CN103882224B - 一种低品位红土镍矿的耦合式烧结方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低品位红土镍矿的耦合式烧结方法，其采用球团与红土镍矿原矿混合烧结的方式，解决红土矿粉难于制粒的问题，达到改善了料层透气性、降低能耗、提高红土镍矿烧结矿质量的目的；同时，由于没有借助额外的粘结剂，因此避免了因添加粘结剂导致的成本提高、碳消耗量增高、炉渣种类和排放量增加等问题，有利于帮助缓解企业所面临的节能减排压力。与现有技术的低品位红土镍矿烧结工艺相比，本发明的耦合式烧结方法具有配碳量低、烧结矿质量高、生产成本低等优点，具有巨大的经济效益，为我国以细精矿为主要原料的烧结工艺开辟了一条新的途径。

Description

一种低品位红土镍矿的耦合式烧结方法

技术领域

本发明涉及冶金工程技术以及环保节能技术领域，尤其涉及低品位红土镍矿的耦合式烧结方法。

背景技术

近年来，随着全球不锈钢市场需求旺盛，我国不锈钢产量迅速增加。数据显示，2011年，我国不锈钢产量达到1260万吨，占世界不锈钢产量的39.2%。因此，不锈钢冶炼的基础原料镍的消耗量也逐年增加，导致镍资源价格的不断上涨，进而制约了我国不锈钢产业的发展。因此对镍资源利用的研究显得尤为必要。目前可供人类开发的陆基镍资源只有硫化镍矿和红土镍矿两种。红土镍矿冶炼工艺分为火法工艺和湿法工艺，火法工艺可以处理红土镍矿生产镍铁。目前世界上投产的火法冶炼红土镍矿生产镍铁工艺包括烧结矿—小高炉熔炼工艺、回转窑—电炉法（RKEF）、竖炉—电炉工艺等，其中回转窑—电炉法（RKEF）最为常用，其主要产品为镍铁或者镍锍。

在国内，低品位红土镍矿的处理工艺主要为高炉工艺。由于中国拥有大量高炉，结合近些年中国政府要求强制关闭小高炉在黑色冶金中的使用，这些小高炉的拥有者可以直接将小高炉应用于红土矿的冶炼，低成本生产镍铁，经济效益较高以及中国焦炭存储量大，在燃料方面有天然优势等因素；高炉冶炼低品位红土镍矿在国内得到广泛引用。高炉冶炼红土镍矿工艺流程必不可少烧结工艺，烧结工艺对于红土矿的干燥，均匀成分，扩大生产规模，提高生产效率以及设备利用率等均有积极作用。但由于烧结矿易吸水，当加水量少时，难以制粒，导致料层透气性差、烧结效果差；当加水量足够时，制粒效果好，但是由于红土矿本身含水量大导致生料含水过多，烧结过程中因水的脱除出现大量空洞，烧结矿效果差。目前，主要通过控制料层含水量，并提高配碳量，来改善低品位红土镍矿的烧结效果；但是这种方式改善效果不明显，而且碳消耗量较大，能耗高。也有企业通过添加粘结剂来帮助制粒，改善低品位红土镍矿的烧结效果；但额外添加粘结剂不仅导致成本提高，而且添加的粘结剂会增加碳消耗量，能耗增高，并且导致后续不锈钢冶炼工序的炉渣种类和排放量增加。这就使得不锈钢生产企业面临巨大的节能减排压力。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种低品位红土镍矿的耦合式烧结方法，其采用球团与红土镍矿原矿混合烧结的方式，提升低品位红土镍矿烧结效果，减少耗炭量，降低能耗，以解决现有技术中红土镍矿烧结效果差、能耗高、不利于节能减排的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术手段：

一种低品位红土镍矿的耦合式烧结方法，包括如下步骤：

1）将红土镍矿放入竖炉中干燥后放入球磨机中球磨，使得球磨所得红土矿粉中小于200目的颗粒高于70%；之后将红土矿粉放入圆盘造球机中加水造球，使得所得球团含水量为18~20%；

