CN103468930B - 一种利用红土镍矿制备镍铁焙烧矿的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用红土镍矿制备镍铁焙烧矿的方法及其装置，该方法包括以下步骤：先将红土镍矿磨成矿粉，然后将得到的该矿粉进行高温焙烧，高温焙烧过程中使矿粉处于预还原系统中进行高温预热还原反应，高温焙烧矿随后进入回转窑进行高温煅烧完成后得到含镍生铁的焙烧矿，之后将该焙烧矿浸入水中冷却后，分离得到镍铁焙烧矿。该装置包括斗式提升机、空气斜槽、斜槽风机、回转下料器、闸板阀、回转窑、水冷搅拌槽、燃烧器、热风混风室、高温风机、旋风除尘器、袋式除尘器、链式输送机、燃烧器及预还原系统。本发明的制备方法及其装置使得矿粉传热面积大，每个矿粒都能均匀、完全的完成化学反应，反应时间短，红土镍矿利用率高。

Description

一种利用红土镍矿制备镍铁焙烧矿的方法及其装置

技术领域

 本发明涉及一种制备镍铁焙烧矿的方法及其装置，尤其涉及一种利用红土镍矿制备镍铁焙烧矿的方法及其装置。

背景技术

镍铁低共熔相的焙烧矿是选取镍矿的重要中间产品，镍铁焙烧矿经过磁选后得到高品位的镍精矿是进行制造不锈钢等重要含镍产品的原料。

传统制备镍铁产品的生产方法有以下两种：

(1)回转窑直接还原法：镍矿→烘干→破碎→配入焦炭、熔剂混合制团→预热→回转窑脱水、还原→固熔态渣铁混合物→水淬→磨碎→跳汰、强磁选等多级渣铁分离→细粒镍铁→电炉重熔→精炼脱硫→镍铁。

该方法的重点是回转窑脱水、还原，所用的炉型一般是回转窑，且焙烧温度一般在1300℃～1400℃，虽然在目前火法冶炼镍铁生产中，为设备最简单、生成金属流程最短、综合能耗最低的生产工艺，但其焦炭和熔剂制团入回转窑后，因与热气体接触的面积有限，热量利用率低，回转窑中烧成时间很长，热利用率较低；

(2)高炉法：镍矿→脱水、烧结、造块→配入焦炭、熔剂→高炉冶炼→粗镍铁→精炼降Si、C、P、S→镍铁。

该方法由于国家限制400m³以下的小高炉的使用，因此采用大容量高炉冶炼低Ni镍铁仍不成熟。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种资源利用率高、反应时间短、设备容积利用率高、生产环境清洁的利用红土镍矿制备镍铁焙烧矿的方法及其装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种利用红土镍矿制备镍铁焙烧矿的方法，包括以下步骤：

(1)研磨：将含红土镍矿细磨制成矿粉；

(2)焙烧：对步骤(1)得到的矿粉进行高温焙烧，高温焙烧过程中使矿粉处于预还原系统中进行高温预热还原反应，高温焙烧矿随后进入回转窑进行高温煅烧完成后得到含镍生铁的焙烧矿；

(3)冷却：将步骤(2)中得到的焙烧矿浸入水中并充分搅拌，待焙烧矿中的镍生铁充分冷却后，分离得到镍铁焙烧矿。

上述方法中，优选地，所述步骤(1)中，矿粉的粒度(最大粒度)控制在1.0mm以下，0.075mm以上。

上述方法中，优选地，所述步骤(1)中，细磨的同时对红土镍矿进行干燥，使矿粉的含水量小于3 wt %。

上述方法中，优选地，所述步骤(2)中，预还原系统中高温焙烧的温度控制在300℃～900℃，在预还原系统中高温焙烧的时间为50s～60s，回转窑中高温煅烧的温度控制在1000℃～1300℃，高温煅烧的时间为30min~60min。

上述方法中，优选地，所述步骤(2)的高温焙烧过程中，通过持续通入中性或弱还原性的高温烟气使矿粉呈悬浮状态。

上述方法中，优选地，所述步骤(2)中，预还原系统中高温焙烧时的矿粉与通入的高温烟气的固气比为0.5～1.2 kg/Nm³；高温预热还原反应为多级预热后进入反应炉进行还原反应，所述多级预热的时间为30s～50s。

