CN105154664B - 红土镍矿的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了红土镍矿的处理方法。该方法包括：将所述红土镍矿、还原剂和助熔剂进行混合，以便得到原料混合物；将所述原料混合物进行制粒，以便得到混合物料；将所述混合物料进行还原焙烧处理，以便得到预还原产品；以及将所述预还原产品进行熔分处理，并在所述熔分处理过程中，加入造渣剂和三氧化二铁，以便获得镍铁合金。通过在熔分过程中加入Fe2O3，FeO的深还原率显著下降，熔炼渣的流动性高，炉料的熔化温度降低，并且镍元素的回收率显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体地，涉及红土镍矿的处理方法。
背景技术
作为世界上不锈钢消耗量最大的国家，我国每年需要进口大量镍矿以获得冶炼不锈钢、合金钢与合金铸铁的镍合金原料。数据表明，近年来大约60％的镍金属产量来源于硫化镍矿，主要原因是硫化镍矿可通过选矿富集大幅度提高镍品位，减少后期熔炼渣量，冶炼能耗较低，资源综合利用较好。随着硫化镍矿资源的逐渐枯竭，红土镍矿的开发利用引起了各方的重视。采用储量巨大的低品位红土镍矿作为镍的来源，可以减少金属镍的消耗，增加镍元素的来源，且成本低于电解镍，使生产单位和用户双方均获得良好的经济效益，具有较强的价格竞争优势，因此如何更直接、合理地利用红土镍矿就显得尤为重要。
据资料统计，世界范围内红土镍矿资源的平均镍品位约为1.28％，传统的火法处理工艺要求原料镍品位在1.55％以上，这说明火法工艺需要较高的镍含量。褐铁矿型红土镍矿具有铁高、镍低、硅镁低、钴含量高的特点，一般采用湿法工艺处理，硅镁镍矿型红土镍矿，其硅镁含量高，而铁、钴含量低，镍含量较高，通常采用火法工艺进行处理。
火法冶炼多在电弧炉中进行，热的还原产品被加入到电炉内进行完全的还原熔炼并与渣进行分离。电炉熔炼温度一般较高，在1600℃左右。根据物理性质，虽然镍铁合金液相温度在1430℃左右，但是对于镍铁冶炼，渣相主要成分是铁、硅、镁，根据铁-硅-镁渣相图，熔化温度在1550℃以上，而在生产中要求顺利排渣，则操作温度应该高于该温度100℃以上才能达到要求，往往镁含量的提高会进一步增加熔炼温度。因此目前制约火法熔炼工艺进一步发展的原因是能耗较高，而且火法冶炼硅镁型红土镍矿镍的回收率一般在92％以下。
由此，红土镍矿的处理方法有待改进。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种红土镍矿的处理方法，该方法尤其适于低镍品位的红土镍矿，并且镍回收率高，冶炼耗能少。
需要说明的是，本发明是基于发明人的下列工作而完成的：
现有技术针对硅镁型红土镍矿，在还原焙烧-磁选方面，一般需要在还原过程中配加大量的添加剂来缩短还原时间，并且还原-磁选流程的镍回收率一般在88％以下，浪费了大量的镍资源，另外得到的磁选精粉中镍含量约为10％，铁含量60～70％，这说明镍铁精粉中还含有20％以上的脉石成分，镍铁精粉还需要进行熔炼进一步提高其可利用性。因此目前针对硅镁型红土镍矿的研究均存在熔剂添加量大、镍回收率低的问题，需要进一步解决。
发明人经过大量研究发现，通过在熔分过程中加入Fe2O3，Fe2O3与NiO反应生成更容易被还原的NiFe2O4，并且，添加的Fe2O3可以优先消耗DRI中部分残炭，可使预还原产品中FeO的深还原减少，进而，镍铁合金中镍含量在20％以上，同时，添加的Fe2O3与残炭反应后，生成的FeO可增强渣的流动性，促进渣铁分离，降低冶炼温度和冶炼时间。
因而，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种红土镍矿的处理方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将所述红土镍矿、还原剂和助熔剂进行混合，以便得到原料混合物；将所述原料混合物进行制粒，以便得到混合物料；将所述混合物料进行还原焙烧处理，以便得到预还原产品；以及将所述预还原产品进行熔分处理，并在所述熔分处理过程中，加入造渣剂和三氧化二铁，以便获得镍铁合金。
