CN104451195A - 红土镍矿的闪速熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红土镍矿的闪速熔炼方法，包括：在还原气氛下，将红土镍矿粉末在红土镍矿熔炼炉内进行熔炼处理，以便得到含有镍钴铁的合金和熔炼渣，其中，红土镍矿熔炼炉包括：立式炉身、卧式炉底、红土镍矿喷嘴、熔池喷嘴和排烟通道，立式炉身内具有悬浮熔炼腔室；卧式炉底内具有熔炼腔室，熔炼腔室的下部形成有熔池；红土镍矿喷嘴设在立式炉身的顶部，以便从立式炉身的顶部向悬浮熔炼腔室内喷入红土镍矿粉末、粉煤、焦粒、熔剂和氧气；熔池喷嘴设在卧式炉底的侧壁上，其中，悬浮熔炼腔室内的温度800～1200摄氏度下进行，并且还原气氛中含有85％以下的还原气体。由此，采用上述红土镍矿的闪速熔炼方法可以显著节省能耗并提高产品中镍钴含量。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域，具体而言，本发明涉及红土镍矿的闪速熔炼方法。
背景技术
现有的红土镍矿的处理方法仅能达到按照原矿的铁镍比例同比例富集镍钴的效果，因此，选择效果小，例如传统的高炉法或者矿热电炉法，冶炼得到的产品中镍钴含量均很难超过20％，产品价值不高，且上述方法能耗也较高，污染大。不再适应于现今对冶金领域的节能、高效的清洁要求。因此，关于红土镍矿的冶炼方法还迫切需要进一步改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有节能、效率高、不粘结、清洁且镍钴回收率高的红土镍矿的闪速熔炼方法。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种红土镍矿的闪速熔炼方法，包括：
在还原气氛下，将所述红土镍矿粉末在红土镍矿熔炼炉内进行熔炼处理，以便得到含有镍钴铁的合金和熔炼渣，
其中，
所述红土镍矿熔炼炉包括：
立式炉身，所述立式炉身内具有悬浮熔炼腔室；
卧式炉底，所述卧式炉底内具有熔炼腔室，所述熔炼腔室的下部形成有熔池，所述卧式炉底的顶部与所述立式炉身的下端相连，以便所述熔炼腔室与所述悬浮熔炼腔室连通；
红土镍矿喷嘴，所述红土镍矿喷嘴设在所述立式炉身的顶部，以便从所述立式炉身的顶部向所述悬浮熔炼腔室内喷入红土镍矿粉末、粉煤、焦粒、熔剂和氧气；
熔池喷嘴，所述熔池喷嘴设在所述卧式炉底的侧壁上，以便向所述熔池内喷入喷煤氧气；以及
排烟通道，所述排烟通道的下端与所述卧式炉底的顶部相连且与所述立式炉身间隔设置，
其中，
所述悬浮熔炼腔室内的温度800～1200摄氏度下进行，并且
所述还原气氛中含有85％以下的还原气体。
本发明采用红土镍矿熔炼炉对红土镍矿进行熔炼处理，该红土镍矿熔炼炉是具有空间式的悬浮熔炼腔室，通过控制腔室内的温度和还原气氛，可以使得喷入的红土镍矿粉末分别在悬浮熔炼腔室和熔炼腔室内进行冶炼，其中。喷入的红土镍矿粉末首先在悬浮熔炼腔室能够与还原性气体在高温下接触，镍钴瞬间还原。因此，采用本发明上述实施例的闪速熔炼方法可以显著提高红土镍矿的焙烧效率，并且较传统的红土镍矿熔炼方法可省去了制粒或者电炉的工艺，进而可以显著降低冶炼成本。