上述方法中，优选地，所述高温烟气源自新鲜空气与预热过程排放的尾气以及回转窑窑头罩的三次风进行混合加热后的高温混合烟气。

上述方法中，优选地，所述高温烟气中含有1%～5%体积分数的CO。

一种利用红土镍矿制备镍铁焙烧矿的装置，包括斗式提升机、空气斜槽、斜槽风机、回转下料器、闸板阀、回转窑、水冷搅拌槽、燃烧器、热风混风室、高温风机、旋风除尘器、袋式除尘器、链式输送机、燃烧器；所述斗式提升机通过下料溜子与空气斜槽连接，所述斜槽风机通过送风风管与空气斜槽连接，所述空气斜槽通过下料溜子与回转下料器连接，所述回转下料器通过下料溜子与闸板阀连接，所述回转窑通过密封装置与水冷搅拌槽固定于一框架上，所述燃烧器通过吊架后伸入回转窑内，热风混风室固定于所述框架内，所述燃烧器直接固定于所述热风混风室上，所述高温风机通过出风管连接旋风除尘器，所述旋风除尘器通过出风管连接袋收尘器，所述旋风除尘器及袋收尘器通过下料溜子连接到所述链式输送机上；还包括预还原系统，所述预还原系统包括双筒一级旋风预热器、二级旋风预热器、三级旋风预热器、四级旋风预热器、五级旋风预热器、反应炉；所述双筒一级旋风预热器的进风口连接二级旋风预热器的出风管，所述二级旋风预热器的进风口连接三级旋风预热器的出风管，所述三级旋风预热器的进风口连接四级旋风预热器的出风管，所述四级旋风预热器的进风口连接五级旋风预热器的出风管，所述五级旋风预热器的出风管连接反应炉。

上述装置中，优选地，所述双筒一级旋风预热器的下料管连接三级旋风预热器的出风管，所述二级旋风预热器的下料管连接四级旋风预热器的出风管，所述三级旋风预热器的下料管连接五级旋风预热器的出风管，所述四级旋风预热器的下料管连接反应炉，所述二级旋风预热器的出风管连接回转下料器的下料管。

上述装置中，优选地，所述反应炉通过密封装置与回转窑连接，所述热风混风室通过风管与反应炉连接，所述双筒一级旋风预热器的出风管连接高温风机。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明所提供的方法，其先将红土镍矿的矿物细磨制成矿粉，并且矿粉处于悬浮状态下进行高温焙烧，因而矿粉传热面积是堆积态矿物中气固接触面积的3000～4000倍，使得矿物与气体的传热传质速度极快，红土镍矿的矿物完成反应所需的时间在几分钟之内脱去结晶水并进行还原，与回转窑直接还原法和高炉法所需2～3小时相比，大大缩短了脱结晶水及还原反应所需时间，提高了设备容积利用率；

2、本发明所提供的方法，其对细磨后的矿粉进行预热，然后再焙烧，预热过程中使矿粉处于悬浮状态，每个矿粒都能均匀、完全地完成化学反应，红土镍矿的利用率达到90%以上；

3、本发明所提供的方法，其在进入回转窑前先进入预还原系统进行预热、脱结晶水及还原反应，此过程温度在750℃～900℃，从而将在回转窑中反应时间的2~3个小时缩短为约0.5~1小时，焙烧时间的降低可极大降低焙烧过程能耗，从而降低生产成本。并且预热过程排放的尾气和高温焙烧过程排放的尾气都可重复利用，节约了能源；

4、本发明所提供的装置，其通过增加的预还原系统以减少物料在回转窑内的滞留时间，提高红土镍矿粉状物料与还原热气体的接触面积及反应活性，使物料在预还原系统中充分与还原性热气体发生热交换和还原反应，此反应时间只需几十秒，从而减少了大大物料在回转窑中预热还原的时间，并且提高了原料的化学反应和燃烧反应的完全程度，改善了整个回转窑系统的热工状况，降低了整个装置的烧成热耗，提高了物料的还原率；

