CN105586498B

CN105586498B - 高效梯级叉分式回转还原炉直接还原生产镍铁的方法

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Publication number: CN105586498B
Application number: CN201610143793.1A
Authority: CN
Inventors: 李宾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2017-09-26
Anticipated expiration: 2036-03-14
Also published as: CN105586498A; WO2017157092A1

Abstract

本发明提供一种高效梯级叉分式回转还原炉直接还原生产镍铁的方法，包括：红土镍矿原料筛分、加入煤粉和添加剂进行混料，压球，送入回转窑主窑身行脱水，预还原料，然后送入副窑身进行熔炼。该回转还原炉包括：主窑身，两个副窑身，梯级叉分式主支架，其中该梯级叉分式主支架中有一可左右摆动的控制闸门，用于控制预还原料的输送方向，并且在窑内砌筑有挡料坝，可加强物料的搅拌和传热。本发明提供的高效梯级叉分式回转还原炉解决了回转窑熔炼结圈，无法连续生产的问题，当一个副窑身停机维修，另一个(备用)副窑身及时进行熔炼，不影响直接还原镍铁流水线的连续生产，实现了正常生产。

Description

高效梯级叉分式回转还原炉直接还原生产镍铁的方法

技术领域

本发明属于有色金属冶金领域，具体涉及一种高效梯级叉分式回转还原炉直接还原生产镍铁的方法。

背景技术

红土镍矿占全球镍资源的70％以上，储存量远大于硫化矿，有资源优势，近年鲜有大型硫化镍矿发现；加大红土镍矿开发成为必然。

2010年，世界镍消费量146.4万t，中国镍消费53.4万t，占全球镍消费量36％左右。镍消费在各行业中越来越多的应用，特别是在不锈钢生产应用中占60％。而不锈钢的使用越来越广泛，不锈钢生产使用镍铁比例逐年在增加。

传统镍铁的冶炼主要有高炉冶炼、电炉还原冶炼和回转窑干燥-回转窑还原-电炉还原冶炼(RKEF工艺)。上述方法，都能生产出不同品位的镍铁产品。然而，高炉冶炼和电炉还原冶炼均不同程度地存在污染重、能耗高、资源利用水平低的问题。

而大型焙烧还原回转窑是整个红土镍矿冶炼工艺流程中关键设备之一，矿石经干燥后进入回转窑，在回转窑内加热到800℃后去除矿石表面水分及结晶水，并部分还原矿石中的铁、镍和钴氧化物，进入电炉熔炼。

回转窑工艺与RKEF、高炉法或电炉法等工艺相比有如下优点：

(1)熔炼的主要能源为煤，而不是昂贵的焦炭或电能。

(2)原料的自由选择，可用东南亚的各种红土镍矿。

(3)所产高镍镍铁质量高(含Ni10％-20％左右)，可直接用作不锈钢的生产原料。

(4)同时可作为钢水熔炼时的冷却剂。

然而回转窑工艺最大的问题在于熔炼过程中的结圈问题，为了清理结圈，回转窑平均半个月到一个月(最长两个月)就要进行停机维修，打掉结圈后才能继续生产，这对于生产的连续性影响非常大，严重影响生产的进程，现有的解决方案都是在优化还原温度、还原剂的配料比等方面做努力，最多只能延缓结圈进程而无法彻底解决回转窑结圈造成的生产工艺不连续(除圈周期15天以上并严重损伤回转窑耐火材料)，需经常停机维修的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效梯级叉分式回转还原炉直接还原生产镍铁的方法，该方法在干燥、预还原、熔炼阶段，将易于结圈的熔炼段与干燥和预还原段分开，并且将熔炼段设为两组，一组为生产组进行生产，另一组为备用组，当生产组出现结圈而不适于生产时，备用组转换为生产组进行生产，而原生产组转换为备用组进行去除结圈的作业，从而实现生产的连续性。

