CN102758092A - 一种低品质红土镍矿综合利用生产镍铁的方法 - Google Patents

Abstract

一种低品质红土镍矿综合利用生产镍铁的方法，属于红土矿综合利用技术领域。红土镍矿原矿经过焙烧、破碎、筛分、磨矿后加入焦粉或者煤粉，按照一定比例与粘结剂混合，混合后的物料经过冷压制块，再将冷压块进行养护以提高强度。达到一定强度的红土镍矿冷压块与焦碳按一定比例加入竖炉中，同时向竖炉中鼓入热风和氧气。红土镍矿冷压块在竖炉内被还原，生成铁水、煤气和熔渣。铁水经过脱硫、脱磷后用于生产镍铁合金钢或不锈钢；煤气经过除尘净化后作为竖炉空气预热的燃料或者并入煤气管网；熔渣经过水淬后作为水泥的原料出售。优点在于，工艺流程简单，处理能力强，对红土镍矿的综合利用率高，能够提取红土镍矿中的铁、镍、钴等多种元素。

Description

一种低品质红土镍矿综合利用生产镍铁的方法

技术领域

本发明属于红土矿综合利用技术领域，特别是涉及一种低品质红土镍矿综合利用生产镍铁的方法，从低品质红土镍矿中综合冶炼提取铁、镍、钴等有价元素。

背景技术

镍是一种重要的战略金属材料, 具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高、延展性好等特点, 在现代工业中有着广泛的用途。镍主要用于不锈钢生产, 不锈钢用镍需求约占全球镍消费总量的66%。目前,由于不锈钢产业的迅猛发展,全球对金属镍的需求不断增加,目前约有70%的镍是从硫化矿中提取的，但赋存在硫化矿床中的镍却仅占镍贮量的35％左右。因此随着世界上硫化镍矿资源的逐渐减少，因此, 从长远来看, 红土矿将是未来镍的主要来源。由于品位高、开采条件好的硫化镍矿资源渐趋枯竭, 加快红土镍矿的选冶工艺研究, 已成为目前国际上的重大冶金难题, 也是关系到未来镍稳定供应的全球性课题。

典型的红土矿矿石有褐铁矿型和硅镁镍矿型，前者镍含量较低,宜采用高压酸浸湿法冶金工艺处理, 湿法处理红土镍矿相对于火法而言能耗低，环境友好，但也存在明显不足如工艺路线复杂，对设备工艺条件的要求高。而对于镍含量较高的硅镁镍矿型,火法冶炼是其主流工艺，当前应用的火法工艺主要有鼓风炉工艺、回转窑—电炉熔分工艺和炉外还原冶炼镍铁等工艺。现有工艺中对红土镍中镍的含量要求较高，一般要超过2%，而目前大量的红土镍的镍含量在1.5%以下，目前工艺处理存在渣量大，能耗高等难题。

红土镍矿处理的另一个难点就是红土镍矿中含水量比较高，一般含水量可以达到30%以上，含水量高导致原料处理成本增加、运输难度大、费用高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低品质红土镍矿综合利用生产镍铁的方法，解决了红土镍矿处理存在渣量大，能耗高、处理成本增加、运输难度大、费用高等难题。实现了工艺流程简单、原料制备厂与生产厂可分离。

本发明的工艺为：

首先将红土镍矿原矿破碎、筛分、磨矿后在300～600℃下焙烧烘干，脱除其中的结晶水，然后加入焦粉或者固定碳含量较高的煤粉，按照一定比例与粘结剂混合，混合过程中需要加入的石灰石和白云石粉以调节混合料中的碱度，混合后的物料经过冷压制成红土镍矿冷压块，再将冷压块在高温下烘干或经过一定时间的养护以提高强度。制成的红土镍矿冷压块每吨配入250~350kg焦炭加入竖炉中，同时向竖炉中鼓入热风和氧气。红土镍矿冷压块在竖炉内被还原，生成铁水、煤气和熔渣。铁水经过脱硫、脱磷后用于生产镍铁合金钢或不锈钢；煤气经过除尘净化后作为竖炉空气预热的燃料或者并入煤气管网；熔渣经过水淬后作为水泥或建筑的原材料出售。

