CN103421924B - 一种红土矿流态化还原方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了红土矿流态化还原方法，该方法包括：使红土矿粉末与重整荒煤气在流化床反应器中混合，并在流化床反应器中发生还原反应，以便获得镍铁合金和反应废热气，其中，重整荒煤气包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、CxHy和焦油。利用该方法能够显著提高对红土矿的处理效率，提高镍铁回收率。
Description
技术领域
本发明涉及冶金领域。具体而言，本发明涉及红土矿冶炼方法。
背景技术
红土矿是稀有矿品之一，长期以来由于受矿石选冶技术限制和生产成本偏高的制约，一直没有得到很好地开发利用，使得大量矿床（体）得以比较完好的保存。近年来随着冶炼技术的发展和生产成本的降低，加之镍需求量的不断增大，红土矿现已得到日益重要地开发和利用，已成为我国乃至全球工业生产用镍的主要来源。
然而，目前红土矿冶炼方法，仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了可以有效冶炼红土矿的方法。
根据本发明的实施例，该方法包括：使红土矿粉末与重整荒煤气在流化床反应器中混合，并在所述流化床反应器中发生还原反应，以便获得镍铁合金和反应废热气，其中，所述重整荒煤气包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、CxHy和焦油。由此，荒煤气经过重整后，原来荒煤气中的焦油及大分子有机化合物含量下降，甲烷及其他烷烃CxHy的含量有所上升。由此可以有效地利用上述重整荒煤气还原红土矿，提高镍铁合金提取率。
根据本发明的实施例，上述红土矿冶炼方法还可以具有下列附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述红土矿粉末中，粒度在0.2～1.5毫米范围内的颗粒占至少95%。由此，可以进一步提高利用重整荒煤气还原红土矿粉的效率，从而可以进一步有效地制得镍铁合金。
根据本发明的一个实施例，所述重整荒煤气的温度为1000～1300摄氏度，使其能够满足流态化还原反应热力学要求。由此可以进一步提高还原效率。
根据本发明的一个实施例，所述流化床反应器中的压力为0.1～4MPa。由此可以进一步提高还原反应效率。
根据本发明的一个实施例，所述红土矿粉末是通过下列步骤获得的：将红土矿在回转窑中进行干燥处理，以便将所述红土矿的含水量降低至5～10wt%；将所述经过干燥的红土矿进行粉碎和粉磨处理。由此可以进一步提高制备红土矿粉的效率。
根据本发明的一个实施例，所述重整荒煤气是通过下列步骤获得的：提供来自焦化炉的荒煤气；将所述荒煤气供给到重整加热室中，以便在存在氧气的条件下，对所述荒煤气进行加热重整处理，从而获得所述重整荒煤气。由此可以进一步提高还原效率。
根据本发明的一个实施例，所述荒煤气的温度为800摄氏度。根据本发明的一个实施例，所述加热重整处理将所述荒煤气的温度提高至1000～1300摄氏度。使其能够满足流态化还原反应热力学要求。由此可以进一步提高还原效率。
根据本发明的一个实施例，利用所述反应废热气对所述重整加热室进行加热，并且将所述重整处理所产生的热量用于对所述红土矿在回转窑中进行干燥处理。由此可以提高重整荒煤气以及热量利用率。
根据本发明的一个实施例，所述还原反应是在串联的多个流化床反应器中进行的，所述多个流化床反应器为循环流化床反应器，沸腾床反应器，环形流化床反应器中的至少一种。由此可以实现连续大批量的对红土矿进行处理，提高生产效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的红土矿冶炼方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提出了一种红土矿冶炼方法，参考图1，根据本发明的实施例，红土矿冶炼方法可以包括以下步骤：使红土矿粉末与重整荒煤气在流化床反应器中混合，并在流化床反应器中发生还原反应，以便获得镍铁合金和反应废热气，其中，重整荒煤气由一氧化碳、二氧化碳和氢气构成。