2）将红土镍矿原矿、球团、返矿配料为100重量份的混合料，其中红土矿30~50重量份、返矿20重量份、球团30~50重量份；另外，外配煤粉8~12重量份，保证外配碳量为红土镍矿原矿、球团、返矿总量的6.5~7.5%，外配石灰石2~3重量份，使得石灰石的量能够将混合料中红土镍矿的碱度调整为1.5~1.9，再外配水量18~20重量份，进行混合制粒，得到混合料球；所述返矿，是此前红土镍矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径小于5mm的烧结矿作为返矿；

3）在烧结机台车上铺设厚度为20~30mm的铺底料；所述铺底料，是此前红土镍矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径为10~25mm之间的烧结矿作为铺底料；

4）采用布料器将所述混合料球均匀布设在烧结机台车上的铺底料上，在点火温度为1150℃~1250℃、点火时间1.5~2分钟、抽风压强为负压10~13kPa的条件下进行烧结，得到烧结矿；

5）将前一步得到的烧结矿冷却后进行破碎，使得破碎后烧结矿粒径小于或等于40mm，再利用振动筛进行筛分，将粒径小于5mm的烧结矿作为此后红土矿烧结的返矿，取一部分粒径为10~25mm之间的烧结矿作为此后红土矿烧结的铺底料，其余的烧结矿作为烧结矿产品用于后续的不锈钢生产加工流程。

作为一种优化方案，所述步骤1中，将红土矿粉放入圆盘造球机中造球所得的球团直径为3~5mm。

作为一种优化方案，所述步骤2中，组成100重量份混合料的比例优选为红土矿40重量份、返矿20重量份、球团40重量份；另外，外配煤粉9.72重量份，保证外配碳量为红土镍矿原矿、球团、返矿总量的7%，外配石灰石2.5重量份，再外配水量20重量份。

作为一种优化方案，所述步骤5中，是将前一步得到的烧结矿在烧结台车上鼓风冷却至室温后，再对冷却后的烧结矿进行破碎。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明低品位红土镍矿的耦合式烧结方法，采用球团与红土镍矿原矿混合烧结的方式，利用球团作为形核颗粒在添加少量水的情况下与红土矿粉相互粘附长大，制粒成团，从而解决红土矿粉难于制粒的问题，改善了料层透气性，透气性的改善有利于燃料燃烧，可进一步提高料层厚度，更加有效地利用热能，降低能耗，并使烧结过程反应更加充分，使烧结矿的矿物组成和结构更加均匀，进而提高垂直烧结速度，减少烧结能耗，提高烧结矿质量。

2、本发明低品位红土镍矿的耦合式烧结方法，没有借助额外的粘结剂，因此避免了因添加粘结剂导致的成本提高、碳消耗量增高、炉渣种类和排放量增加等问题。

3、本发明低品位红土镍矿的耦合式烧结方法中，将自然碱度的红土矿球团作为形核颗粒与红土矿粉相互粘附长大，而石灰石的外配量又仅以将红土镍矿的碱度调整为1.5~1.9为标准，使得达到1.5~1.9最佳碱度的红土镍矿被包裹在制粒得到的混合料球的外层，有利于铁酸钙（SFCA）的大量生成，改善烧结矿的矿物组成，提高烧结矿的强度和还原性，从而既保证了混合烧结的强度和还原性，又可以在烧结后的高炉生产中平衡烧结矿整体碱度，避免碱度过高不利于高炉生产的情况。

4、本发明低品位红土镍矿的耦合式烧结方法，在红土镍矿球磨造球的球团中并未单独配碳，有利于保证球团在烧结过程中保持赤铁矿不被还原，也让混合制粒过程中红土镍矿原矿、球团、返矿组成的混合料整体所需的配碳量得到降低，进而使得烧结得到的烧结矿中亚铁含量减少，有助于改善烧结矿的冶金性能，帮助提高烧结矿的还原度，同时配碳量的减少也使得能耗降低，改善环境，对于企业面临的节能减排压力具有很大的缓解作用。