所述的烘干可采用回转窑连续烘干，也可采用其他能达到烘干脱水条件的装置来进行。

所述的煤粉采用固定碳高于78重量%，灰分尽可能少的煤种，作为还原剂的焦粉或者煤粉的加入量根据红土镍矿中铁、镍、钴等有价金属氧化物的含量而定，一般占总重量的比例为5%～20%。

所述的粘结剂为水泥、水玻璃、膨润土、硅藻土、粘土、蜡、糖蜜、各种胶中的一种或者几种作为粘结剂，添加量为总重量的2%～8%，可在混料过程中加入一定量的石灰石或白云石以调节碱度。

所述的冷压采用模压或对辊成型设备对添加辅料后的红土镍矿进行成型，冷压块的尺寸一般在8～50mm，形状为圆形、圆柱形、扁卵形、棱锥形或立方形。

所述的冷压块烘干温度为200～500℃，烘干时间为1～5小时，养护是在室温下堆存3～5天。养护后的冷压块可以进行长距离运输后到达冶炼厂使用也可以直接送入竖炉进行冶炼。

所述的竖炉由炉顶、炉身、炉缸三大部分构成，炉顶部分抽吸出的煤气经过重力除尘系统和布袋除尘系统两级除尘后获得净化的煤气，煤气一般用于竖炉热风换热器的燃料（使用经过除尘净化后的煤气作为竖炉热风换热器的燃料，通过热风换热器换热后空气温度可以达到650℃以上）；炉身下部与炉缸连接处设有水冷装置和风口，经过热风换热器换热后的空气通过风口鼓入竖炉内，并鼓入一定比例的氧气，氧气的含量一般在8%～15%；炉缸部分有出渣口和出铁口，渣口排出的冶炼渣采用水淬的方式冷却，冷却后作为水泥或建筑原材料使用；出铁口略低于出渣口，采用虹吸式出铁，铁水中含有铁、碳、镍（铁水中镍含量在0.2重量%～10重量%之间）、钴等主要元素，同时含有一定量的硫、磷、硅等杂质，需要通过预处理后供给炼钢使用。

经过重力除尘器和布袋除尘器得到的除尘灰（泥）可以返回原料制备车间与红土镍原料混合后重新压块使用。

加入石灰石和白云石调节碱度CaO/SiO₂在0.9～1.2范围内，使炉内物料中MgO含量7重量%～11重量%，Al₂O₃含量8重量%～14重量%。

竖炉的炉顶微负压，在靠近炉顶位置抽吸煤气，煤气通过高温除尘系统净化除尘，净化后的煤气成分为CO₂：18%～24%，CO：19%～23%，N₂：54%～57%，H₂：～1.2%，CH₄：～0.2%；均为重量百分数。

所述的向竖炉中鼓入热风和氧气，热风通过氧气后，氧含量达到8重量%～15重量%。

使用经过除尘净化后的煤气作为竖炉热风换热器的燃料，通过热风换热器换热后空气温度可以达到650℃以上。

与现有技术相比，本发明专利的有益效果在于：

1、通过将原料进行破碎、筛分、烘干脱水处理后压块，压块经过干燥或养生后达到一定强度再入炉，这种方法可以将原料预处理与红土镍矿的冶炼分离开，可以再原料产地进行制块生产，在其他工业设施完备或有下游用户的地区进行生产，减少了投资成本、降低了运输费用。

2、可以在冷压块中添加石灰石和白云石调节碱度，也可以在冶炼过程中来添加调节碱度，对原料的适用性强。

3、竖炉内高温冶炼，根据原料特点实时的焦炭与炉渣碱度调节保证了红土镍矿种有价元素的回收率。4通过煤气燃烧换热空气、富氧、喷煤等手段降低了红土镍矿冶炼的能耗。5、对除尘系统的除尘灰（泥）采用循环压块适用，冶炼渣水淬做水泥或建筑材料，减少的固体废弃物的排放，降低了环境压力。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明专利作进一步说明：