根据本发明的一个实施例，首先利用湿红土矿制备红土矿粉末，根据本发明的具体实施例，上述红土镍矿粉末可以通过下列步骤获得：将红土矿在回转窑中进行干燥处理，以便将红土矿的含水量降低至5～10wt%；将经过干燥的红土矿进行粉碎和粉磨处理。根据本发明的具体实施例，上述干燥处理可以采用回转窑对其进行干燥，由此可以进一步提高干燥效率。根据本发明的具体实施例，上述经过干燥的红土矿被多次进行粉碎处理，然后将粉碎后的红土矿进行筛分，将不适于进行粉磨的红土矿进一步粉碎，适于粉磨处理的红土镍矿被粉磨成适宜粒度的红土矿粉末。利用上述方法将红土镍矿制备成粉磨可以进一步提高其与重整荒煤气在流化床反应器内的反应效率，以便提高镍铁合金的产率和生产效率。
在本发明中所使用的术语“红土矿”的含义是指在任何涉及镍的工业生产中所使用的矿物质。根据本发明的实施例，红土矿的种类不受特别限制，例如，可以为褐铁矿、钴土矿、绿脱石、蛇纹石、硅镁镍矿，也可以是其它任何含有镍的矿物质。传统的红土矿处理工艺有湿法冶炼工艺和火法冶炼工艺两种。本发明的发明人发现，红土矿的成分非常复杂，通常含有众多的杂质元素，例如钙、镁、铝、铬、硅、硫等，因而，在利用湿法冶炼工艺对红土矿中进行处理时往往使用多种化学试剂，并且进行多步骤化学反应，而这些杂质元素也会参与到相关的化学反应中，造成干扰，从而对红土矿的处理造成不利影响，如果采用火法冶炼工艺，一般先要干燥矿石以除去矿石中所有的游离水和结合水，然后再经焙烧和熔炼处理等，这些过程均需要消耗大量燃料（如煤、油或电能），能耗较大，生产成本较高。本发明的发明人惊奇地发现，通过本发明的方法采用流化床还原反应器，利用重整后的高温荒煤气对处理后的红土矿粉末进行还原反应，能够有效地对红土矿进行处理，并且可以显著提高镍铁合金提取率。
根据本发明的具体实施例，利用上述方法制备得到的红土矿粉磨中，粒度在0.2～1.5毫米范围内的颗粒占至少95%。由此可以便于其在流化床还原反应器中进行流化，以便进一步提高其与重整荒煤气在流化床反应器内的反应效率，以便提高镍铁合金的产率和生产效率。
根据本发明的一个实施例，上述用于还原矿粉的还原剂为重整荒煤气，该重整荒煤气是荒煤气通过重整处理得到的。根据本发明的具体实施例，上述重整荒煤气可以通过下列步骤获得：提供来自焦化炉的荒煤气；将荒煤气供给到重整加热室中，以便在存在氧气的条件下，对荒煤气进行加热重整处理，从而获得重整荒煤气。
根据本发明的一个实施例，上述重整处理具体可以采用两种方式：第一种是非接触式重整，第二种是自重整。非接触式重整为利用荒煤气作为燃料与氧气或富氧空气或空气燃烧加热重整炉，作为还原气的荒煤气利用密闭高温输送方式在重整炉被加热至1000～1300摄氏度。这种方式产出的重整荒煤气除了包括H2、CO、CO2，还可能包括CH4、CxHy、大分子化合物。
自重整为直接将荒煤气充入重整炉，并补充适量氧气，在荒煤气部分燃烧过程中实现荒煤气本身的加热和大分子化合物例如焦油的分解。同样采用该方式产出的重整荒煤气除了包括H2、CO、CO2，还可能包括CH4、CxHy、大分子化合物。
本发明利用的重整荒煤气的主要利用焦化炉排出的热态焦炉荒煤气通过重整后获得的，由于焦炉荒煤气中含有大量的氢气，一氧化碳，二氧化碳，焦油，甲烷及大分子有机化合物等物质，不利于直接用于对红土矿粉末进行还原，经过重整后的荒煤气主要成分为氢气，一氧化碳，二氧化碳，甲烷，CxHy，少量焦油（重整后，气体的焦油及大分子有机化合物含量下降，甲烷及其他烷烃CxHy的含量有所上升）。因此本发明的重整荒煤气可以利用上述方法获得。其“重整”是指通过燃烧使得焦炉荒煤气中的焦油等大分子基团有机化合物分解成简单化合物，如一氧化碳、二氧化碳和氢气等，并将荒煤气由800摄氏度左右升温至1000～1300摄氏度。因此，根据本发明的具体实施例，将荒煤气进行重整的目的在于：使荒煤气在重整加热室内燃烧，使得其中的焦油等大分子化合物分解成简单化合物，因此，气体的焦油及大分子有机化合物含量下降，甲烷及其他烷烃CxHy的含量有所上升，其中还原剂成分一氧化碳、氢气的含量提高，并且荒煤气由800摄氏度左右升温至1000～1300摄氏度，使其能够满足流态化还原反应热力学要求。因此，上述升温后的重整荒煤气既是还原剂也是还原反应供热体。由此可以进一步提高还原效率。同时由于还原反应过程为吸热过程，因此将荒煤气的温度提高可以进一步促进还原反应进行，提高反应效率。
