CN105033264B - 利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法和系统，该方法包括：(1)将红土镍矿、高硫煤和添加剂进行混合造球，得到混合球团；(2)将混合球团进行还原冶炼处理，得到金属化球团；(3)将金属化球团进行水淬‑磨矿‑磁选处理，得到镍铁粉和尾矿；(4)将镍铁粉与一氧化碳接触，得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；(5)将所述含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行提纯处理，得到气态羰基镍和第一一氧化碳；(6)将气态羰基镍进行分解处理，分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。该方法采用高硫煤为还原剂，在羰基合成过程中不需要加入催化剂，并且可以有效利用价格低廉的红土镍矿制备得到高纯度的羰基镍粉。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体而言，本发明涉及一种利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法和系统。
背景技术
随着硫化镍矿的枯竭，红土镍矿的开发日益受到重视。当前工业生产中，火法冶炼红土镍矿最常用的方法是RKEF法，得到的产品为镍铁合金，镍铁合金可以作为炼钢原料使用。该冶炼方法能耗大，在当前的市场镍价条件下，镍铁厂处于亏损停产状态。而湿法冶炼红土镍矿则涉及废液排放等环境污染问题。因此，有必要对红土镍矿处理工艺进行创新性研究，开发一种高效利用红土镍矿的新工艺。
羰基法精炼镍工艺是最先进的镍提纯工艺，是C.Langer和L.Mond于1889年发明的，原理是镍在一定的温度、压力条件下直接与CO在形成的配位化合物四羰基镍Ni(CO)4，该羰基金属化合物在常压下不稳定，加热时迅速分解成Ni和CO，该方法具有工艺简单、能耗低、镍提取率高等优点。
专利CN201310078977公开了一种生产羰基镍粉的方法，该方法以镍含量大于39％的氢氧化镍为原料，经焙烧后生产镍的氧化物，氧化物在氢气还原炉内还原成单质镍，单质镍与CO发生羰化合成反应，再输送至羰基分解器生成羰基镍产品。然而该方法使用的原料氢氧化镍是工业加工产品，并不直接赋存于自然界中，并且该方法的工艺流程长，生产成本高，同时该方法对原料的铁含量有严格限制，铁含量必须小于0.3％，否则影响镍粉的纯度。
因此，现有的制备镍粉的技术有待进一步改进。
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利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法和系统，该方法可以有效利用价格低廉的红土镍矿制备得到高纯度的羰基镍粉，并且工艺流程简单、环境友好。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法，根据本发明实施例的，该方法包括：
(1)将红土镍矿、高硫煤和添加剂进行混合造球，以便得到混合球团；
(2)将所述混合球团进行还原冶炼处理，以便得到金属化球团；
(3)将所述金属化球团进行水淬-磨矿-磁选处理，以便分别得到镍铁粉和尾矿；
(4)将所述镍铁粉与一氧化碳接触，以便得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；
(5)将所述含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行提纯处理，以便分别得到气态羰基镍和第一一氧化碳；以及
(6)将所述气态羰基镍进行分解处理，以便分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。
由此，根据本发明实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法可以有效利用价格低廉的红土镍矿制备得到高纯度的羰基镍粉，并且工艺流程简单、环境友好。
另外，根据本发明上述实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法进一步包括：(7)将所述第一一氧化碳返回步骤(4)与所述镍铁粉接触。由此，可以显著提高一氧化碳循环利用率。
在本发明的一些实施例中，所述利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法进一步包括：(8)将所述第二一氧化碳返回至步骤(4)与所述镍铁粉接触。由此，可以进一步提高一氧化碳循环利用率。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述高硫煤中硫含量高于3wt％。由此，不仅可以降低还原剂成本，而且可以显著简化后续羰基合成工艺流程。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述添加剂为选自钾盐、钠盐、钙盐、碱金属氧化物和碱土金属氧化物中的至少一种。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种利用红土镍矿制备羰基镍粉的系统，根据本发明的实施例，该系统包括：