本法发明设计采用还原竖炉冶炼红土镍矿的工艺流程包括原材料的焙烧、破碎、筛分、混合成型、养护、竖炉还原等工序。

实施例1：

红土镍矿原料经过皮带输送到回转窑，在回转窑内400℃下焙烧2小时，脱出其中所含的水分，回转窑的热烟气通过还原竖炉产生的煤气燃烧获得。烘干脱水后的矿粉经过破碎、筛分获得粒度小于80目的粉料，根据粉料成分，加入焦粉、煤粉等还原剂，石灰和白云石等添加剂，使其中固定碳的摩尔量与铁氧化物与镍氧化物所含氧摩尔量之和的比例在1.2左右，CaO/SiO₂在0.9范围内，MgO含量7%，Al₂O₃含量8%～14%。然后加入混合料量2%～8%的粘结剂，如果以水泥或其他无机粘材料作为粘结剂需要考虑水泥中的CaO、SiO₂、MgO和Al₂O₃等氧化物含量使其保持在上述范围之内。加入粘结剂后混合均匀，压制成型，压块的尺寸一般在20，根据粘结剂的不同，冷压块在室温下经过3天的养护，以达到一定的强度。

经过处理后达到一定强度的冷压块，通过皮带输送到还原竖炉的料仓内。通过还原竖炉顶部的布料装置将冷压块与焦炭分层布入还原竖炉内，每吨冷压块配入250kg左右的焦炭。在还原过程中，通过还原竖炉的风口位置鼓入热风和氧气，热风温度在650℃以上，热风的富氧量可以达到8%~15%。在竖炉内还原产生的煤气经过炉顶重力除尘与布袋除尘两级除尘器后煤气烟尘含量小于15mg/m3，经过净化除尘后的煤气分为CO₂：18%，CO： 23%，N₂：54%%，H₂： 1.2%，CH₄： 0.2%，利用该煤气作为热风炉的燃料。除尘器收集的除尘灰返回到冷压成型车间，配入原料中使用。

竖炉还原过程中产生的冶炼渣通过出渣口排出，并采用水淬的方式冷却，冷却后的水淬渣可以作为制作水泥的原料使用，也可以作为建筑原材料使用。出铁口在出渣口的下方，由于原料的不同，生产出的铁水镍含量也有差异，铁水中镍含量0.2%，同时含有一定量的钴和铬，铁水直接与高炉产生的铁水混合，随后进行净化处理。

实施例2：

红土镍矿原料经过破碎后，矿浆进行筛分，小于80目的粉料经皮带输送到回转窑，在回转窑内600℃下焙烧1小时，脱出其中所含的水分，回转窑的热烟气通过还原竖炉产生的煤气燃烧获得。烘干后的脱水后的矿粉加入混合料量2%～8%的粘结剂，混合均匀，压制成型，压块的尺寸一般在50mm，根据粘结剂的不同，冷压块在500℃温度下烘干1小时，以达到一定的强度。

经过处理后达到一定强度的冷压块，通过长距离运输工具运输到冶炼厂地，在冶炼场地的原料车间内通过皮带输送到还原竖炉的料仓内。通过还原竖炉顶部的布料装置将冷压块与焦炭分层布入还原竖炉内，每吨冷压块配入300kg左右的焦炭。在还原过程中，根据原料成分加入石灰石和白云石，调节竖炉内物料的碱度，使CaO/SiO₂在1.2范围内，MgO含量11%，Al₂O₃含量14%。通过还原竖炉的风口位置鼓入热风和氧气，热风温度在650℃以上，热风的富氧量可以达到8%~15%。在竖炉内还原产生的煤气经过炉顶重力除尘与布袋除尘两级除尘器后煤气烟尘含量小于15mg/m³，经过净化除尘后的煤气分为CO₂：18%～24%，CO：23%，N₂：54%，H₂：1.2%，CH₄： 0.2%，利用该煤气作为热风炉的燃料。除尘器收集的除尘灰返回到冷压成型车间，配入原料中使用。

