CN104120209B - 一种液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法，所述方法包括下述步骤：将液态镍渣和还原剂按预定的质量比送入熔融还原炉；使液态镍渣和还原剂在熔融还原炉内反应，同时进行搅拌；在反应结束后，生成含镍铁水和熔渣，其中，含镍铁水在熔融还原炉的下层，熔渣在含镍铁水的上层。所得的含镍铁水可以直接用于炼钢，并且所得的熔渣可以用于生产建材。本发明的液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法能够实现节能生产、资源的综合利用以及良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属废渣综合利用领域，更具体地，涉及一种液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法。
背景技术
镍渣是镍精矿在转炉吹炼除铁过程中排出的熔融弃渣，排出温度为1200℃～1300℃。所排出的熔融弃渣含有以重量计40％左右的铁和0.3％左右的镍，是一种具有回收价值的含铁冶金资源。对于镍渣资源的综合利用，已经进行了大量研究，工艺主要集中在两个方面：一是利用熔融镍渣采用熔融还原的方法回收铁，优点是可以利用炉渣显热；二是利用水淬镍渣采用直接还原的方法回收铁。
俞景禄等用焦炭和SiC作为还原剂，配加一定量的石灰，在120KVA的电炉上进行了镍渣冶炼试验，试验结果表明，当采用复合还原剂，炉渣的碱度为1.1～1.37，冶炼电流为2500A，冶炼时间为25分钟时，镍渣中铁的还原率可达95％以上，铜、钴、镍的还原率也大于90％。虽然镍渣电炉冶炼金属元素回收率高，但作为复合还原剂的焦炭和SiC成本高，而且配加大量的石灰，渣量非常大，从而不具有推广应用的价值。
隋智通等根据我国复合矿中赋存多种有价元素的资源特性，提出了“选择性析出技术”。基于“选择性析出技术”理论，通过对熔融铜渣的氧化处理，实现渣中铁组分向磁铁矿相选择性富集，并采用适当的控温措施促进磁铁矿相晶粒长大。经过处理后，铜渣中磁铁矿的富集度从22％提高到85％以上，控制5℃/分钟的降温速率，磁铁矿平均粒度可达到80～95μm，从而为磁选分离磁铁矿创造了条件。该方法存在的问题是，在实际生产中，铁的氧化处理难以控制，并且在磁选过程中铁的回收率低。
王华等结合人工成矿的思想和熔融还原炼铁的机理，利用还原剂煤对铜渣高温熔融还原，实现铜渣中铁的还原富集。在理论分析和实验研究的基础上，得到固体还原剂熔融还原铜渣中铁的最佳工艺参数为：固体还原剂和水淬铜渣的破碎粒度为40目以下，向铜渣中添加造渣剂CaO使熔池的三元碱度为1.2，铜渣中添加固体还原剂的量以C/Fe比为1.33，向反应体系中通入工业N2来保证熔池气氛为惰性气氛，保温温度为1500℃，保温时间为20分钟。该方法存在的问题是冶炼渣量大、能耗高，经济效益差。
倪文等进行了镍渣熔融还原炼铁及熔渣制备微晶玻璃的研究，在镍渣中配加一定量的氧化铝粉、生石灰、萤石、氧化钠和焦炭，高温熔融还原制得炼钢生铁，熔渣采用浇铸工艺制备二次熔渣微晶玻璃，所得微晶玻璃各项指标符合建筑装饰国家标准。该工艺虽然在实验室取得了较好的指标，但镍渣熔融还原工业化生产没有合适的反应器，液固反应动力学条件差，而且会有严重的泡沫渣，难以实现工业化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法，所述方法具有工艺流程简单、铁水质量合格、生产成本低等特点，此外，所述方法能够解决镍渣传统利用工艺的能源消耗大、工艺步骤繁杂、资源回收率低的问题，从而实现了液态镍渣显热的高效利用和镍渣中的铁、镍金属元素的综合回收。
根据本发明，提供了一种液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法，所述方法包括下述步骤：将液态镍渣和还原剂按预定的质量比送入熔融还原炉；使液态镍渣和还原剂在熔融还原炉内反应，同时进行搅拌；在反应结束后，生成含镍铁水和熔渣，其中，含镍铁水在熔融还原炉的下层，熔渣在含镍铁水的上层。
根据本发明的实施例，还原剂可以为电石，电石的粒度可以为5mm至200mm，电石发气量可以为250L/kg至305L/kg。
根据本发明的实施例，电石的质量可以为液态镍渣的质量的15％至30％。
根据本发明的实施例，可以采用电磁搅拌、气体搅拌和机械搅拌的一种或几种进行搅拌。
根据本发明的实施例，液态镍渣和还原剂在熔融还原炉内的反应时间可以为20分钟至120分钟。
根据本发明的实施例，所得的含镍铁水可以直接用于炼钢，并且所得的熔渣可以用于生产建材。
根据本发明的液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法具有下述优点：(1)本发明的液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法不但充分利用了镍渣物理热，而且采用电石作为还原剂进行还原的反应是放热反应，因此不需要消耗其它能源进行加热，从而实现了节能生产；(2)本发明的液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法可以将镍渣完全利用，而没有产生二次废渣，反应得到的含镍铁水可以用于不锈钢生产，并且反应得到的熔渣可以生产建材，从而实现了资源的综合利用；(3)本发明的液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法具有工艺流程短、操作简单、生产成本低等特点，具有非常好的经济效益。
具体实施方式