根据本发明的一个实施例，所述流化床反应器中的压力为0.1～4MPa。根据本发明的具体实施例，流化床反应器的压力还可以优选为0.1～2Mpa，由此可以进一步提高还原反应效率。根据本发明的具体实施例，流化床反应器中的压力主要通过提高重整荒煤气的压力来控制，作用是提高还原反应动力学。根据本发明的具体实施例，通过控制压力使得流化床反应器能够稳定高效的提供还原反应空间。
根据本发明的一个实施例，上述重整荒煤气中的主要成分为一氧化碳、二氧化碳和氢气。其中一氧化碳和氢气是用于还原红土矿粉末的主要还原剂，由此可以进一步提高还原效率以及镍铁矿的产率。
根据本发明的一个实施例，重整荒煤气在流化床还原反应器中参与还原反应后，仍有部分氢气随热烟气排出反应器。根据本发明的具体实施例，可以将该部分含有氢气的烟气引入重整加热室，并混合高压氧气进行燃烧，由此可以提高对荒煤气的重整效率，同时提高了荒煤气的利用率，避免了氢气的浪费。
根据本发明的具体实施例，还可以将重整处理所产生的热量用于对红土矿在回转窑中进行干燥处理。由此可以最大限度地提高热量利用率，避免热量流失。
根据本发明的一个实施例，还原反应是在串联的多个流化床反应器中进行的。根据本发明的具体实施例，上述多个流化床反应器可以为循环流化床反应器，沸腾床反应器，环形流化床反应器中的至少一种。由此红土矿粉末通过多级流化状态反应器实现镍氧化物和铁氧化物的还原，通过串联的多个流化床反应器虽然成本较单个竖炉的成本高，但是采用多级流化床可以实现连续大批量的对红土矿进行处理，生产效率高，并且采用多级流化床反应器对红土矿粉末进行处理，反应彻底完全，由此可以显著提高镍铁回收率，具体可实现85～95%的镍回收率和70～95%的铁回收率。
根据本发明的具体实施例，本发明的红土矿冶炼方法中，红土矿粉末的粒度、重整荒煤气的温度、以及流化床反应器内的压力均是是显著影响还原反应以及产率的重要参数。因此严格按照本发明实施例具体参数控制反应过程，可以显著提高流化床反应器内的还原反应效率，提高冶炼效率，得到较高的镍铁回收率。
下面通过具体的实施例，对本发明进行说明，需要说明的是这些实施例仅仅是为了说明目的，而不能以任何方式解释成对本发明的限制。另外，在下列实施例中如果没有特别说明，则所采用的设备和材料均为市售可得的。
实例1
红土矿组成：（干矿组成）
褐铁矿型红土镍矿。
组成：
NiO1.4wt%，Fe2O365.2wt%，SiO216.5wt%，Al2O34.2wt%，CaO2.2wt%，MgO3.3wt%，Cr2O32wt%，H2O5.5wt%。
重整条件：
非接触式重整，按焦炉煤气量和纯氧混合燃烧方式加热重整炉，荒煤气提温至1200摄氏度。
流态化反应条件：
第一级流化床热平衡温度为850摄氏度，第二级流化床热平衡温度为700摄氏度，第三级流化床热平衡温度为600摄氏度，第四级流化床热平衡温度为400摄氏度。
压力条件，进入第一级流化床的重整荒煤气压力为1MPa，前一级流化床溢出气体经旋风除尘后加压至1MPa并进入下一级流化床。
产品指标：
最终的镍金属化率为88%，最终的铁金属化率为85%。
实例2
红土矿组成：
褐铁矿型红土镍矿
组成：（干矿组成）
NiO1.4wt%，Fe2O365.2wt%，SiO216.5wt%，Al2O34.2wt%，CaO2.2wt%，MgO3.3wt%，Cr2O32wt%，H2O5.5wt%。
重整条件：
自重整，荒煤气提温至1200摄氏度。
流态化反应条件：
第一级流化床热平衡温度为850摄氏度，第二级流化床热平衡温度为700摄氏度，第三级流化床热平衡温度为600摄氏度，第四级流化床热平衡温度为400摄氏度。