竖炉还原过程中产生的冶炼渣通过出渣口排出，并采用水淬的方式冷却，冷却后的水淬渣可以作为制作水泥的原料使用，也可以作为建筑原材料使用。出铁口在出渣口的下方，由于原料的不同，生产出的铁水镍含量也有差异，铁水中镍含量在2%间，同时含有一定量的钴和铬，铁水经过脱硫、脱磷处理后作为生产不锈钢的原料使用。

虽然上面已经详细描述了本发明的示例性实施例，但本发明所属技术领域中具有公知常识者在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明的实施例做出各种的修改、润饰和变型。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改、润饰和变型仍将落入权利要求所限定的本发明的示例性实施例的精神和范围内。

最后，除非这里指出或者另外与上下文明显矛盾，否则这里描述的所有方法的步骤可以以任意合适的顺序执行。

Claims (10)

1.一种低品质红土镍矿综合利用生产镍铁的方法，其特征在于，工艺为：首先将红土镍矿原矿破碎、筛分、磨矿后在300～600℃下焙烧烘干，脱除其中的结晶水，然后加入焦粉或者固定碳含量较高的煤粉，按照一定比例与粘结剂混合，混合过程中需要加入一定量的石灰石和白云石粉以调节混合料中的碱度，混合后的物料经过冷压制成红土镍矿冷压块，再将冷压块在高温下烘干或经过一定时间的养护以提高强度；制成的红土镍矿冷压块每吨与250~350kg焦碳加入竖炉中，同时向竖炉中鼓入热风和氧气；红土镍矿冷压块在竖炉内被还原，生成铁水、煤气和熔渣。铁水经过脱硫、脱磷后用于生产镍铁合金钢或不锈钢；煤气经过除尘净化后作为竖炉空气预热的燃料或者并入煤气管网；熔渣经过水淬后作为水泥或建筑的原材料出售。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的烘干采用回转窑连续烘干，或者采用其他能达到烘干脱水条件的装置。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的煤粉采用固定碳高于78重量%，灰分尽可能少的煤种，作为还原剂的焦粉或者煤粉的加入量占总重量的比例为5%～20%。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粘结剂为水泥、水玻璃、膨润土、硅藻土、粘土、蜡、糖蜜、各种胶中的一种或者几种作为粘结剂，添加量为总重量的2%～8%，混料过程中加入的石灰石或白云石以调节碱度。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，冷压采用模压或对辊成型设备对添加辅料后的红土镍矿进行成型，冷压块的尺寸为20～50mm，形状为圆形、圆柱形、扁卵形、棱锥形或立方形。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的冷压块烘干温度为200～500℃，烘干时间为1～5小时，养护是在室温下堆存3～5天。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的竖炉由炉顶、炉身、炉缸三部分构成，炉顶部分抽吸出的煤气经过重力除尘系统和布袋除尘系统两级除尘后获得净化的煤气，煤气用于竖炉热风换热器的燃料；炉身下部与炉缸连接处设有水冷装置和风口，经过热风换热器换热后的空气通过风口鼓入竖炉内，并鼓入一定比例的氧气，氧气的含量在8重量%～15重量%；炉缸部分有出渣口和出铁口，渣口排出的冶炼渣采用水淬的方式冷却，冷却后作为水泥或建筑原材料使用；出铁口略低于出渣口，采用虹吸式出铁，铁水中含有铁、碳、镍、钴，其中镍含量在0.2重量%～10重量%之间；铁水通过预处理后供给炼钢使用。

8.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，加入石灰石和白云石调节碱度CaO/SiO₂在0.9～1.2范围内，使炉内总物料MgO含量7重量%～11重量%，Al₂O₃含量8重量%～14重量%。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，竖炉的炉顶微负压，在靠近炉顶位置抽吸煤气，煤气通过高温除尘系统净化除尘，净化后的煤气成分为CO₂：18%～24%，CO：19%～23%，N₂：54%～57%，H₂：～1.2%，CH₄：～0.2%，均为重量百分数。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的向竖炉中鼓入热风和氧气，热风通过氧气后，氧含量达到8重量%～15重量%。

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