采用红土镍矿熔炼炉进行熔炼红土镍矿，可以使得红土镍矿粉末被喷入悬浮熔炼腔室内迅速与高温的还原气体接触发生还原反应，落入熔炼腔室后进一步被熔炼，由此本发明提出的空间熔炼处理红土镍矿的方法可以有效地避免采用回转窑处理红土镍矿容易出现的粘结现象，进而可以有效防止堵塞。另外，本发明采用红土镍矿熔炼炉对红土镍矿进行处理是使红土镍矿与还原气体在立体空间内接触，进而可以显著提高红土镍矿与还原气体的接触面积，提高还原效率。并且采用红土镍矿熔炼炉对红土镍矿进行熔炼处理可以显著提高红土镍矿中镍钴的回收率。
在本发明的一些实施例中，所述悬浮熔炼腔室内的气氛中含有25～40％的还原气体。由此可以选择性地将红土镍矿中的镍钴首先被还原出来。由此可以控制镍钴完全被还原，且只有少部分的铁矿被还原。
在本发明的一些实施例中，所述悬浮熔炼腔室内的气氛中含有10～25％的还原气体。由此可以选择性地将红土镍矿中的镍钴首先被还原出来。由此可以镍钴完全被还原，且铁矿不被还原。
在本发明的一些实施例中，所述熔池内的温度为1350～1550摄氏度，并且所述还原气氛中含有70％以上的还原气体。由此可以对铁进行还原。
在本发明的一些实施例中，所述熔池内的熔炼处理时间为10～120分钟。由此可以使得适量的氧化铁被还原成铁水，并将镍钴顺利排出。
在本发明的一些实施例中，所述红土镍矿粉末是以平均粒度为75～1000微米的粉末的形式提供的，优选是以平均粒度为150微米的粉末的形式提供的。由此可以进一步提高冶炼效率。
在本发明的一些实施例中，所述还原气氛是通过向所述红土镍矿熔炼炉内通入天然气和氧反应后形成，或者向所述红土镍矿熔炼炉内通入粉煤和氧气反应后形成。由此可以进一步提高本发明实施例的闪速熔炼方法的适用性。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的红土镍矿熔炼炉的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种红土镍矿的闪速熔炼方法，包括：在还原气氛下，将红土镍矿粉末在红土镍矿熔炼炉内进行熔炼处理，以便得到含有镍钴铁的合金和熔炼渣。
根据本发明的具体实施例，上述红土镍矿的闪速熔炼方法采用的红土镍矿熔炼炉的具体结构为，如图1所示，熔炼炉100主要包括：立式炉身10、卧式炉底20、红土镍矿喷嘴30、熔池喷嘴40和排烟通道50。
其中，立式炉身10内具有悬浮熔炼腔室11；
卧式炉底20内具有熔炼腔室21，熔炼腔室21的下部形成有熔池22，卧式炉底20的顶部与立式炉身10的下端相连，以便熔炼腔室21与悬浮熔炼腔室11连通；
红土镍矿喷嘴30设在立式炉身10的顶部，以便从立式炉身10的顶部向悬浮熔炼腔室11内喷入粉末状红土镍矿、粉煤、焦粒、熔剂和氧气；
熔池喷嘴40设在卧式炉底20的侧壁上，以便向熔炼腔室21内熔池22喷入喷煤氧气；以及
排烟通道50的下端与卧式炉底20的顶部相连且与立式炉身10间隔设置。
根据本发明的具体实施例，通过采用上述红土镍矿熔炼炉对红土镍矿粉末进行冶炼处理，需要控制悬浮熔炼腔室11内的温度800～1200摄氏度下进行，并且悬浮熔炼腔室11内的还原气氛中含有85％以下的还原气体。
