CN103589939A - 一种红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法，属于铁合金技术领域。首先将红土镍矿和块煤按照质量比（40～50）：（1～2）混合均匀得到混合料，然后将混合料加入到预热器中，在温度为900～1100℃条件下干燥和预还原获得热矿粉；将热矿粉、粉煤和熔剂混合均匀后，在鼓入富氧热风、温度为1400～1600℃条件下熔融还原3～8h，反应完成后，即能获得镍铁合金和炉渣。与现有的焙烧还原熔炼法相比较，本方法同步实现预热和预还原，因此对工艺进行了优化，且在熔融还原的过程中鼓入富氧热风，降低了冶炼能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法，属于铁合金技术领域。
背景技术
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66%。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，已探明的陆基镍资源储量约为2.3亿t，其中红土镍矿占72.2％，平均品位为1.28%。在1950年红土镍矿生产镍的比例只有15%，到2010年利用红土镍矿生产的镍已达到世界镍产量的48％，预计2015年该比例将增长到57%。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。红土镍矿的回转窑-电炉(RKEF)工艺，存在能耗高、金属回收率低、工艺流程复杂等问题。
专利号为200710034750.0公开了“一种红土镍矿熔融还原制取镍铁合金工艺”，该工艺首先将红土镍矿中的氧化镍和赤铁矿还原转化为金属镍和金属铁或四氧化三铁，然后利用湿法磁选，使镍铁大幅度富集的同时，脉石及硫、磷等有害元素被脱除，最后将预还原得到的镍铁精矿进行熔融还原制备镍铁合金；专利申请号为201010501844.6公开了一种“一种红土镍矿生产镍铁合金的方法”，该方法中以红土镍矿粉、还原剂、粘结剂及熔剂冷压成砖，利用隧道窑还原后，将还原的砖块破碎磨细、磁选得到镍铁精矿，然后再将精矿与添加剂混合压制成球，在熔分炉中高温熔炼即能获得镍铁合金。上述两种红土镍矿制备镍铁合金工艺在制备过程中都存在采用磁选的方法使镍铁大幅度富集的同时脱除杂质，因此工艺流程复杂，能耗高。
一些专家学者对红土镍矿焙烧-还原冶炼工艺进行了研究，本发明的工艺方法与其他方法均有所不同，其中有代表性的研究是中南大学马小波等人对红土镍矿焙烧还原熔炼镍铁开展的相关研究，在低于1000℃条件下进行焙烧脱出结晶水，在1000～1300℃条件下通过配碳进行固态还原，在1400～1600℃条件下完成还原熔炼。该方法将焙烧和预还原独立分开进行，且该方法中提到的熔融还原为常规还原熔炼，能耗较高。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法。与现有的焙烧还原熔炼法相比较，本方法同步实现预热和预还原，因此对工艺进行了优化，且在熔融还原的过程中鼓入富氧热风，降低了冶炼能耗，本发明通过以下技术方案实现。
一种红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将破碎至粒度为5～20mm的红土镍矿和粒度为1～10mm块煤按照质量比（40～50）：（1～2）混合均匀得到混合料，然后将混合料加入到预热器中，在温度为900～1100℃条件下干燥和预还原2～5h获得热矿粉；
（2）将热矿粉、粉煤和熔剂混合均匀后，在鼓入富氧热风、温度为1400～1600℃条件下熔融还原3～8h，反应完成后，即能获得镍铁合金和炉渣。
所述红土镍矿为硅镁型红土镍矿，红土镍矿中Ni含量为0.8～2wt.%，Fe含量为8～15wt.%。
所述预热器是具有多级功能的反应器，如旋风预热器或流化床等。
所述粉煤中含碳量为70wt.%以上，粉煤的加入量为粉煤中碳完全还原红土镍矿中镍、铁氧化物的理论量。
所述熔剂为CaO，加入量为热矿粉质量的5～12%。
所述富氧热风温度为700～1100℃，氧气体积浓度为25～50%。
所述步骤（2）熔融还原过程中还将产生大量的高温煤气，高温煤气中CO摩尔含量为20～30%，H2摩尔含量为2～5%。
上述获得的镍铁合金产品的成分为Ni8～16wt.％，Fe76～85wt.％，Co0.2～0.4wt.％，P0.02～0.1wt.％，S0.3～0.6wt.％。
本发明的有益效果是：（1）红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法是一种对红土镍矿资源利用工艺的全新探索与开发，与回转窑-电炉(RKEF)工艺相比，缩短了工艺流程，减少了生产成本；（2）与传统电炉相比，选择熔融还原炉作为冶炼设备，降低了冶炼能耗，提高了镍、铁回收率，实现了资源的高效利用；（3）与现有的焙烧还原熔炼法相比较，本方法同步实现预热和预还原，对工艺进行了优化，且在熔融还原的过程中鼓入富氧热风，降低了冶炼能耗；（3）熔融还原技术在红土镍矿冶炼中的应用，实现了资源的循环利用，改善了操作条件和冶炼经济技术指标，提高了经济效益，完善了红土镍矿的冶炼工艺。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，该红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将破碎至粒度为5mm的红土镍矿和粒度为1mm块煤按照质量比40：1混合均匀得到混合料，然后将混合料加入到预热器中，在温度为900℃条件下干燥和预还原2h获得热矿粉，其中红土镍矿为硅镁型红土镍矿，红土镍矿中Ni含量为0.8wt.%，Fe含量为8wt.%，预热器是具有多级功能的旋风预热器；