混合造球装置，所述混合造球装置具有红土镍矿入口、高硫煤入口、添加剂入口和混合球团出口，且适于将红土镍矿、高硫煤和添加剂进行混合造球，以便得到混合球团；
还原冶炼装置，所述还原冶炼装置具有混合球团入口和金属化球团出口，所述混合球团入口和所述混合球团出口相连，且适于将所述混合球团进行还原冶炼处理，以便得到金属化球团；
水淬-磨矿-磁选装置，所述水淬-磨矿-磁选装置具有金属化球团入口、镍铁粉出口和尾矿出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连，且适于将所述金属化球团进行水淬-磨矿-磁选处理，以便分别得到镍铁粉和尾矿；
羰基合成装置，所述羰基合成装置具有一氧化碳入口、镍铁粉入口、气态混合物出口和铁粉出口，所述镍铁粉入口和所述镍铁粉出口相连，且适于将所述镍铁粉与一氧化碳接触，以便得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；
提纯装置，所述提纯装置具有气态混合物入口、气态羰基镍出口和第一一氧化碳出口，所述气态混合物入口与所述气态混合物出口相连，且适于将所述含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行提纯处理，以便分别得到气态羰基镍和第一一氧化碳；以及
分解装置，所述分解装置具有气态羰基镍入口、羰基镍粉出口和第二一氧化碳出口，所述气态羰基镍入口和所述气态羰基镍出口相连，且适于将所述气态羰基镍进行分解处理，以便分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。
由此，根据本发明实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的系统可以有效利用价格低廉的红土镍矿制备得到高纯度的羰基镍粉，并且工艺流程简单、环境友好。
另外，根据本发明上述实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述还原冶炼装置为选自转底炉、回转窑和隧道窑中的至少一种。由此，可以将氧化镍全部还原成金属镍，同时将部分铁氧化物还原成金属铁。
在本发明的一些实施例中，所述第一一氧化碳出口与所述一氧化碳入口相连，且适于将所述第一一氧化碳返回所述羰基合成装置与所述镍铁粉接触。由此，可以显著提高一氧化碳循环利用率。
在本发明的一些实施例中，所述第二一氧化碳出口与所述一氧化碳入口相连，且适于将所述第二一氧化碳返回所述羰基合成装置与所述镍铁粉接触。由此，可以进一步提高一氧化碳循环利用率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法流程示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法流程示意图；
图3是根据本发明又一个实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法流程示意图；
图4是根据本发明一个实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的系统结构示意图；
图5是根据本发明再一个实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的系统结构示意图；
图6是根据本发明又一个实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的系统结构示意图。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
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，除非另有明确的限定。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将红土镍矿、高硫煤和添加剂进行混合造球，以便得到混合球团；(2)将所述混合球团进行还原冶炼处理，以便得到金属化球团；(3)将所述金属化球团进行水淬-磨矿-磁选处理，以便分别得到镍铁粉和尾矿；(4)将所述镍铁粉与一氧化碳接触，以便得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；(5)将所述含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行提纯处理，以便分别得到气态羰基镍和第一一氧化碳；以及(6)将所述气态羰基镍进行分解处理，以便分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。