CN104195279B - 一种红土镍矿制备镍铁的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红土镍矿制备镍铁的工艺，该工艺是将红土镍矿破碎、干燥后，配入添加剂、还原剂、熔剂和粘结剂进行混匀、压团，先置于竖炉中，利用回转窑中的高温烟气进行预还原焙烧，再置于回转窑中煤基还原焙烧、水淬冷却、磨矿磁选，可获得高镍含量的粉状镍铁产品；该工艺流程短、操作简单，能耗低、成本低、金属回收率高，克服了现有技术中传统的回转窑直接还原红土镍矿制备镍铁存在能耗高、金属回收率低、生产成本高的缺陷。

Description

一种红土镍矿制备镍铁的工艺

技术领域

本发明涉及一种红土镍矿制备镍铁的工艺，属于冶金技术领域。

背景技术

镍是一种重要的战略金属材料，具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高、延展性好等特点，在现代工业中有着广泛的用途，且主要用于不锈钢生产。由于炼钢技术的进步，原来采用纯镍类原料冶炼合金钢和不锈钢的钢厂，均己改用非纯镍类原料进行生产。随着品位高、易开采的硫化镍矿资源日趋减少，红土镍矿的选冶技术研究，已成为国内外关注重点，也是关系到未来镍工业以及不锈钢产业健康发展的全球性课题。

采用火法工艺处理红土镍矿为不锈钢产业提供低成本的镍铁合金原料，是目前红土镍矿高效利用镍资源的最重要手段。

其中，回转窑-电炉还原熔炼工艺(RKEF)是目前红土镍矿冶炼厂普遍采用的一种火法冶炼工艺。该工艺主要包括干燥、焙烧-预还原、电炉熔炼和精炼。由于红土镍矿含水量高，首先需要在干燥窑内高温脱除吸附水，之后经回转窑在800～950℃温度下还原焙烧，使部分镍、铁氧化物预还原，并进一步脱除结晶水，预还原后红土镍矿保持较高出窑炉料温度，热装直接进入电炉的料仓，在电弧炉1550～1600℃的高温下进行还原熔炼制得镍铁。

采用回转窑-电炉熔炼的工艺理论上可处理各种类型的红土镍矿，对入炉炉料也没有严格要求，镍回收率高，生产容易控制，便于操作。但由于该工艺能耗高，仅电炉熔炼的电耗就约占操作成本的50％，再加上红土镍矿熔炼前的干燥、焙烧预处理工序的燃料消耗，操作成本中的能耗成本占65％以上，因此，从经济可行性角度来看，仅适宜于处理Ni含量大于1.5％、Fe/Ni质量比<12的红土镍矿，而且需要当地有充足的煤炭和电力资源。

回转窑-粒铁法(大江山法)处理红土镍矿制备镍铁，工艺过程主要为红土镍矿经干燥、破碎、筛分处理后与熔剂、还原剂按比例混合制团，团矿经链箅机干燥后，进入回转窑经行还原焙烧(800～1250℃)和熔分粒铁(1250～1400℃)，焙砂再经过水淬、破碎筛分、分选处理，得到海绵粒状镍铁产品。该工艺的最大优点是流程短、能耗少、生产成本低。该工艺的能耗主要集中在回转窑还原-熔分粒铁工序，回转窑废气(～90℃)引入至链箅机中干燥预热团块，可降低能源消耗，且回转窑焙烧过程可以使用廉价煤作为燃料，总体能耗中的85％由煤提供，吨矿耗煤约200kg。而回转窑-电炉熔炼工艺的能耗80％以上由电能提供，吨矿电耗560～600kw·h，与之相比，大江山法的吨矿能耗降低50％以上。

以红土镍矿为原料，采用直接还原工艺生产镍铁，铁充当镍的载体通过物理分选得以富集，使电解镍生产中被当杂质处理的铁直接进入不锈钢，避免了电解镍生产中镍铁分离之后，又需要融合时资源的浪费，更合理，更有优势，可为快速发展的不锈钢产业提供优质的原料，以满足市场对镍的需求。但由于直接还原工艺采用煤进行供热和还原，由于煤的不完全燃烧及还原过程中产生大量高含量CO的高温烟气，导致还原过程煤耗的增大，目前一般将其除尘净化后送回转窑烧嘴，与煤粉一起作为燃料。另外，由于红土镍矿中含有的大量高熔点物质不利于还原焙烧过程中镍铁的迁移长大，对磁选分离镍铁不利。