压力条件，进入第一级流化床的重整荒煤气压力为1.2MPa，前一级流化床溢出气体经旋风除尘后加压至1.2MPa并进入下一级流化床。
产品指标：
最终的镍金属化率为90%，最终的铁金属化率为90%。
实例3
红土矿组成：
腐植土型红土镍矿。
组成：干矿组成
Ni2wt%，Fe14wt%，SiO248.5wt%，Al2O31.5wt%，CaO0.8wt%，MgO25wt%，Cr2O31wt%，H2O5.2wt%。
重整条件：
非接触式重整，按焦炉煤气量和纯氧混合燃烧方式加热重整炉，荒煤气提温至1200摄氏度。
流态化反应条件：
第一级流化床热平衡温度为1000摄氏度，第二级流化床热平衡温度为800摄氏度，第三级流化床热平衡温度为650摄氏度，第四级流化床热平衡温度为400摄氏度。
压力条件，进入第一级流化床的重整荒煤气压力为0.8MPa，前一级流化床溢出气体经旋风除尘后加压至1.2MPa并进入下一级流化床。
产品指标：
最终的镍金属化率为90%，最终的铁金属化率为90%。
实例4
红土矿组成：腐植土型红土镍矿。（干矿组成）
成分：
Ni2wt%，Fe14wt%，SiO248.5wt%，Al2O31.5wt%，CaO0.8wt%，MgO25wt%，Cr2O31wt%，H2O5.2wt%。
重整条件：
自重整，按焦炉煤气量和纯氧混合燃烧方式加热重整炉，荒煤气提温至1200摄氏度。
流态化反应条件：
第一级流化床热平衡温度为1000摄氏度，第二级流化床热平衡温度为800摄氏度，第三级流化床热平衡温度为650摄氏度，第四级流化床热平衡温度为400摄氏度。
压力条件，进入第一级流化床的重整荒煤气压力为0.8MPa，前一级流化床溢出气体经旋风除尘后加压至1.2MPa并进入下一级流化床。
产品指标：
最终的镍金属化率为90%，最终的铁金属化率为90%。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (3)
1.一种红土矿流态化还原方法，其特征在于，所述方法包括：
使红土矿粉末与重整荒煤气在流化床反应器中混合，并在所述流化床反应器中发生还原反应，以便获得镍铁合金和反应废热气，
其中，
所述重整荒煤气包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、其他烷烃CxHy和焦油，所述重整荒煤气的温度为1000～1300摄氏度，
所述重整荒煤气是通过下列步骤获得的：
提供来自焦化炉的荒煤气；
将所述荒煤气供给到重整加热室中，以便在存在氧气的条件下，对所述荒煤气进行加热重整处理，从而获得所述重整荒煤气；
所述加热重整处理将所述荒煤气的温度提高至1000～1300摄氏度；
利用所述反应废热气对所述重整加热室进行加热，并且将所述重整处理所产生的热量用于对所述红土矿在回转窑中进行干燥处理，
所述红土矿粉末中，粒度在0.2～1.5毫米范围内的颗粒占至少95％，
所述流化床反应器中的压力为0.1～4MPa，
所述还原反应的条件为：
第一级流化床热平衡温度为850摄氏度，第二级流化床热平衡温度为700摄氏度，第三级流化床热平衡温度为600摄氏度，第四级流化床热平衡温度为400摄氏度，进入第一级流化床的重整荒煤气压力为1MPa，前一级流化床溢出气体经旋风除尘后加压至1MPa并进入下一级流化床。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红土矿粉末是通过下列步骤获得的：
将红土矿在回转窑中进行干燥处理，以便将所述红土矿的含水量降低至5～10wt％；
将所述经过干燥的红土矿进行粉碎和粉磨处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原反应是在串联的多个流化床反应器中进行的，所述多个流化床反应器为循环流化床反应器，沸腾床反应器，环形流化床反应器中的至少一种。
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