发明人发现，采用红土镍矿作为制备羰基镍粉的原料，虽然红土镍矿中镍的品位较低，但是采用本发明的方法仍可以制备得到高纯度的羰基镍粉，从而在拓宽原料来源的同时降低羰基镍粉的生产成本，同时通过采用高硫煤作为还原剂，不仅可以有效还原红土镍矿中的镍铁氧化物，而且可以得到高活性的高硫镍铁粉，由于镍铁粉中的硫在羰化合成反应过程中起催化活化作用，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程，其次通过对冶炼过程所得金属化球团进行水淬处理，可以有助于含硫物均匀分散在金属化球团中，从而可以得到具有疏松结构的高活性镍铁粉，并且经过磨矿磁选处理所得镍铁粉具有较细的粒径，从而可以显著提高与一氧化碳的接触面积，进而进一步提高羰基化合物合成率，另外采用廉价的高硫煤作为还原剂，不仅可以有效降低生产成本，而且可以使得其中的硫作为有益成分被应用到羰基化合物合成过程中，且在羰基化合物合成过程中不产生气态含硫物，不会造成大气污染。
下面参考图1-3对本发明实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：将红土镍矿、高硫煤和添加剂进行混合造球
根据本发明的实施例，将红土镍矿、高硫煤和添加剂进行混合造球，从而可以得到混合球团。发明人发现，采用红土镍矿作为制备羰基镍粉的原料，虽然红土镍矿中镍的品位较低，但是采用本发明的方法仍可以制备得到高纯度的羰基镍粉(镍含量高于99％以上)，从而在拓宽原料来源的同时降低羰基镍粉的生产成本，并且所得铁粉中铁含量高达60～85wt％，同时通过采用高硫煤作为还原剂，不仅可以有效还原红土镍矿中的镍铁氧化物，而且可以得到高活性的高硫镍铁粉，由于镍铁粉中的硫在羰化合成反应过程中起催化活化作用，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程，另外高硫煤资源储量丰富，但由于其会引发严重的硫污染和酸雨等环境问题而难以得到有效的利用，而本发明采用高硫煤作为还原剂，不仅可以有效降低生产成本，而且高硫煤不需要经过脱硫技术处理，反而可以使得其中的硫作为有益成分被应用到羰基化合物合成过程中，且在羰基化合物合成过程中不产生气态含硫物，不会造成大气污染。
根据本发明的一个实施例，红土镍矿、高硫煤和添加剂的混合比例并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，红土镍矿、高硫煤和添加剂可以按照质量比为100：(5～25)(3～15)进行混合。发明人发现，若高硫煤的添加量过低，则一方面影响金属化球团的还原效果，另一方面，会导致镍铁粉的硫含量低而影响镍铁粉的活性，不利于羰基合成反应进行，而若高硫煤的添加量过高，并不能提高镍铁粉技术指标，且会造成高硫煤资源浪费，提高生产成本。该步骤中，具体的，在将红土镍矿、高硫煤和添加剂混合之前，预先对红土镍矿、高硫煤和添加剂进行粉碎。
根据本发明的再一个实施例，高硫煤的中的硫含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，高硫煤中硫含量可以高于3wt％。发明人发现，采用该类型的高硫煤可以制备得到高活性的高硫镍铁粉，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程。
根据本发明的又一个实施例，添加剂的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，添加剂可以为选自钾盐、钠盐、钙盐、碱金属氧化物和碱土金属氧化物中的至少一种。发明人发现，在红土镍矿的还原过程中，该类添加剂能从镁橄榄石或铁橄榄石中置换出NiO，以提高NiO的活度，从而显著降低还原冶炼温度，使得红土镍矿的还原条件大为改善，促进还原反应进行。
S200：将混合球团进行还原冶炼处理
根据本发明的实施例，将混合球团进行还原冶炼处理，从而可以得到金属化球团。根据本发明的一个实施例，冶炼处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，还原冶炼处理可以在1000～1400摄氏度下进行20分钟以上，优选在1200～1350摄氏度下进行30～60分钟。发明人发现，该冶炼条件下可以将部分铁氧化物还原成金属铁，同时，将氧化镍全部还原成金属镍，从而得到满足工艺要求的金属化球团，并且既不影响后续工艺中镍的高回收率，又不造成能源浪费。
根据本发明的再一个实施例，还原冶炼处理的装置并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，还原冶炼装置可以为选自转底炉、回转窑和隧道窑中的至少一种。
S300：将金属化球团进行水淬-磨矿-磁选处理
根据本发明的实施例，将上述所得金属化球团进行水淬-磨矿-磁选处理，从而可以得到镍铁粉和尾矿。发明人发现，通过对还原冶炼过程所得金属化球团进行水淬处理，可以有助于含硫物均匀分散在金属化球团中，从而可以得到具有疏松结构的高活性镍铁粉，使得在镍铁粉内部形成连通的网状结构，进而利于后续羰基化合物的合成，并且经过磨矿、磁选处理所得镍铁粉具有较细的粒径，从而可以显著提高与一氧化碳的接触面积，进而进一步提高羰基化合物合成率，较现有技术采用雾化制粒相比，本发明采用磨矿磁选后的镍铁粉不需要进行二次加工即可满足下一步羰基镍合成反应的粒度要求。具体的，水淬-磨矿-磁选处理可以是采用水淬装置、磨矿装置和磁选装置的联用装置进行的。