根据本发明实施例的方法，通过在熔分过程中加入Fe2O3，FeO的深还原率显著下降，熔炼渣的流动性高，使炉料的熔化温度降低，并且镍元素的回收率显著提高。
另外，根据本发明上述实施例的方法还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述还原剂为碳基还原剂。
根据本发明的实施例，所述红土镍矿、所述还原剂和所述助熔剂的质量比为100：(6-15)：(5-10)。
根据本发明的实施例，利用对辊压球法进行所述制粒。
根据本发明的实施例，所述预还原产品的金属化率为50-80％，且所述预还原产品中所述还原剂的质量分数为(2-5)％。
根据本发明的实施例，所述还原焙烧处理是在1100-1350摄氏度的条件下进行35-50分钟。
根据本发明的实施例，所述预还原产品与三氧化二铁的质量比为100：(1-5)。
根据本发明的实施例，所述熔分处理的温度不高于1600摄氏度。
根据本发明的实施例，所述熔分处理的时间为至多50分钟。
根据本发明的实施例，向熔化状态的所述预还原产品中，分批加入所述造渣剂和三氧化二铁。
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显示了根据本发明一个实施例的红土镍矿的处理方法的流程示意图。
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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。
需要说明的是，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一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种红土镍矿的处理方法。参考图1，根据本发明的实施例，对该方法进行解释说明，该方法包括：
S100配料、混合和制粒
根据本发明的实施例，将红土镍矿、还原剂和助熔剂进行混合，得到原料混合物；将该原料混合物进行制粒，得到混合物料。由此，通过将冶炼原料进行混合制粒，使冶炼原料满足后续冶炼装置的需求，进而，冶炼效率高，效果好。
根据本发明的一些实施例，还原剂为碳基还原剂。由此，还原剂的成本低，反应活性高，还原效果好，
根据本发明的一些实施例，红土镍矿、还原剂和助熔剂的质量比为100：(6-15)：(5-10)。由此，可以控制红土镍矿中铁氧化物以及镍的还原率，加入过量的还原剂会造成铁的过度还原(即球团中铁的金属化率过高)，而金属化率过高会导致渣铁分离过程中铁过多的进入镍铁合金中，降低镍铁合金的品位，这是不希望得到的；还原剂过低会导致铁氧化物还原率过低，达不到预还原作用，同样不利于渣铁分离。同时，通过添加助熔剂，有利于镍和铁的还原，同时可降低混合物的熔点，有效降低后续的冶炼温度和时间，冶炼耗能少。
S200还原焙烧处理
根据本发明的实施例，将混合物料进行还原焙烧处理，得到预还原产品。由此，通过还原焙烧处理使混合物料中的镍铁氧化物还原为金属单质。
根据本发明的一些实施例，预还原产品的金属化率为50-80％，且该预还原产品中还原剂的质量分数为(2-5)％。由此，可在保证在熔分过程中得到镍含量较高的高附加值产品(金属化率过高说明铁氧化物也大部分被还原成金属铁，这样在渣铁分离过程中，大量的金属铁与镍同时进入镍铁合金中，由此降低了镍铁合金中镍的品位，产品附加值降低，这是不希望得到的，因此金属化率不能过高。如果球团的金属化率低于50％，说明铁的还原不充分，同时镍的还原率也较低，虽然这样的预还原产品有利于在渣铁分离过程中得到高镍含量的镍铁合金，但是金属化率过低会给渣铁分离过程(即深还原熔分过程)带来很大的还原冶炼压力，严重影响渣铁分离过程，导致镍的回收率大幅降低，从回收镍的角度来讲是不利的。
预还原产品中还原剂的质量分数低于2％则不利于渣铁分离过程中未还原的镍进一步还原，会降低镍的回收率。如果还原剂的质量分数高于5％，则过量的还原剂会将未还原的铁也进一步还原，过多铁进入镍铁合金中降低了镍铁合金的品位。
根据本发明的一些实施例，所述还原焙烧处理是在1100-1350摄氏度的条件下进行35-50分钟。由此，在该条件下将混合物料进行还原焙烧，得到的预还原产品的金属化率范围合适，进而保证在熔分过程中得到镍含量较高的高附加值产品。
