矿为原料，原矿含水量为26％，先对原矿进行干燥立磨，干燥立磨后将粒度小于1mm的红土镍矿矿粉装入三级反应器。矿粉依次通过第一级反应器、第二级反应器、第三级反应器，第一级反应器的温度为300℃，第二级反应器的温度为500℃，第三级反应器的温度为800℃，矿粉在每级反应器的停留时间为3～5min。
反应器的热源主要由燃烧室提供，燃烧室采用煤粉作为燃料进行燃烧，产生的还原性热风先进入第三级反应器，再进入第二级反应器，最终由第一级反应器排出。反应器排出的气体经过冷却器冷却后进入收尘系统，收集的烟尘进入电炉熔炼，烟气最终排到空气中。
还原性热风的温度为950～1000℃，其中CO的含量为6～7％，还原性热风在三级反应器内形成还原性气氛，通过还原性热风的浮力使矿粉悬浮于反应器内，对矿粉进行干燥和预还原。产出热矿粉的温度为750℃，热矿粉含水量为4％，金属镍的预还原率为55％，金属铁的预还原率为40％。从三级反应器出来的热矿粉直接进入电炉熔炼，产生镍铁合金。
实施例2
选用云南某红土镍矿为原料，原矿含水量为29％，先对原矿进行干燥立磨，干燥立磨后将粒度小于1mm的红土镍矿矿粉装入五级反应器。矿粉依次通过第一至五级反应器，第一级反应器的温度为200℃，第二级反应器的温度为300℃，第三级反应器的温度为500℃，第四级反应器的温度为700℃，第五级反应器的温度为900℃，矿粉在每级反应器的停留时间为2～3min。
反应器的热源主要由燃烧室提供，燃烧室采用煤粉作为燃料，产生的还原性热风先进入第五级反应器，依次进入第四、三、二级反应器，最终由第一级反应器排出。反应器排出的气体经过冷却器冷却后进入收尘系统，收集的烟尘进入电炉熔炼，烟气最终排到空气中。
还原性热风的温度为1050～1100℃，其中CO的含量为9～10％，还原性热风在五级反应器内形成还原性气氛，通过还原性热风的浮力使矿粉悬浮于反应器内，对矿粉进行干燥和预还原。产出热矿粉的温度为850℃，热矿粉含水量为2％，金属镍的预还原率为70％，金属铁的预还原率为50％。从五级反应器出来的热矿粉直接进入电炉熔炼，产生镍铁合金。
Claims (2)
1.一种流态化干燥及同步预还原红土镍矿的方法，其特征在于：采用流态化技术，将红土镍矿干燥和预还原两个工艺在同一个多级反应器内同时完成，实现红土镍矿的流态化干燥及同步预还原；具体步骤如下：
红土镍矿干燥立磨至1mm以下，将矿粉装入第一级反应器，并依次通过多级反应器，在多级反应器内同时进行悬浮流态化干燥和预还原，产出干燥预还原后的热矿粉；还原性热风在燃烧室内产生，含有CO、H2还原性气体，还原性热风从最后一级反应器进入，在第一级反应器排出，进行逆流悬浮热交换和预还原；
所述的还原性热风中还原性气体含量在5～10％，还原性热风的温度保持在900～1100℃，矿粉在多级反应器的停留时间为10～15min，热矿粉的温度为700～900℃。
2.根据权利要求1所述的流态化干燥及同步预还原红土镍矿的方法，其特征在于：干燥后热矿粉含水量在5％以下，金属镍的预还原率为50～80％，金属铁的预还原率为30～60％。
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