5、本发明所提供的装置，其进入预还原系统的物料要求为粉状物料，粒度0.075mm~1.0mm，因此物料进入系统后能尽快分散均匀分布，达到良好的气固接触状态，使物料在预还原系统中处于流态化增大，与气体的换热系数为单独的回转窑换热系数的600倍以上，整个装置的传热效率大大增加；

6、本发明所提供的装置，其物料先在旋风预热器中充分地进行换热和脱结晶水反应，在到达反应炉后，反应炉中气流形成喷腾状态，同时保证反应炉内有合理的温度场，以利于物料与气体进行还原反应。

附图说明

图1为本发明实施例中制备镍铁焙烧矿的装置示意图；

附图标记：

01-斗式提升机；02-空气斜槽；03-斜槽风机；04-回转下料器；05-闸板阀；06-双筒一级旋风预热器；07-二级旋风预热器；08-三级旋风预热器；09-四级旋风预热器；10-五级旋风预热器；11-反应炉；12-回转窑；13-水冷搅拌槽；14-燃烧器；15-热风混风室；16-高温风机；17-旋风除尘器；18-袋式除尘器；19-链式输送机；20-燃烧器。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体的实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：如图1所示，本发明提供一种利用红土镍矿制备镍铁焙烧矿的方法，包括以下步骤：

(1)研磨：将红土镍矿细磨制成矿粉经过计量后送入斗式提升机01，颗粒细度在0.075mm~1.0mm之间，研磨过程中同时对矿物进行干燥，使矿粉的含水量小于3wt%。

(2)预热还原：物料先进入斗式提升机01，再通过下料溜子进入空气斜槽02（斜槽风机03通过送风风管给空气斜槽02送风，通过空气斜槽02内的布风板将物料送出），然后通过下料溜子与回转下料器04连接输送至进入预还原系统中的双筒一级旋风预热器06、二级旋风预热器07，三级旋风预热器08，四级旋风预热器09与五级旋风预热器10中，回转下料器04及闸板阀05起锁风效果，与其中的从热风混风室16出来的热烟气进行逆流换热，各预热器及反应炉之间通过风管及下料管连接；预热过程中，持续通入的热烟气使矿粉呈悬浮状态，热烟气源自后续回转窑12高温焙烧及煅烧过程产生的气体；其中，双筒一级旋风预热器06内的温度控制在300℃～400℃，二级旋风预热器07内的温度为400℃～500℃，三级旋风预热器08内的温度为500℃～600℃，四级旋风预热器09内的温度为600℃～700℃，五级旋风预热器10内的温度为700℃～750℃，预热过程采用五级预热，所需时间为40s～50s，预热后矿粉的温度达到650℃～750℃；经过预热后的矿粉进入反应炉11中进行还原反应，反应温度为850℃~900℃，反应时间为8s~10s；反应所需的高温烟气来自热风混风室15，热风混风室中配有燃烧器20，用煤、煤气、天然气或石油作为燃料，为预还原系统提供大部分的热量，热风混风室16中的混合气体一部分来自新鲜空气，一部分来自预热过程排放的尾气以及回转窑窑头罩的三次风。上述高温烟气为弱还原性，其中含有1%～5%体积分数的CO。预热过程中排放的尾气(含有少量矿粉)经一级旋风预热器06通过高温风机16输送到旋风除尘器17中，在经过袋式除尘器18除尘后的气体分为两部分，一部分可至粉磨车间进行粉磨物料，一部分进入热风混风室15中作为预热气体；经旋风除尘器17及袋式除尘器18除尘后分离出的少量矿粉可进一步通过链式输送机19循环输送至原料储存库内重新进入预还原系统内。 

(3)煅烧：经反应炉11预热还原之后的矿粉，温度在850℃~ 900℃，进入回转窑12中，回转窑12的头部配设有燃烧器14（燃烧器14通过支架固定在回转窑12的窑头部分），燃料为煤、煤气、天然气或石油，产生高温烟气的温度约为1000℃~1300℃，使矿物在回转窑12中进一步反应，形成含镍生铁的焙烧矿，整个反应时间约为30min~60min。

(4)冷却、分离：高温煅烧后的矿粉形成块状进入水冷搅拌槽13中，搅拌10min～30min，得到温度为60℃～80℃的镍铁焙烧矿矿浆，得到所述镍铁焙烧矿；镍铁焙烧矿矿浆再进行固液分离，粉磨，磁选等工艺后得到需要的镍精矿。