S300熔分处理
根据本发明的实施例，将预还原产品进行熔分处理，并在熔分处理过程中，加入造渣剂和三氧化二铁，获得镍铁合金。通过在熔分过程中加入Fe2O3，Fe2O3与NiO反应生成更容易被还原的NiFe2O4，并且，添加的Fe2O3可以优先消耗DRI中部分残碳，可使预还原产品中FeO的深还原减少，进而，镍铁合金中镍含量在20％以上，同时，添加的Fe2O3可与残碳反应后，生成的FeO可增强渣的流动性，促进渣铁分离，降低冶炼温度和冶炼时间。
其中，需要说明的是，在熔分过程中，Fe2O3起到了部分氧化剂的作用，可以消耗了预还原产品中部分残余的碳，由此，也可以在熔分过程中添加可以与预还原产品中部分残余的碳反应的其他氧化剂，例如向炉膛鼓入空气或O2，与预还原产品中部分残余的碳反应，使镍铁合金中镍含量升高。
根据本发明的实施例，预还原产品与三氧化二铁的质量比为100：(1-5)。由此，Fe2O3可以与NiO充分反应生成NiFe2O4，并与预还原产品中的碳充分反应，降低预还原产品中的碳含量，从而，避免Fe2O3过量或不足导致的Fe2O3或镍剩余，造成原料浪费以及剩余原料引起的后续还原金属的分离处理的难度增加，同时，还可以使得到的熔分处理得到的镍铁合金中镍含量显著增加。
根据本发明的实施例，所述熔分处理的温度不高于1600摄氏度。由此，熔炼温度低，熔炼能耗显著下降，生产成本低。
根据本发明的实施例，所述熔分处理的时间为至多50分钟。由此熔炼时间短，熔炼能耗显著下降，生产成本低。
预还原产品根据本发明实施例的方法，通过控制还原过程的镍铁的还原率以及预还原产品中的残炭量，在熔分过程中配加少量的Fe2O3，配入的Fe2O3通过DRI中碳的还原可部分生成FeO，可使预还原产品中FeO的深还原减少，从而增加了炉渣中FeO的含量，使镍铁合金中镍含量增加，达20％以上，同时，还使炉渣粘度降低，流动性增强，促使渣铁分离，并且，可以使熔炼温度从1600℃降低到1500℃，冶炼能耗减小，生产成本降低；此外，Fe2O3还可以与渣中NiO发生反应生成NiFe2O4，NiFe2O4比NiO更易被还原，从而降低渣铁分离过程冶炼温度并避免加入大量的造渣剂，炉内渣量较现有技术显著降低。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
利用本发明的方法，对红土镍矿(镍含量为1.84％，铁含量为18％)进行处理，具体步骤如下：
(1)将红土镍矿晾晒、烘干后，破碎至2mm以下，配入红土镍矿重量的15％的煤粉，红土镍矿重量重量的8％助熔剂，混合均匀，得到混合物料；
(2)将混合物料进行对辊压球处理，得到椭球状球团；
(3)将球团进行烘干处理；
(4)将烘干的球团输送至预还原炉进行直接还原，还原温度从初始1150℃逐渐升高至1280℃，还原时间为45min，得到热态预还原产品，其金属化率范围为62～65％，碳质量分数为3.5～3.6％；
(5)将热态预还原产品输送进入熔炼炉，进行渣铁分离，熔炼炉温度范围为1450～1580℃，熔炼过程中根据预还原产品的熔化状态，根据物料的熔化状态，分批次加入2％的造渣剂、3％Fe2O3，总的熔炼时间为40min，获得镍铁合金和冶炼完成后的炉渣，其中，炉渣的主要成分为：ω(FeO)17～18％，ω(SiO2)38～43％，ω(CaO)6～7％，ω(MgO)22～25％，镍铁合金中TFe：72～74％，Ni:18～19％，P<0.04％，S<0.05％。铁回收率35～37％，镍回收率>98％。
实施例2
利用本发明的方法，对红土镍矿(镍含量为1.84％，铁含量为18％)进行处理，具体步骤如下：
(1)将红土镍矿晾晒、烘干后，破碎至2mm以下，配入红土镍矿重量的13％的煤粉，红土镍矿重量重量的10％助熔剂，混合均匀，得到混合物料；
(2)将混合物料进行对辊压球处理，得到椭球状球团；
(3)将球团进行烘干处理；
(4)将烘干的球团输送至预还原炉进行直接还原，还原温度从初始1250℃逐渐升高至1300℃，还原时间为45min，得到热态预还原产品，其金属化率范围为72～76％，碳质量分数为3.2～3.4％；