发明内容

针对现有技术中回转窑直接还原制备镍铁的工艺，存在能耗高，使生产成本提高，还原焙烧产物难以分离，导致金属回收率低等一系列问题，本发明的目的是在于，提供一种以红土镍矿为原料，低能耗、低成本、高金属回收率制备镍铁的方法。

本发明的目的是在于提供一种红土镍矿制备镍铁的工艺，该工艺包括以下步骤：

步骤一：干燥

将红土镍矿破碎后，干燥至水分质量含量不大于6％；

步骤二：造块

将步骤一干燥后的红土镍矿与硫酸钠、还原剂、熔剂和粘结剂混合均匀后，压制成团块；

步骤三：预还原

将步骤二制得的红土镍矿团块装入竖炉中，将回转窑产生的温度为750～900℃，CO质量百分含量为20～50％的高温烟气引入竖炉中对所述红土镍矿团块进行干燥和预还原焙烧；

步骤四：还原焙烧

将步骤三预还原焙烧后的红土镍矿团块热装于回转窑内，采用煤燃烧产生950～1050℃高温对所述红土镍矿团块进行还原焙烧；

步骤五：磨矿磁选

将步骤四还原焙烧后的产物采用水淬冷却后，磨矿、磁选分离，得到具有磁性的粉状镍铁。

本发明的一种从红土镍矿制备镍铁的工艺还包括以下优选方案：

优选的方案中熔剂的质量为红土镍矿质量的3～8％。

优选的方案中硫酸钠的质量为红土镍矿质量的5～15％。

优选的方案中还原剂的质量为红土镍矿质量的3～8％。

优选的方案中粘结剂的质量为红土镍矿质量的1～3％。

进一步优选的方案中红土镍矿与硫酸钠、还原剂、熔剂和粘结剂的质量比为100:5～15:3～8:3～8:1～3。

所述的还原剂为褐煤。所述的褐煤粒径不大于-5mm。

所述的熔剂为生石灰和/或石灰石。

所述的粘结剂为复合淀粉胶和/或腐殖酸提取物。

优选的方案中回转窑产生的温度为750～900℃烟气引入竖炉中后，使竖炉内部的温度升高到500～700℃。

优选的方案中预还原焙烧时间为1～3h。

优选的方案中预还原后红土镍矿中NiO的还原率为30～60％。

优选的方案中还原焙烧时间为4～6h。

优选的方案中干燥是在250～450℃温度条件下干燥1～2h。

优选的方案中还原焙烧后的产物采用水淬后，磨矿至粒度在-200目质量含量不低于90％，再通过强度为800～1500Gs的磁场进行磁选分离。

优选的方案中回转窑中的高温烟气从竖炉底部进入竖炉。

优选的方案中步骤四采用的燃烧煤粒径为25～5mm。

本发明的有益效果：本发明首次利用竖炉和回转窑相结合，对红土镍矿进行还原焙烧，充分利用回转窑中的焙烧烟气具有高温和高还原性的特点，将其引入竖炉对竖炉中的红土镍矿进行预还原焙烧。本发明通过严格控制回转窑中的还原焙烧温度，并产生温度适宜，且高一氧化碳含量的烟气，可对红土镍矿进行干燥和预还原，与传统回转窑直接还原制备镍铁工艺相比，一方面提高焙烧效率，有利于金属回收；另一方面有效降低了能耗，降低煤炭用量，大大节约生产成本。本发明进一步优选的方案中通过添加适当量的硫酸钠、还原剂、熔剂和粘结剂制备团块，有效降低还原过程所需温度，避免回转窑结圈问题，有利于生产的顺利进行，同时改善了红土镍矿还原焙烧过程中的传质条件，促进镍铁颗粒长大，有利于镍铁的磁选分离。

附图说明

【图1】为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明的保护范围。

下面结合图1对本发明的具体实施作进一步详细说明。

所用红土镍矿的主要化学成分如表1所示，将红土镍矿预先破碎、磨矿至-5mm的红土镍矿粉，其中-1mm粒级占红土镍矿粉质量百分数大于等于70％。

表1红土镍矿(干基)的主要化学成分/％

对比实施例1(大江山法)

红土镍矿经干燥、破碎、筛分处理后与熔剂石灰石、还原剂无烟煤按比例混合制团，团块干燥后经高温还原焙烧(800～1250℃)和粒铁熔分(1250～1400℃)，焙砂再经过水淬、破碎筛分、分选处理，得到直径为2～3mm海绵粒状镍铁产品。采用含镍2.3％、铁13.6％的红土镍矿为原料可获得镍含量为23％，镍回收率为93％的镍铁。