5、本发明的耦合式烧结工艺是强化烧结生产、提高烧结矿产量和质量、降低能耗的有力措施，为高炉提供优质炉料，为我国以细精矿为主要原料的烧结工艺开辟了一条新的途径。

附图说明

图1为本发明低品位红土镍矿的耦合式烧结方法的工艺流程图。

具体实施方式

针对现有技术中红土镍矿烧结效果差、能耗高、不利于节能减排的问题，本发明提供了一种低品位红土镍矿的耦合式烧结方法——球团与混合料混合烧结，该方法包括如下步骤：

1）将红土镍矿放入竖炉中干燥后放入球磨机中球磨，使得球磨所得红土矿粉中小于200目的颗粒高于70%；之后将红土矿粉放入圆盘造球机中加水造球，使得所得球团含水量为18~20%；

2）将红土镍矿原矿、球团、返矿配料为100重量份的混合料，其中红土矿30~50重量份、返矿20重量份、球团30~50重量份；另外，外配煤粉8~12重量份，保证外配碳量为红土镍矿原矿、球团、返矿总量的6.5~7.5%，外配石灰石2~3重量份，使得石灰石的量能够将混合料中红土镍矿的碱度调整为1.5~1.9，再外配水量18~20重量份，进行混合制粒，得到混合料球；所述返矿，是此前红土镍矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径小于5mm的烧结矿作为返矿；

3）在烧结机台车上铺设厚度为20~30mm的铺底料；所述铺底料，是此前红土镍矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径为10~25mm之间的烧结矿作为铺底料；

4）采用布料器将所述混合料球均匀布设在烧结机台车上的铺底料上，在点火温度为1150℃~1250℃、点火时间1.5~2分钟、抽风压强为负压10~13kPa的条件下进行烧结，得到烧结矿；

5）将前一步得到的烧结矿冷却后进行破碎，使得破碎后烧结矿粒径小于或等于40mm，再利用振动筛进行筛分，将粒径小于5mm的烧结矿作为此后红土矿烧结的返矿，取一部分粒径为10~25mm之间的烧结矿作为此后红土矿烧结的铺底料，其余的烧结矿作为烧结矿产品用于后续的不锈钢生产加工流程。

针对低品位红土矿粉难于制粒、影响烧结效果等问题，本发明采用了特殊的烧结工艺——耦合式烧结工艺，即结合红土镍矿的球团矿和原矿二者进行混合烧结。本发明的耦合式烧结方法中，先将部分红土镍矿通过造球机加工为球团，然后再红土镍矿原矿的制粒过程中添加粒度合适的球团，球团便可以作为形核颗粒在添加少量水的情况下与红土矿粉相互粘附长大，制粒成团，从而解决红土矿粉难于制粒的问题；制粒获得混合料球可以使得烧结的透气性更好，从而可帮助降低配碳、减少烧结能耗，获得更好的烧结效果，并且由于没有借助额外的粘结剂，因此避免了因添加粘结剂导致的成本提高、碳消耗量增高、炉渣种类和排放量增加等问题。另一方面，红土矿烧结需要在高碱度下才能获得较好的烧结效果，但是过高的炉渣碱度不利于高炉的生产；本发明在混合制粒过程中，将自然碱度的红土矿球团作为形核颗粒与红土矿粉相互粘附长大，而石灰石的外配量又仅以将红土镍矿的碱度调整为1.5~1.9为标准，使得达到1.5~1.9最佳碱度的红土镍矿被包裹在制粒得到的混合料球的外层，1.5~1.9碱度的红土镍矿有利于铁酸钙（SFCA）的大量生成，改善烧结矿的矿物组成，提高烧结矿的强度和还原性，这样以来，混合料球外层高碱度的烧结矿原矿既保证了混合烧结的强度和还原性，而混合料球内层自然碱度的球团又可以在烧结后的高炉生产中平衡烧结矿整体碱度，避免碱度过高不利于高炉生产的情况。与此同时，本发明在红土镍矿球磨造球的球团中并未单独配碳，有利于保证球团在烧结过程中保持赤铁矿不被还原从而提高球团的还原性，也让混合制粒过程中红土镍矿原矿、球团、返矿组成的混合料整体所需的配碳量得到降低，进而使得烧结得到的烧结矿中亚铁含量减少，有助于改善烧结矿的冶金性能，帮助提高烧结矿的还原度。此外，本发明的烧结方法中，对于烧结处理得到的烧结矿进行冷却时，还可以采用在烧结台车上进行鼓风冷却却至室温，以备后续破碎，这样即可以提升冷却处理效率又无需增加其它的冷却设备，节省成本。而得到的返矿和铺底料又将返回利用到红土矿分矿烧结中，返矿为烧结破碎后所产生的非成品，烧结过程中加入返矿原因有两点：一是返矿中镍品位较高，其加入使得废物得以回收利用；二是由于返矿的表面粗糙有利于制粒。铺底料的目的是为了减少篦条烧坏的比率，避免烧结料粘在箅条上减少抽风面积，阻挡细颗粒随废气进入风箱缩短抽风机寿命。