根据本发明的一个实施例，镍铁粉中镍含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁粉中镍含量可以为5～15wt％。发明人发现，现有羰基镍合成工艺中为了得到高纯度的羰基镍粉，通常需要采用含镍量超过50wt％的铜镍合金或高纯氧化镍，导致原料生产成本较高，不易采购，而本发明对镍铁粉中镍品位要求门槛较低，采用镍含量仅为5～15wt％的镍铁粉作为羰基镍粉的合成原料，可以制备得到高纯度的羰基镍粉，从而在拓宽镍粉生产原料来源的同时显著降低原料成本。
根据本发明的再一个实施例，镍铁粉中硫含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁粉中硫含量可以高于1wt％，优选为1～5wt％。发明人发现，在一定范围内，镍铁粉中硫含量越高，使得镍铁粉活性越高，从而越有利于羰基镍合成反应的快速进行，并且羰基镍合成率也较高，较现有技术在羰基镍合成步骤中加入含硫物作为催化剂相比，本发明并不需要额外加入催化剂，从而缩短了制备工艺流程，然而镍铁粉含硫量过高，一方面会导致镍铁粉中镍铁含量同时降低，另一方面会造成高硫煤资源的浪费。
根据本发明的又一个实施例，镍铁粉粒度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁粉粒度小于45微米的占镍铁粉总质量的90％以上。发明人发现，该粒径范围的镍铁粉活性较高，且在羰基镍合成过程中与一氧化碳接触面积较大，从而可以显著提高羰基镍的合成率。
S400：将镍铁粉与一氧化碳接触
根据本发明的实施例，将镍铁粉与一氧化碳逆流接触，从而可以得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉。发明人发现，采用高活性的镍铁粉与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程。
根据本发明的一个实施例，镍铁粉与一氧化碳反应条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁粉与一氧化碳接触可以在110～230摄氏度和2～10MPa的条件下进行30～42小时。由此，可以显著提高羰基化合物的合成率。
S500：将含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行提纯处理
根据本发明的实施例，将含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行提纯处理，从而可以分别得到气态羰基镍和第一一氧化碳。由此，可以显著提高后续所得羰基镍粉的纯度。该步骤中，具体的，首先将羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行冷凝处理，气态混合物中的羰基镍和羰基铁冷凝变为液体，而其中的一氧化碳则以气体形式存在，然后对所得含有羰基镍和羰基铁的液态混合物进行精馏处理，从而可以分离得到高纯度的气态羰基镍。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对所采用冷凝和精馏的具体操作条件进行选择。
S600：将气态羰基镍进行分解处理
根据本发明的实施例，将气态羰基镍进行分解处理，从而可以分别得到镍粉和第二一氧化碳。具体的，羰基镍不稳定，在加热时可以迅速分解为镍和一氧化碳，从而可以得到高纯度的羰基镍粉。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对分解处理的条件进行选择。
根据本发明实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法采用红土镍矿作为制备羰基镍粉的原料，虽然红土镍矿中镍的品位较低，但是采用本发明的方法仍可以制备得到高纯度的羰基镍粉，从而在拓宽原料来源的同时降低羰基镍粉的生产成本，同时通过采用高硫煤作为还原剂，不仅可以有效还原红土镍矿中的镍铁氧化物，而且可以得到高活性的高硫镍铁粉，由于镍铁粉中的硫在羰化合成反应过程中起催化活化作用，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程，其次通过对冶炼过程所得金属化球团进行水淬处理，可以有助于含硫物均匀分散在金属化球团中，从而可以得到具有疏松结构的高活性镍铁粉，并且经过磨矿磁选处理所得镍铁粉具有较细的粒径，从而可以显著提高与一氧化碳的接触面积，进而进一步提高羰基化合物合成率，另外采用廉价的高硫煤作为还原剂，不仅可以有效降低生产成本，而且可以使得其中的硫作为有益成分被应用到羰基化合物合成过程中，且在羰基化合物合成过程中不产生气态含硫物，不会造成大气污染。
参考图2，根据本发明实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法进一步包括：