本发明上述实施例的采用上述红土镍矿熔炼炉对红土镍矿进行熔炼处理，是使得红土镍矿粉末从红土镍矿喷嘴30喷入已经形成的高温的还原性气氛的悬浮熔炼腔室11内，红土镍矿粉末被喷入后弥散在悬浮熔炼腔室11内并迅速与还原气体充分接触并发生还原反应。由此，红土镍矿中含有的镍和钴首先被还原出来，进一步地，已经被还原的镍钴单质与大量的铁矿落入熔炼腔室21内，在熔池22内熔炼适量的铁矿形成铁水，以便排出顺利排出镍钴。因此，采用上述红土镍矿熔炼炉对红土镍矿进行熔炼处理可以最大程度地利用红土镍矿粉末的表面积，熔炼处理时间短，效率高，焙烧完全，产品中含有镍钴含量高。
另外，本发明采用红土镍矿熔炼炉对红土镍矿进行熔炼处理，该红土镍矿熔炼炉是具有空间式的悬浮熔炼腔室，通过控制腔室内的温度和还原性气氛，可以使得喷入的红土镍矿粉末在悬浮熔炼腔室内迅速焙烧发生还原反应。因此，采用本发明上述实施例的闪速熔炼方法可以显著提高红土镍矿的冶炼效率，较传统的红土镍矿熔炼方法可省去了制粒或者电炉的工艺，进而可以显著降低成本。并且采用红土镍矿熔炼炉进行熔炼红土镍矿，可以使得红土镍矿粉末被喷入悬浮熔炼腔室内迅速与还原气体接触发生还原反应，并且焙烧产物会在重力作用下自动向下落入熔炼腔室进一步被熔炼，由此本发明提出的空间熔炼处理红土镍矿的方法可以有效地避免采用回转窑处理红土镍矿容易出现的粘结现象，进而可以有效防止堵塞。另外，本发明采用红土镍矿熔炼炉对红土镍矿进行处理是使红土镍矿与还原气体在立体空间内接触，进而可以显著提高红土镍矿与还原气体的接触面积，提高还原效率。并且采用红土镍矿熔炼炉对红土镍矿进行熔炼处理可以显著提高红土镍矿中镍钴的回收率，解决了传统处理红土镍矿的方法只能按同比例回收镍钴和铁的技术难题。
根据本发明的具体实施例，当悬浮熔炼腔室内温度为800～1200摄氏度时，可以控制悬浮熔炼腔室内的气氛中含有25～40％的还原气体。由此在该条件可以使得镍钴被完全还原的同时只有部分铁矿被还原，由此在提高镍钴回收率的同时，提高熔池内熔炼铁矿的效率。
根据本发明的具体实施例，当悬浮熔炼腔室内温度为800～1200摄氏度时，可以控制悬浮熔炼腔室内的气氛中含有5～25％的还原气体。由此在该条件下，红土镍矿中含有的镍钴首先被还原出来，而铁矿则没有被还原，由此可以显著提高镍钴的回收率，该方法打破了传统的处理红土镍矿的方法只能够按原矿同比例富集镍钴和铁局限。
根据本发明的具体实施例，上述首先被还原出来的镍钴和剩余的铁矿落入熔炼腔室内，进一步地，根据本发明的具体示例，控制熔池内的温度1350～1550摄氏度下进行，并且还原气氛中含有70％以上的还原气体。由此可以有效地将上述剩余的铁矿进行熔炼得到铁水，进而得到铁水和镍钴的金属熔液。
根据本发明的具体实施例，上述熔池内的熔炼处理时间可以为10～120分钟。由此可以熔炼得到适当的铁水量，以方便镍钴的排出。通过控制上述熔池的温度、还原气氛以及熔炼时间，可以得到镍钴含量为10～40％的镍钴铁合金。