本实施例的制备方法中，通过进行Fe的回收率和Ni的回收率实验测定(Fe正常的回收率为90.48%，最高可达92.3%，Ni的回收率正常可达90.2%，最高可达92.53%)，红土镍矿粉料中镍铁的利用率高达90%。

实施例2：如图1所示，本发明还提供一种利用红土镍矿制备镍铁焙烧矿的装置，包括斗式提升机01、空气斜槽02、斜槽风机03、回转下料器04、闸板阀05、回转窑12、水冷搅拌槽13、燃烧器14、热风混风室15、高温风机16、旋风除尘器17、袋式除尘器18、链式输送机19、燃烧器20；所述斗式提升机01通过下料溜子与空气斜槽02连接，斜槽风机03通过送风风管与空气斜槽02连接，空气斜槽02通过下料溜子与回转下料器04连接，回转下料器04通过下料溜子与闸板阀05连接，回转窑12通过密封装置与水冷搅拌槽13固定于一框架上，燃烧器14通过吊架后伸入回转窑12内，热风混风室15固定于所述框架内，燃烧器20直接固定在热风混风室15上，高温风机16通过出风管连接旋风除尘器17，旋风除尘器17通过出风管连接袋收尘器18，旋风除尘器17及袋收尘器18通过下料溜子连接到链式输送机19上；还包括预还原系统，所述预还原系统包括双筒一级旋风预热器06、二级旋风预热器07、三级旋风预热器08、四级旋风预热器09、五级旋风预热器10、反应炉11；所述双筒一级旋风预热器06的进风口连接二级旋风预热器07的出风管，所述二级旋风预热器07的进风口连接三级旋风预热器08的出风管，所述三级旋风预热器08的进风口连接四级旋风预热器09的出风管，所述四级旋风预热器09的进风口连接五级旋风预热器10的出风管，所述五级旋风预热器10的出风管连接反应炉11；所述双筒一级旋风预热器06的下料管连接三级旋风预热器08的出风管，二级旋风预热器07的下料管连接四级旋风预热器09的出风管，三级旋风预热器08的下料管连接五级旋风预热器10的出风管，四级旋风预热器09的下料管连接反应炉11，所述二级旋风预热器07的出风管连接回转下料器04的下料管；所述反应炉11通过密封装置与回转窑12连接，热风混风室15通过风管与反应炉11连接，双筒一级旋风预热器06的出风管连接高温风机16。

所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种利用红土镍矿制备镍铁焙烧矿的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)研磨：将红土镍矿细磨制成矿粉，且矿粉的粒度控制在1.0mm以下，0.075mm以上；细磨的同时对矿物进行干燥，使矿粉的含水量小于3wt%；

(2)烧成：对步骤(1)得到的矿粉进行高温焙烧，高温焙烧过程中通过持续通入中性或弱还原性的高温烟气使矿粉呈悬浮状态于预还原系统中进行高温预热还原反应，高温焙烧矿随后进入回转窑进行高温煅烧完成后得到含镍生铁的焙烧矿，且预还原系统中高温焙烧的温度控制在300℃～900℃，高温焙烧的时间为50s～60s，高温焙烧时的矿粉与通入的高温烟气的固气比为0.5～1.2 kg/Nm³，回转窑中高温煅烧的温度控制在1000℃～1300℃，高温煅烧的时间为30min~60min；

(3)冷却：将步骤(2)中得到的焙烧矿浸入水中并充分搅拌，待烧成后的矿粉充分冷却后，分离得到镍铁焙烧矿。

2.根据权利要求1所述的利用红土镍矿制备镍铁焙烧矿的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，高温预热还原反应为多级预热后进入反应炉进行还原反应，所述多级预热的时间为30s～50s。

3.根据权利要求1所述的利用红土镍矿制备镍铁焙烧矿的方法，其特征在于：所述高温烟气源自新鲜空气与预热过程排放的尾气以及回转窑窑头罩的三次风进行混合加热后的高温混合烟气。

4.根据权利要求3所述的利用红土镍矿制备镍铁焙烧矿的方法，其特征在于：所述高温烟气中含有1%～5%体积分数的CO。