S700：将第一一氧化碳返回S400与镍铁粉接触
根据本发明的实施例，将S500提纯分离所得第一一氧化碳返回至S400与镍铁粉接触，从而可以显著提高一氧化碳循环利用率。
参考图3，根据本发明实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法进一步包括：
S800：将第二一氧化碳返回S400与镍铁粉接触
根据本发明的实施例，将S600分解所得第二一氧化碳返回至S400与镍铁粉接触，从而可以进一步提高一氧化碳循环利用率。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种利用红土镍矿制备羰基镍粉的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：混合造球装置，所述混合造球装置具有红土镍矿入口、高硫煤入口、添加剂入口和混合球团出口，且适于将红土镍矿、高硫煤和添加剂进行混合造球，以便得到混合球团；还原冶炼装置，所述还原冶炼装置具有混合球团入口和金属化球团出口，所述混合球团入口和所述混合球团出口相连，且适于将所述混合球团进行还原冶炼处理，以便得到金属化球团；水淬-磨矿-磁选装置，所述水淬-磨矿-磁选装置具有金属化球团入口、镍铁粉出口和尾矿出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连，且适于将所述金属化球团进行水淬-磨矿-磁选处理，以便分别得到镍铁粉和尾矿；羰基合成装置，所述羰基合成装置具有一氧化碳入口、镍铁粉入口、气态混合物出口和铁粉出口，所述镍铁粉入口和所述镍铁粉出口相连，且适于将所述镍铁粉与一氧化碳接触，以便得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；提纯装置，所述提纯装置具有气态混合物入口、气态羰基镍出口和第一一氧化碳出口，所述气态混合物入口与所述气态混合物出口相连，且适于将所述含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行提纯处理，以便分别得到气态羰基镍和第一一氧化碳；以及分解装置，所述分解装置具有气态羰基镍入口、羰基镍粉出口和第二一氧化碳出口，所述气态羰基镍入口和所述气态羰基镍出口相连，且适于将所述气态羰基镍进行分解处理，以便分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。发明人发现，采用红土镍矿作为制备羰基镍粉的原料，虽然红土镍矿中镍的品位较低，但是采用本发明的系统仍可以制备得到高纯度的羰基镍粉，从而在拓宽原料来源的同时降低羰基镍粉的生产成本，同时通过采用高硫煤作为还原剂，不仅可以有效还原红土镍矿中的镍铁氧化物，而且可以得到高活性的高硫镍铁粉，由于镍铁粉中的硫在羰化合成反应过程中起催化活化作用，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程，其次通过对冶炼过程所得金属化球团进行水淬处理，可以有助于含硫物均匀分散在金属化球团中，从而可以得到具有疏松结构的高活性镍铁粉，并且经过磨矿磁选处理所得镍铁粉具有较细的粒径，从而可以显著提高与一氧化碳的接触面积，进而进一步提高羰基化合物合成率，另外采用廉价的高硫煤作为还原剂，不仅可以有效降低生产成本，而且可以使得其中的硫作为有益成分被应用到羰基化合物合成过程中，且在羰基化合物合成过程中不产生气态含硫物，不会造成大气污染。
下面参考图4-6对本发明实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的系统进行详细描述。根据本发明的实施例，该系统包括：
混合造球装置100：根据本发明的实施例，混合造球装置100具有红土镍矿入口101、高硫煤入口102、添加剂入口103和混合球团出口104，且适于将红土镍矿、高硫煤和添加剂进行混合造球，从而可以得到混合球团。发明人发现，采用红土镍矿作为制备羰基镍粉的原料，虽然红土镍矿中镍的品位较低，但是采用本发明的方法仍可以制备得到高纯度的羰基镍粉(镍含量高于99％以上)，从而在拓宽原料来源的同时降低羰基镍粉的生产成本，并且所得铁粉中铁含量高达60～85wt％，同时通过采用高硫煤作为还原剂，不仅可以有效还原红土镍矿中的镍铁氧化物，而且可以得到高活性的高硫镍铁粉，由于镍铁粉中的硫在羰化合成反应过程中起催化活化作用，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程，另外高硫煤资源储量丰富，但由于其会引发严重的硫污染和酸雨等环境问题而难以得到有效的利用，而本发明采用高硫煤作为还原剂，不仅可以有效降低生产成本，而且高硫煤不需要经过脱硫技术处理，反而可以使得其中的硫作为有益成分被应用到羰基化合物合成过程中，且在羰基化合物合成过程中不产生气态含硫物，不会造成大气污染。