由此，上述红土镍矿熔炼炉具有悬浮熔炼腔室11和熔炼腔室21两个腔室，并且能够分别控制各腔室内的冶炼温度和还原气氛。通过采用上述红土镍矿熔炼炉对红土镍矿进行熔炼处理，可以达到分别对红土镍矿中镍钴和铁的单独冶炼。首先，红土镍矿粉末在悬浮熔炼腔室11内冶炼，通过控制悬浮熔炼腔室11内的温度和还原气氛，使其仅能够达到还原镍钴的要求即可，具体温度为800～1200摄氏度，还原气氛为含有5～25％的还原气体。由此，上述条件下红土镍矿中的镍钴在可以完全被还原出来，而红土镍矿中含有的大量铁则不能被还原。进一步地，被还原的镍钴和未被还原的铁矿进入熔炼腔室21内的熔池22后，通过控制熔池22内的温度和还原气氛和时间使得适量的铁矿被还原形成铁水，同还原的镍钴一同排出。由此，通过上述方法可以显著提高红土镍矿中镍钴的富集率，同时尽可能地减少经济价值较低的铁的还原。
根据本发明的具体实施例，通过上述方法对红土镍矿进行冶炼，得到的产品中镍钴含量可以达到40％。而传统的矿热电炉法冶炼红土镍矿，其产品中镍钴含量最高仅能够达到20％，并且矿热电炉法能耗高，因此，成本高。而高炉法冶炼红土镍矿，其产品中镍钴含量仅能够达到4～8％。由此可知，采用本发明上述实施例的红土镍矿的闪速熔炼方法能够达到选择性还原镍钴的目的，且该方法效率高，能耗低，产品镍钴富集率高。
在红土镍矿冶炼得到的产品中，只有其中的镍钴具有经济价值，然而在提取镍钴的同时不可避免地会冶炼一些铁出来。采用传统的冶炼红土镍矿的方法，例如回转窑冶炼法，只能够将红土镍矿按照原矿同比例富集镍钴和铁，该方法不仅能耗高，并且得到的产品中仅含有10％以下的镍钴，其余都为铁，经济价值并不高。而采用本发明上述实施例的红土镍矿的闪速熔炼方法将镍钴的还原与铁的还原分别进行，由此可以控制悬浮熔炼腔室内的冶炼条件最大限度地还原镍钴，同时控制熔池内的冶炼条件使得冶炼得到适量的铁水。由此可以避免冶炼过多的无经济价值的铁水，同时还可以提高产品中镍钴含量，最大限度地节省能耗。
根据本发明的具体实施例，上述待处理的红土镍矿粉末是以平均粒度为75～1000微米的粉末的形式提供的，由此可以进一步提高该方法的适用性。更优选地，红土镍矿粉末是以平均粒度为150微米的粉末的形式提供的。由于我国的红土镍矿大多进口，而进口的红土镍矿均为平均粒度为150微米的粉末。本发明的红土镍矿的闪速熔炼方法可以直接对红土镍矿原料进行处理，省去了造块成型等步骤，进而省去了冶炼前的原料处理工序，缩短工艺流程，使得该方法更佳容易实施和普及。
根据本发明的具体实施例，通过将平均粒度为150微米的粉末弥散在空间熔炼腔室内进行冶炼，由此可以显著提高红土镍矿与还原性气体的接触面积。因此，粒度越小，红土镍矿的比表面积越大，与还原性气体接触更加充分，从而可以有效降低反应能级，提高反应效率，最终提高熔炼效率。
根据本发明的具体实施例，上述红土镍矿熔炼炉内的还原气氛是向红土镍矿熔炼炉内通入天然气和氧反应后形成，或者向红土镍矿熔炼炉内通入粉煤和氧气反应后形成。由此可以进一步提高还原气氛的可空性。根据本发明的具体实施例，当熔炼处理的温度小于粉煤的气化温度时，可以向红土镍矿熔炼炉内通入一氧化碳以便形成还原气氛。
实施例1
如图1所示，购买红土镍矿原料粉末，粒度为150微米；向直径为4米红土镍矿熔炼炉内加入粉煤和氧气，控制悬浮熔炼腔室内的温度为1200摄氏度，含有78～82％的还原气体的还原气氛；通过熔池喷嘴向熔炼腔室内喷入煤氧气，控制熔池内的温度为1430摄氏度，含有83～87％的还原气体的还原气氛，控制熔池内的冶炼时间为30分钟。
通过计算，产品中镍含量达到了10％。
实施例2