总体上讲，本发明所提供的液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法主要包括下述步骤：将液态镍渣和还原剂按预定的质量比送入熔融还原炉；使液态镍渣和还原剂在熔融还原炉内反应，同时进行搅拌；在反应结束后，生成含镍铁水和熔渣，其中，含镍铁水在熔融还原炉的下层，熔渣在含镍铁水的上层。
具体地讲，还原剂可以为电石，电石的粒度可以为5mm至200mm。电石的粒度越小，电石与镍渣的接触面积越大，越有利于还原反应的进行。电石发气量可以为250L/kg至305L/kg。电石发气量越大，电石中CaC2含量越高，所用的还原剂越少。
在镍渣中，铁主要以铁橄榄石(Fe2SiO4)的形式存在，电石的主要成分是CaC2，采用电石作为还原剂还原镍渣，不但还原反应容易进行，而且此反应是放热反应，从而无需额外加热和添加熔剂。还原反应如下：
3Fe2SiO4+2CaC2+CaO＝6Fe+3CaSiO3+4CO(g)ΔH＝-480kJ
此外，根据镍渣中铁橄榄石含量和电石中CaC2含量不同，电石的质量可以为液态镍渣的质量的15％至30％。可选地，电石的质量可以为液态镍渣的质量的15％至20％。
另外，可以采用电磁搅拌、气体搅拌和机械搅拌的一种或几种进行搅拌。
另外，液态镍渣和还原剂在熔融还原炉内的反应时间可以为20分钟至120分钟。
另外，可以将所得的含镍铁水直接用于炼钢，并且可以将所得的熔渣用于生产建材。
下面将结合具体示例对本发明的液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法进行详细描述。
示例1
在示例1中，液态镍渣的主要化学成分为如下(以质量计)：TFe 37.55％、FeO 40.72％、SiO238.41％、CaO 1.47％、MgO 1.31％、Al2O33.38％、Ni 0.03％。在示例1中，采用电石作为还原剂，电石的粒度为5mm，发气量为250L/kg。
工艺步骤为如下：将100kg液态镍渣和20kg电石加入到熔融还原炉中，通过电磁搅拌反应20分钟，反应结束后，含镍铁水在熔融还原炉的下层，熔渣在含镍铁水的上层。经检测得知，含镍铁水中的镍含量为0.07％，P、S含量符合炼钢生铁标准。
示例2
在示例2中，液态镍渣的主要化学成分为如下(以质量计)：TFe 37.55％、FeO 40.72％、SiO238.41％、CaO 1.47％、MgO 1.31％、Al2O33.38％、Ni 0.03％。在示例1中，也采用电石作为还原剂，电石的粒度为200mm，发气量为305L/kg。
工艺步骤为如下：将100kg液态镍渣和15kg电石加入到熔融还原炉中，通过机械搅拌反应120分钟，反应结束后，含镍铁水在熔融还原炉的下层，熔渣在含镍铁水的上层。经检测得知，含镍铁水中的镍含量为0.07％，P、S含量符合炼钢生铁标准。
示例3
在示例3中，液态镍渣的主要化学成分为如下(以质量计)：TFe 39.28％、FeO 50.41％、SiO232.6％、CaO 2.42％、MgO 8.88％、Al2O32.31％、Ni 0.12％。在示例3中，也采用电石作为还原剂，电石的粒度为20mm，发气量为300L/kg。
工艺步骤为如下：将100kg液态镍渣和18kg电石加入到熔融还原炉中，通过气体搅拌反应60分钟，反应结束后，含镍铁水在熔融还原炉下层，熔渣在铁水上层，铁水镍含量0.3％，P、S含量符合炼钢生铁标准。
此外，在示例1至示例3中，可以将所得的含镍铁水直接用于炼钢，且可以将所得的熔渣用于生产建材。
根据本发明的液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法可以具有下述优点：(1)本发明的液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法不但充分利用了镍渣物理热，而且采用电石作为还原剂进行还原的反应是放热反应，因此不需要消耗其它能源进行加热，从而实现了节能生产；(2)本发明的液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法可以将镍渣完全利用，而没有产生二次废渣，反应得到的含镍铁水可以用于不锈钢生产，并且反应得到的熔渣可以生产建材，从而实现了资源的综合利用；(3)本发明的液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法具有工艺流程短、操作简单、生产成本低等特点，具有非常好的经济效益。
Claims (3)
1.一种液态镍渣熔融还原生产含镍铁水的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
将液态镍渣和还原剂按预定的质量比送入熔融还原炉；
使液态镍渣和还原剂在熔融还原炉内反应，同时进行搅拌；
在反应结束后，生成含镍铁水和熔渣，其中，含镍铁水在熔融还原炉的下层，熔渣在含镍铁水的上层，
其中，还原剂为电石，电石的粒度为5mm至200mm，电石发气量为250L/kg至305L/kg，
其中，电石的质量为液态镍渣的质量的15％至30％，液态镍渣和电石在熔融还原炉内的反应时间为20分钟至120分钟。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用电磁搅拌、气体搅拌和机械搅拌的一种或几种进行搅拌。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所得的含镍铁水直接用于炼钢，并且所得的熔渣用于生产建材。
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