根据本发明的一个实施例，红土镍矿、高硫煤和添加剂的混合比例并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，红土镍矿、高硫煤和添加剂可以按照质量比为100：(5～25)(3～15)进行混合。发明人发现，若高硫煤的添加量过低，则一方面影响金属化球团的还原效果，另一方面，会导致镍铁粉的硫含量低而影响镍铁粉的活性，不利于羰基合成反应进行，而若高硫煤的添加量过高，并不能提高镍铁粉技术指标，且会造成高硫煤资源浪费，提高生产成本。该步骤中，具体的，在将红土镍矿、高硫煤和添加剂混合之前，预先对红土镍矿、高硫煤和添加剂进行粉碎。
根据本发明的再一个实施例，高硫煤的中的硫含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，高硫煤中硫含量可以高于3wt％。发明人发现，采用该类型的高硫煤可以制备得到高活性的高硫镍铁粉，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程。
根据本发明的又一个实施例，添加剂的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，添加剂可以为选自钾盐、钠盐、钙盐、碱金属氧化物和碱土金属氧化物中的至少一种。发明人发现，在红土镍矿的还原过程中，该类添加剂能从镁橄榄石或铁橄榄石中置换出NiO，以提高NiO的活度，从而显著降低还原冶炼温度，使得红土镍矿的还原条件大为改善，促进还原反应进行。
还原冶炼装置200：根据本发明的实施例，还原冶炼装置200具有混合球团入口201和金属化球团出口202，混合球团入口201和混合球团出口104相连，且适于将混合球团进行还原冶炼处理，从而可以得到金属化球团。
根据本发明的一个实施例，冶炼处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，还原冶炼处理可以在1000～1400摄氏度下进行20分钟以上，优选在1200～1350摄氏度下进行30～60分钟。发明人发现，该冶炼条件下可以将部分铁氧化物还原成金属铁，同时，将氧化镍全部还原成金属镍，从而得到满足工艺要求的金属化球团，并且既不影响后续工艺中镍的高回收率，又不造成能源浪费。
根据本发明的再一个实施例，还原冶炼装置并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，还原冶炼装置可以为选自转底炉、回转窑和隧道窑中的至少一种。
水淬-磨矿-磁选装置300：根据本发明的实施例，水淬-磨矿-磁选装置300具有金属化球团入口301、镍铁粉出口302和尾矿出口303，金属化球团入口301与金属化球团出口202相连，且适于将上述所得金属化球团进行水淬-磨矿-磁选处理，从而可以得到镍铁粉和尾矿。发明人发现，通过对还原冶炼过程所得金属化球团进行水淬处理，可以有助于含硫物均匀分散在金属化球团中，从而可以得到具有疏松结构的高活性镍铁粉，使得在镍铁粉内部形成连通的网状结构，进而利于后续羰基化合物的合成，并且经过磨矿、磁选处理所得镍铁粉具有较细的粒径，从而可以显著提高与一氧化碳的接触面积，进而进一步提高羰基化合物合成率，较现有技术采用雾化制粒相比，本发明采用磨矿磁选后的镍铁粉不需要进行二次加工即可满足下一步羰基镍合成反应的粒度要求。具体的，水淬-磨矿-磁选装置可以为水淬装置、磨矿装置和磁选装置的联用装置。
根据本发明的一个实施例，镍铁粉中镍含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁粉中镍含量可以为5～15wt％。发明人发现，现有羰基镍合成工艺中为了得到高纯度的羰基镍粉，通常需要采用含镍量超过50wt％的铜镍合金或高纯氧化镍，导致原料生产成本较高，不易采购，而本发明对镍铁粉中镍品位要求门槛较低，采用镍含量仅为5～15wt％的镍铁粉作为羰基镍粉的合成原料，可以制备得到高纯度的羰基镍粉，从而在拓宽羰基镍粉生产原料来源的同时显著降低原料成本。
根据本发明的再一个实施例，镍铁粉中硫含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁粉中硫含量可以高于1wt％，优选为1～5wt％。发明人发现，在一定范围内，镍铁粉中硫含量越高，使得镍铁粉活性越高，从而越有利于羰基镍合成反应的快速进行，并且羰基镍合成率也较高，较现有技术在羰基镍合成步骤中加入含硫物作为催化剂相比，本发明并不需要额外加入催化剂，从而缩短了制备工艺流程，然而镍铁粉含硫量过高，一方面会导致镍铁粉中镍铁含量同时降低，另一方面会造成高硫煤资源的浪费。
根据本发明的又一个实施例，镍铁粉粒度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁粉粒度小于45微米的占镍铁粉总质量的90％以上。发明人发现，该粒径范围的镍铁粉活性较高，且在羰基镍合成过程中与一氧化碳接触面积较大，从而可以显著提高羰基镍的合成率。