如图1所示，购买红土镍矿原料粉末，粒度为150微米；向直径为4米红土镍矿熔炼炉内加入粉煤和氧气，控制悬浮熔炼腔室内的温度为1150摄氏度，含有38～42％的还原气体的还原气氛；通过熔池喷嘴向熔炼腔室内喷入煤氧气，控制熔池内的温度为1430摄氏度，含有83～87％的还原气体的还原气氛，控制熔池内的冶炼时间为20分钟。
通过计算，产品中镍含量达到了20％。
实施例3
如图1所示，购买红土镍矿原料粉末，粒度为150微米；向直径为4米红土镍矿熔炼炉内加入粉煤和氧气，控制悬浮熔炼腔室内的温度为1150摄氏度，含有23～27％的还原气体的还原气氛；通过熔池喷嘴向熔池22内喷入煤氧气，控制熔池内的温度为1430摄氏度，含有83～87％的还原气体的还原气氛，控制熔池内的冶炼时间为10分钟。
通过计算，在悬浮熔炼腔室内，红土镍矿中的铁基本没有被还原；经过熔池冶炼，结果得到的产品中镍钴含量达到了40％。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种红土镍矿的闪速熔炼方法，其特征在于，包括：
在还原气氛下，将所述红土镍矿粉末在红土镍矿熔炼炉内进行熔炼处理，以便得到含有镍钴铁的合金和熔炼渣，
其中，
所述红土镍矿熔炼炉包括：
立式炉身，所述立式炉身内具有悬浮熔炼腔室；
卧式炉底，所述卧式炉底内具有熔炼腔室，所述熔炼腔室的下部形成有熔池，所述卧式炉底的顶部与所述立式炉身的下端相连，以便所述熔炼腔室与所述悬浮熔炼腔室连通；
红土镍矿喷嘴，所述红土镍矿喷嘴设在所述立式炉身的顶部，以便从所述立式炉身的顶部向所述悬浮熔炼腔室内喷入红土镍矿粉末、粉煤、焦粒、熔剂和氧气；
熔池喷嘴，所述熔池喷嘴设在所述卧式炉底的侧壁上，以便向所述熔池内喷入喷煤氧气；以及
排烟通道，所述排烟通道的下端与所述卧式炉底的顶部相连且与所述立式炉身间隔设置，
其中，
所述悬浮熔炼腔室内的温度为800～1200摄氏度，并且
所述还原气氛中含有85％以下的还原气体。
2.根据权利要求1所述的红土镍矿的闪速熔炼方法，其特征在于，所述悬浮熔炼腔室内的气氛中含有25～40％的还原气体。
3.根据权利要求1所述的红土镍矿的闪速熔炼方法，其特征在于，所述悬浮熔炼腔室内的气氛中含有5～25％的还原气体。
4.根据权利要求1-3任一项所述的红土镍矿的闪速熔炼方法，其特征在于，
所述熔池内的温度为1350～1550摄氏度，并且
所述还原气氛中含有70％以上的还原气体。
5.根据权利要求4所述的红土镍矿的闪速熔炼方法，其特征在于，所述熔池内的熔炼处理时间为10～120分钟。
6.根据权利要求1所述的红土镍矿的闪速熔炼方法，其特征在于，所述红土镍矿粉末是以平均粒度为75～1000微米的粉末的形式提供的。
7.根据权利要求6所述的红土镍矿的闪速熔炼方法，其特征在于，所述红土镍矿粉末是以平均粒度为150微米的粉末的形式提供的。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的红土镍矿的闪速熔炼方法，其特征在于，所述还原气氛是通过向所述红土镍矿熔炼炉内通入天然气和氧反应后形成，或者向所述红土镍矿熔炼炉内通入粉煤和氧气反应后形成。
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