实施例1

红土镍矿干燥破碎后与占其质量分数为10％硫酸钠、5％石灰、5％褐煤、3％淀粉胶混匀、造块，经竖炉气基预还原，竖炉还原气体来自回转窑，使竖炉温度达到650℃，CO质量百分含量65％，进行预还原时间2h，NiO的还原率为54.3％，竖炉中的预还原产物热装在回转窑中，在950℃温度下还原焙烧6h，还原产物经水淬、破碎、磨矿、磁选，磨矿细度74μm占90％，磁场强度1000Gs，所得镍铁合金产品中镍、铁品位分别为8.3％和85.6％，镍、铁回收率分别为94.8％和72.6％。

实施例2

红土镍矿干燥破碎后与占其质量分数为7％硫酸钠、7％石灰、5％褐煤、2％腐殖酸提取物混匀、造块，经竖炉气基预还原，竖炉还原气体来自回转窑，使竖炉温度达到650℃，CO质量百分含量60％，进行预还原时间2h，NiO的还原率为51.6％，竖炉中的预还原产物热装在回转窑中，在1000℃温度下还原焙烧4h，还原产物经水淬、破碎、磨矿、磁选，磨矿细度74μm占90％，磁场强度1000Gs，所得镍铁合金产品中镍、铁品位分别为8.5％和83.9％，镍、铁回收率分别为97.2％和71.4％。

实施例3

红土镍矿干燥破碎后与占其质量分数为13％硫酸钠、4％石灰、4％褐煤、2％腐殖酸提取物混匀、造块，经竖炉气基预还原，竖炉还原气体来自回转窑，使竖炉温度达到550℃，CO质量百分含量50％，进行预还原时间3h，NiO的还原率为47.3％，竖炉中的预还原产物热装在回转窑中，在1050℃温度下还原焙烧5h，还原产物经水淬、破碎、磨矿、磁选，磨矿细度74μm占90％，磁场强度1000Gs，所得镍铁合金产品中镍、铁品位分别为8.6％和88.2％，镍、铁回收率分别为95.7％和76.1％。

通过以上实施例可知，通过利用回转窑还原过程中产生的高温、高CO含量的烟气对红土镍矿预还原，大大降低了能耗，使生产成本降低，同时，通过添加熔剂石灰，降低红土镍矿的软熔温度，促进镍铁颗粒的长大，有利于降低还原温度。对于低镍、低铁(Ni：1.52％、TFe：18.85％)的原矿而言，可获得镍含量高于8％、铁含量达到85％以上的镍铁产品，镍、铁回收率分别达到95％和70％以上，产品增值程度高。

Claims (6)

1.一种红土镍矿制备镍铁的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：干燥

将红土镍矿破碎后，干燥至水分质量含量不大于6％；

步骤二：造块

将步骤一干燥后的红土镍矿与硫酸钠、还原剂、熔剂和粘结剂混合均匀后，压制成团块；红土镍矿与硫酸钠、还原剂、熔剂和粘结剂的质量比为100:5～15:3～8:3～8:1～3；其中，还原剂为褐煤，熔剂为生石灰和/或石灰石，粘结剂为复合淀粉胶和/或腐殖酸提取物；

步骤三：预还原

把步骤二制得的红土镍矿团块装入竖炉中，将回转窑产生的温度为750～900℃，CO质量百分含量为20～50％的高温烟气引入竖炉中对所述红土镍矿团块进行干燥和预还原焙烧；

步骤四：还原焙烧

将步骤三预还原焙烧后的红土镍矿团块热装于回转窑内，采用煤燃烧产生950～1050℃高温对所述红土镍矿团块进行还原焙烧；

步骤五：磨矿磁选

将步骤四还原焙烧后的产物采用水淬冷却后，磨矿、磁选分离，得到具有磁性的粉状镍铁。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，回转窑产生的高温烟气使竖炉内部的温度升高到500～700℃。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的预还原焙烧时间为1～3h。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的还原焙烧时间为4～6h。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的干燥是在250～450℃温度条件下干燥红土镍矿1～2h。

6.根据权利要求1～5任一项所述的工艺，其特征在于，还原焙烧后的产物采用水淬冷后，磨矿至粒度在-200目质量含量不低于90％，再通过强度为800～1500Gs的磁场进行磁选分离。