(5)将热态预还原产品输送进入熔炼炉，进行渣铁分离，熔炼炉温度范围为1450～1580℃，熔炼过程中根据预还原产品的熔化状态，根据物料的熔化状态，分批次加入3％的造渣剂、3.8％Fe2O3，总的熔炼时间为35min，获得镍铁合金和冶炼完成后的炉渣。其中，炉渣的主要成分为：ω(FeO)15～17％，ω(SiO2)38～42％，ω(CaO)8～9％，ω(MgO)22～25％，镍铁合金中TFe：79～81％，Ni:16～17％，P<0.04％，S<0.05％，铁回收率为43～45％，镍回收率>98％。
实施例3
利用本发明的方法，对红土镍矿(镍含量为1.91％，铁含量为20.3％)进行处理，具体步骤如下：
(1)将红土镍矿晾晒、烘干后，破碎至2mm以下，配入红土镍矿重量的11％的煤粉，红土镍矿重量重量的12％助熔剂，混合均匀，得到混合物料；
(2)将混合物料进行对辊压球处理，得到椭球状球团；
(3)将球团进行烘干处理；
(4)将烘干的球团输送至预还原炉进行直接还原，还原温度从初始1150℃逐渐升高至1280℃，还原时间为45min，得到热态预还原产品，其金属化率范围为52～56％，碳质量分数为2.6～2.9％；
(5)将热态预还原产品输送进入熔炼炉，进行渣铁分离，熔炼炉温度范围为1450～1580℃，熔炼过程中根据预还原产品的熔化状态，根据物料的熔化状态，分批次加入3％的造渣剂、1.2％Fe2O3，总的熔炼时间为40分钟，获得镍铁合金和冶炼完成后的炉渣。其中，炉渣的主要成分为：ω(FeO)18～19％，ω(SiO2)41～42％，ω(CaO)10～11％，ω(MgO)22～23％，镍铁合金中TFe：76～78％，Ni:20～21％，P<0.04％，S<0.05％。铁回收率为38～40％，镍回收率>98％。
实施例4
利用本发明的方法，对红土镍矿(镍含量为1.91％，铁含量为20.3％)进行处理，具体步骤如下：
(1)将红土镍矿晾晒、烘干后，破碎至2mm以下，配入红土镍矿重量的14％的煤粉，红土镍矿重量重量的10％助熔剂，混合均匀，得到混合物料；
(2)将混合物料进行对辊压球处理，得到椭球状球团；
(3)将球团进行烘干处理；
(4)将烘干的球团输送至预还原炉进行直接还原，还原温度从初始1250℃逐渐升高至1320℃，还原时间为45min，得到热态预还原产品，其金属化率范围为72～76％，碳质量分数3.5％；
(5)将热态预还原产品输送进入熔炼炉，进行渣铁分离，熔炼炉温度范围为1450～1580℃，熔炼过程中根据预还原产品的熔化状态，根据物料的熔化状态，分批次加入3％的造渣剂、1.2％Fe2O3，总的熔炼时间为40分钟，获得镍铁合金和冶炼完成后的炉渣。其中，炉渣的主要成分为：ω(FeO)14～16％，ω(SiO2)43～44％，ω(CaO)8～10％，ω(MgO)23～24％，镍铁合金中TFe：76～78％，Ni:13～14％，P<0.04％，S<0.05％。铁回收率为50～52％，镍回收率>98.7％。
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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种红土镍矿的处理方法，其特征在于，包括：
将所述红土镍矿、还原剂和助熔剂进行混合，以便得到原料混合物；
将所述原料混合物进行制粒，以便得到混合物料；
将所述混合物料进行还原焙烧处理，以便得到预还原产品；以及
将所述预还原产品进行熔分处理，并在所述熔分处理过程中，加入造渣剂和三氧化二铁，以便获得镍铁合金，
其中，所述预还原产品与三氧化二铁的质量比为100：(1-5)，
所述预还原产品的金属化率为50-80％，且所述预还原产品中所述还原剂的质量分数为(2-5)％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红土镍矿、所述还原剂和所述助熔剂的质量比为100：(6-15)：(5-10)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原焙烧处理是在1100-1350摄氏度的条件下进行35-50分钟。
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