由此可见，总体而言，本发明低品位红土镍矿的耦合式烧结方法，改善了低品位红土镍矿的烧结矿性能，提升了烧结效果，降低了生产能耗，并且在减少了配碳量的同时无需借助昂贵的粘结剂来改善制粒，所获得的烧结产品为镍铁合金产品，可直接用于不锈钢生产，也不会增加不锈钢生产的后续冶炼排渣工序，能够有效缓解不锈钢生产企业所面临的节能减排压力，降低不锈钢生产的总体成本。本发明的耦合式烧结工艺是强化烧结生产、提高烧结矿产量和质量、降低能耗的有力措施，为高炉提供优质炉料，为我国以细精矿为主要原料的烧结工艺开辟了一条新的途径。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例：

本实施例采用本发明方法进行了三组耦合式烧结实验，另外还采用现有技术中仅采用红土矿和返矿配水后制粒烧结的方法进行三组红土矿烧结实验，然后对比各组烧结实验所得烧结矿产品的物理指标。本实施例中采用的煤粉化学成分见表1，其他原料化学成分见表2：

表1煤粉工业分析

表2红土矿化学分析

本实施例中进行了6组红土矿烧结实验，分别编号为1#组、2#组、3#组、4#组、5#组、6#组，其中1#~3#组烧结实验采用本发明的耦合烧结处理方法进行烧结处理，烧结处理时的烧结温度、压强、烧结时间均在本发明耦合式烧结方法的要求范围内；第4#~6#组红土矿烧结实验采用了现有技术中常用的红土矿烧结混合料配比，只改变煤粉的配比重量份以改变配碳量，而后在与1#~3#组实验相同的烧结条件下、采用相同的处理流程进行烧结处理。采用相同条件进行烧结处理是为了便于对比6组红土矿烧结实验的烧结效果，6组红土矿烧结实验的混合料配比如表3所示。表中的配碳量是由混合料中的煤粉添加量来决定的。

表3红土矿烧结实验的混合料配比

完成上述6组铬红土矿烧结实验的烧结处理后，分别对6组红土矿烧结实验所得的烧结矿产品的成品率、落下强度、转鼓强度和抗磨指数四项物理性能、FeO含量以及还原性进行检测，所得到的检测结果如表4所示。