（2）将热矿粉、粉煤和熔剂混合均匀后，在鼓入富氧热风、温度为1400℃条件下熔融还原3h，反应完成后，即能获得镍铁合金和炉渣，其中粉煤中含碳量为80wt.%，粉煤的加入量为粉煤中碳完全还原红土镍矿中镍、铁氧化物的理论量，熔剂为CaO，加入量为热矿粉质量的5%，富氧热风温度为700℃，氧气体积浓度为25%，富氧热风的流量为1200m3/h。
上述步骤（2）熔融还原过程中还将产生大量的高温煤气，高温煤气中CO摩尔含量为20%，H2摩尔含量为2%。
上述获得的镍铁合金产品的成分为Ni8wt.％，Fe85wt.％，Co0.2wt.％，P0.02wt.％，S0.3wt.％。
实施例2
如图1所示，该红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将破碎至粒度为20mm的红土镍矿和粒度为10mm块煤按照质量比50： 2混合均匀得到混合料，然后将混合料加入到预热器中，在温度为1100℃条件下干燥和预还原5h获得热矿粉，其中红土镍矿为硅镁型红土镍矿，红土镍矿中Ni含量为2wt.%，Fe含量为15wt.%，预热器是具有多级功能的流化床；
（2）将热矿粉、粉煤和熔剂混合均匀后，在鼓入富氧热风、温度为1600℃条件下熔融还原8h，反应完成后，即能获得镍铁合金和炉渣，其中粉煤中含碳量为70wt.%以上，粉煤的加入量为粉煤中碳完全还原红土镍矿中镍、铁氧化物的理论量，熔剂为CaO，加入量热矿粉质量的12%，富氧热风温度为1100℃，氧气体积浓度为50%，富氧热风的流量为1500m3/h。
上述步骤（2）熔融还原过程中还将产生大量的高温煤气，高温煤气中CO摩尔含量为30%，H2摩尔含量为5%。
上述获得的镍铁合金产品的成分为Ni16wt.％，Fe80wt.％，Co0.4wt.％，P0.1wt.％，S0.6wt.％。
实施例3
如图1所示，该红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法，其具体步骤如下：
（1）首先将破碎至粒度为15mm的红土镍矿和粒度为5mm块煤按照质量比45：1混合均匀得到混合料，然后将混合料加入到预热器中，在温度为1000℃条件下干燥和预还原4h获得热矿粉，其中红土镍矿为硅镁型红土镍矿，红土镍矿中Ni含量为1wt.%，Fe含量为10wt.%，预热器是具有多级功能的旋风预热器；
（2）将热矿粉、粉煤和熔剂混合均匀后，在鼓入富氧热风、温度为1500℃条件下熔融还原6h，反应完成后，即能获得镍铁合金和炉渣，其中粉煤中含碳量为75wt.%，粉煤的加入量为粉煤中碳完全还原红土镍矿中镍、铁氧化物的理论量，熔剂为CaO，加入量热矿粉质量的10%，富氧热风温度为900℃，氧气体积浓度为40%，富氧热风的流量为1300m3/h。
上述步骤（2）熔融还原过程中还将产生大量的高温煤气，高温煤气中CO摩尔含量为25%，H2摩尔含量为4%。
上述获得的镍铁合金产品的成分为Ni12wt.％，Fe76wt.％，Co0.3wt.％，P0.05wt.％，S0.4wt.％。
Claims (7)
1.一种红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）首先将破碎至粒度为5～20mm的红土镍矿和粒度为1～10mm块煤按照质量比（40～50）：（1～2）混合均匀得到混合料，然后将混合料加入到预热器中，在温度为900～1100℃条件下干燥和预还原2～5h获得热矿粉；
（2）将热矿粉、粉煤和熔剂混合均匀后，在鼓入富氧热风、温度为1400～1600℃条件下熔融还原3～8h，反应完成后，即能获得镍铁合金和炉渣。
2.根据权利要求1所述的红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法，其特征在于：所述红土镍矿为硅镁型红土镍矿，红土镍矿中Ni含量为0.8～2wt.%，Fe含量为8～15wt.%。
3.根据权利要求1所述的红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法，其特征在于：所述预热器是具有多级功能的反应器。
4.根据权利要求1或2的红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法，其特征在于：所述粉煤中含碳量为70wt.%以上，粉煤的加入量为粉煤中碳完全还原红土镍矿中镍、铁氧化物的理论量。
5.根据权利要求1或2的红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法，其特征在于：所述熔剂为CaO，加入量为热矿粉质量的5～12%。
6.根据权利要求1或2的红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法，其特征在于：所述富氧热风温度为700～1100℃，氧气体积浓度为25～50%。
7.根据权利要求1或2的红土镍矿熔融还原冶炼镍铁合金的方法，其特征在于：所述步骤（2）熔融还原过程中还将产生大量的高温煤气，高温煤气中CO摩尔含量为20～30%，H2摩尔含量为2～5%。
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