羰基合成装置400：根据本发明的实施例，羰基合成装置400具有一氧化碳入口401、镍铁粉入口402、气态混合物出口403和铁粉出口404，镍铁粉入口402和镍铁粉出口302相连，且适于将镍铁粉与一氧化碳逆流接触，从而可以得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉。发明人发现，采用高活性的镍铁粉与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程。
根据本发明的一个实施例，镍铁粉与一氧化碳反应条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁粉与一氧化碳接触可以在110～230摄氏度和2～10MPa的条件下进行30～42小时。由此，可以显著提高羰基化合物的合成率。
提纯装置500：根据本发明的实施例，提纯装置500具有气态混合物入口501、气态羰基镍出口502和第一一氧化碳出口503，气态混合物入口501与气态混合物出口403相连，且适于将含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行提纯处理，从而可以分别得到气态羰基镍和第一一氧化碳。由此，可以显著提高后续所得羰基镍粉的纯度。该步骤中，具体的，首先将羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行冷凝处理，气态混合物中的羰基镍和羰基铁冷凝变为液体，而其中的一氧化碳则以气体形式存在，然后对所得含有羰基镍和羰基铁的液态混合物进行精馏处理，从而可以分离得到高纯度的气态羰基镍。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对所采用冷凝和精馏的具体操作条件进行选择。
分解装置600：根据本发明的实施例，分解装置600具有气态羰基镍入口601、羰基镍粉出口602和第二一氧化碳出口603，气态羰基镍入口601和气态羰基镍出口502相连，且适于将气态羰基镍进行分解处理，从而可以分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳。具体的，羰基镍不稳定，在加热时可以迅速分解为镍和一氧化碳，从而可以得到高纯度的羰基镍粉。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对分解处理的条件进行选择。
根据本发明实施例的利用红土镍矿制备羰基镍粉的系统采用红土镍矿作为制备羰基镍粉的原料，虽然红土镍矿中镍的品位较低，但是采用本发明的系统仍可以制备得到高纯度的羰基镍粉，从而在拓宽原料来源的同时降低羰基镍粉的生产成本，同时通过采用高硫煤作为还原剂，不仅可以有效还原红土镍矿中的镍铁氧化物，而且可以得到高活性的高硫镍铁粉，由于镍铁粉中的硫在羰化合成反应过程中起催化活化作用，从而使其与一氧化碳直接接触即可反应生成羰基化合物，并且羰基化合物合成率较高，与现有技术相比，本发明在羰基化合物合成过程中并不需要加入催化剂，从而缩短了工艺流程，其次通过对冶炼过程所得金属化球团进行水淬处理，可以有助于含硫物均匀分散在金属化球团中，从而可以得到具有疏松结构的高活性镍铁粉，并且经过磨矿磁选处理所得镍铁粉具有较细的粒径，从而可以显著提高与一氧化碳的接触面积，进而进一步提高羰基化合物合成率，另外采用廉价的高硫煤作为还原剂，不仅可以有效降低生产成本，而且可以使得其中的硫作为有益成分被应用到羰基化合物合成过程中，且在羰基化合物合成过程中不产生气态含硫物，不会造成大气污染。
参考图5，根据本发明的实施例，第一一氧化碳出口503与一氧化碳入口401相连，且适于将提纯装置500分离所得第一一氧化碳返回至羰基合成装置400与镍铁粉接触，从而可以显著提高一氧化碳循环利用率。
参考图6，根据本发明的实施例，第二一氧化碳出口603与一氧化碳入口401相连，且适于将分解装置600分解所得第二一氧化碳返回至羰基合成装置400与镍铁粉接触，从而可以进一步提高一氧化碳循环利用率。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
取镍含量为1.56wt％的红土镍矿，配入硫含量为4％的高硫煤、工业碱混匀后制球并烘干，其中，红土镍矿、高硫煤和工业碱按照质量比为100：17：5％进行混合，干燥后的混合球团布入转底炉进行冶炼，冶炼条件1300℃，时间35min，还原后的金属化球团经水淬-磨矿-磁选装置处理后得到镍含量6.5wt％，铁含量68.6wt％，S含量2.0wt％的镍铁粉，产品平均粒径25μm，将镍铁粉送入羰基合成装置内与CO逆流接触发生羰化反应生成含有羰基镍和羰基铁气态混合物，羰化条件为：压力7MPa，温度180℃，时间35h，CO气体浓度85％，合成率96％，将含有羰基镍和羰基铁气态混合物输送至冷凝器内冷凝成液态羰基化合物，再送入精馏塔进行精馏得到高纯气态羰基镍，最后将气态羰基镍送入分解装置进行分解得到镍含量99.5wt％的羰基镍粉，经铁粉再选装置选出的铁粉中铁含量为73wt％。
实施例2