表4检测结果

从上述数据可以看出，采用本发明方法的1#~3#组红土矿烧结实验，其烧结矿产品的各项性能指标中，成品率、下落强度、转鼓强度和都明显优于采用现有技术的4#~6#组红土矿烧结实验，且1#~3#组红土矿烧结实验烧结矿产品的抗磨指数也非常接近4#~6#组红土矿烧结实验烧结矿产品的抗磨指数；由于1#~3#组中配碳量少，透气性好，因此料层中还原气氛较其它组更弱，使得烧结矿中FeO含量降低；同时，由于红土镍矿的球团中并未混入煤粉，且1#~3#配碳较低，使得烧结矿中亚铁含量降低，烧结矿还原度指数高于另外三组，说明本发明耦合式烧结方法所得烧结矿的还原性好于现有技术的红土矿烧结工艺。综上，本发明低品位红土镍矿的耦合式烧结方法所得的烧结矿，在物理性能以及冶金性能上均优于传统红土矿烧结工艺的烧结矿产品。

在1#~3#组红土矿烧结实验中，2#组红土矿烧结实验的四项物理性能更优，还原度指数也最高，因此以2#组红土矿烧结实验作为最优参照依据，在本发明的耦合式烧结方法中，组成100重量份混合料的比例优选为红土矿40重量份、返矿20重量份、球团40重量份，另外，优选外配煤粉9.72重量份，保证外配碳量为红土镍矿原矿、球团、返矿总量的7%，外配石灰石2.5重量份，再外配水量20重量份。另外需要说明的是，本实施例中1#~3#组红土矿烧结实验中，对红土镍矿原矿、球团、返矿组成的100重量份混合料外配煤粉的量为9.03~10.42重量份。但在实际应用中，由于不同煤粉的固定碳含量不同，因此若要保证外配碳量为红土镍矿原矿、球团、返矿总量的6.5~7.5%，100重量份混合料外配煤粉的量通常会在8~12重量份之间。

最后说明的是，以上实施例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宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种低品位红土镍矿的耦合式烧结方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将红土镍矿放入竖炉中干燥后放入球磨机中球磨，使得球磨所得红土矿粉中小于200目的颗粒高于70%；之后将红土矿粉放入圆盘造球机中加水造球，使得所得球团含水量为18~20%；将红土矿粉放入圆盘造球机中造球所得的球团直径为3~5mm；

2）将红土镍矿原矿、球团、返矿配料为100重量份的混合料，其中红土矿30~50重量份、返矿20重量份、球团30~50重量份；另外，外配煤粉8~12重量份，保证外配碳量为红土镍矿原矿、球团、返矿总量的6.5~7.5%，外配石灰石2~3重量份，使得石灰石的量能够将混合料中红土镍矿的碱度调整为1.5~1.9，再外配水量18~20重量份，进行混合制粒，得到混合料球；所述返矿，是此前红土镍矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径小于5mm的烧结矿作为返矿；

3）在烧结机台车上铺设厚度为20~30mm的铺底料；所述铺底料，是此前红土镍矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径为10~25mm之间的烧结矿作为铺底料；

4）采用布料器将所述混合料球均匀布设在烧结机台车上的铺底料上，在点火温度为1150℃~1250℃、点火时间1.5~2分钟、抽风压强为负压10~13kPa的条件下进行烧结，得到烧结矿；

5）将前一步得到的烧结矿冷却后进行破碎，使得破碎后烧结矿粒径小于或等于40mm，再利用振动筛进行筛分，将粒径小于5mm的烧结矿作为此后红土矿烧结的返矿，取一部分粒径为10~25mm之间的烧结矿作为此后红土矿烧结的铺底料，其余的烧结矿作为烧结矿产品用于后续的不锈钢生产加工流程。

2.根据权利要求1所述低品位红土镍矿的耦合式烧结方法，其特征在于，所述步骤2中，组成100重量份混合料的比例优选为红土矿40重量份、返矿20重量份、球团40重量份；另外，外配煤粉9.72重量份，保证外配碳量为红土镍矿原矿、球团、返矿总量的7%，外配石灰石2.5重量份，再外配水量20重量份。

3.根据权利要求1所述低品位红土镍矿的耦合式烧结方法，其特征在于，所述步骤5中，是将前一步得到的烧结矿在烧结台车上鼓风冷却至室温后，再对冷却后的烧结矿进行破碎。