取镍含量为1.75wt％的红土镍矿，配入硫含量为7％的高硫煤、石灰石混匀后制球并烘干，其中，红土镍矿、高硫煤和石灰石按照质量比为100：12：10进行混合，干燥后的混合球团布入转底炉进行冶炼，冶炼条件1280℃，时间45min，还原后的金属化球团经水淬-磨矿-磁选装置处理后得到镍含量7.2wt％，铁含量71.43wt％，S含量3.0wt％的镍铁粉，产品平均粒径30μm，将镍铁粉送入羰基合成装置内与CO逆流接触发生羰化反应生成含有羰基镍和羰基铁气态混合物，羰化条件为：压力3MPa，温度130℃，时间42h，CO气体浓度90％，合成率95％，将含有羰基镍和羰基铁气态混合物输送至冷凝器内冷凝成液态羰基化合物，再送入精馏塔进行精馏得到高纯气态羰基镍，最后将气态羰基镍送入分解装置进行分解得到镍含量99.5wt％的羰基镍粉，经铁粉再选装置选出的铁粉中铁含量为77wt％。
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须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)
1.一种利用红土镍矿制备羰基镍粉的方法，其特征在于，包括：
(1)将红土镍矿、高硫煤和添加剂进行混合造球，以便得到混合球团；
(2)将所述混合球团进行还原冶炼处理，以便得到金属化球团；
(3)将所述金属化球团进行水淬-磨矿-磁选处理，以便分别得到镍铁粉和尾矿；
(4)将所述镍铁粉与一氧化碳接触，以便得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；
(5)将所述含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行提纯处理，以便分别得到气态羰基镍和第一一氧化碳；以及
(6)将所述气态羰基镍进行分解处理，以便分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳，
其中，在步骤(1)中，将所述红土镍矿、所述高硫煤和所述添加剂按照质量比为100：(5～25)：(3～15)进行混合；
在步骤(1)中，所述高硫煤中硫含量高于3wt％；
在步骤(3)中，所述镍铁粉中镍含量为5～15wt％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(7)将所述第一一氧化碳返回至步骤(4)与所述镍铁粉接触。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(8)将所述第二一氧化碳返回至步骤(4)与所述镍铁粉接触。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述添加剂为选自钾盐、钠盐、钙盐、碱金属氧化物和碱土金属氧化物中的至少一种。
5.一种利用红土镍矿制备羰基镍粉的系统，其特征在于，包括：
混合造球装置，所述混合造球装置具有红土镍矿入口、高硫煤入口、添加剂入口和混合球团出口，且适于将红土镍矿、高硫煤和添加剂进行混合造球，以便得到混合球团；
还原冶炼装置，所述还原冶炼装置具有混合球团入口和金属化球团出口，所述混合球团入口和所述混合球团出口相连，且适于将所述混合球团进行还原冶炼处理，以便得到金属化球团；
水淬-磨矿-磁选装置，所述水淬-磨矿-磁选装置具有金属化球团入口、镍铁粉出口和尾矿出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连，且适于将所述金属化球团进行水淬-磨矿-磁选处理，以便分别得到镍铁粉和尾矿；
羰基合成装置，所述羰基合成装置具有一氧化碳入口、镍铁粉入口、气态混合物出口和铁粉出口，所述镍铁粉入口和所述镍铁粉出口相连，且适于将所述镍铁粉与一氧化碳接触，以便得到含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物以及铁粉；
提纯装置，所述提纯装置具有气态混合物入口、气态羰基镍出口和第一一氧化碳出口，所述气态混合物入口与所述气态混合物出口相连，且适于将所述含有羰基镍、羰基铁和一氧化碳的气态混合物进行提纯处理，以便分别得到气态羰基镍和第一一氧化碳；以及
分解装置，所述分解装置具有气态羰基镍入口、羰基镍粉出口和第二一氧化碳出口，所述气态羰基镍入口和所述气态羰基镍出口相连，且适于将所述气态羰基镍进行分解处理，以便分别得到羰基镍粉和第二一氧化碳，
其中，将所述红土镍矿、所述高硫煤和所述添加剂按照质量比为100：(5～25)：(3～15)进行混合；
所述镍铁粉中镍含量为5～15wt％。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述还原冶炼装置为选自转底炉、回转窑和隧道窑中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一一氧化碳出口与所述一氧化碳入口相连，且适于将所述第一一氧化碳返回所述羰基合成装置与所述镍铁粉接触。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二一氧化碳出口与所述一氧化碳入口相连，且适于将所述第二一氧化碳返回所述羰基合成装置与所述镍铁粉接触。
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