本发明的另一目的在于提供上述方法使用的高效梯级叉分式回转还原炉。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种用高效梯级叉分式回转还原炉直接还原生产镍铁的方法，包括以下工艺步骤：

1)将红土镍矿湿矿筛分破碎至80mm以下，送入干燥机进行烘干处理，至含水量占红土镍矿总重量≤18wt％，然后筛分破碎至红土镍矿粒度小于3mm的占80％以上；

2)将红土镍矿配入固体燃料、熔剂和电除尘灰进行混料，压制成球，压球大小为10mm-20mm，使用窑尾筛分装置筛分后送入一高效梯级叉分式回转还原炉的主窑身进行干燥预热和预还原，然后预还原料送入该高效梯级叉分式回转还原炉的两个副窑身中的一个进行高温熔炼；

3)高温熔炼后的烧结矿从该副窑身窑头排出，落入捞渣机内进行水淬处理；

4)将水淬后的烧结矿经过破碎、球磨、旋流器分级，再次球磨，经磁铁器干选出部分镍铁粉后继续将烧结矿送入球磨机进行磨矿，使得粒度为-200目的达到80％以上，经磁选机选出镍铁精粉进行脱水处理，分离出的尾矿渣使用压滤机进行脱水压滤干堆；

5)窑尾高温废气通过管道引入烘干机进行余热利用，在干燥机干燥，高效梯级叉分式回转还原炉预还原和焙烧过程中产生的烟尘使用电除尘设备进行除尘，烟气引入脱硫塔进行脱硫净化，最后排入大气，电除尘灰制粒后返回原矿配料；

其中，当副窑身结圈时，使用另一副窑身进行熔炼，该结圈副窑身停机检修。

优选地，所述熔剂为白云石和石灰石，所述熔剂为白云石和石灰石，白云石和石灰石的加入重量比为1-3:2-4，二者加入总量为红土镍矿重量的3-8wt％，二者粒度均为-3mm。

优选地，所述固体燃料为焦粉或无烟煤，加入量为红土镍矿重量的10-20wt％，二者粒度均为-3mm。

优选地，所述干燥温度为300～600℃，干燥时间为50～80min；预还原温度为600～1000℃，预还原时间为90～180min；熔炼温度为1350～1500℃，熔炼时间为120～180min。

优选地，所述高效梯级叉分式回转还原炉包括：一主窑身，两个副窑身，一梯级叉分式主支架；

其中，该主窑身由主窑身支架组托设，该主窑身支架组上设有托轮，与套设于主窑身上的大齿圈咬合，从而支撑该主窑身，该主窑身支架组上还设有使该主窑身在托轮上旋转的驱动及传动装置，该主窑身呈倾斜放置，位置相对较高的上端为主窑身窑尾，位置相对较低的下端为主窑身窑头，该主窑身靠近该主窑身窑尾端为干燥段，紧邻干燥段并至该主窑身窑头端的部分为预还原段；

该两个副窑身分别设于主窑身两侧，并接近于主窑身窑头位置；各该副窑身分别由一副窑身支架托设，各该副窑身支架上设有托轮，与套设于各该副窑身上的大齿圈咬合，从而支撑各该副窑身，各该副窑身支架上还设有使各该副窑身在托轮上旋转的驱动及传动装置，各该副窑身呈倾斜放置，位置相对较高的上端为副窑身窑尾，位置相对较低的下端为副窑身窑头，各该副窑身整体设为熔炼段；

该主窑身和各该副窑身的斜度的为2.5％，并且主窑身窑头位置高于副窑身窑尾；

该梯级叉分式主支架呈“个”字形，该梯级叉分式主支架的上部的“人”字部分为输出部，支架下部为支撑部；该输出部由中空的管道构成，“人”字顶部开口，用于承接主窑身窑头送出的红土镍矿，在开口内部设有一可左右摆动的控制闸门，用于控制预还原料的输送方向；“人”字底部左右两端各有一水平开口的出料口，各该出料口，与各该副窑身窑尾通过密封部分别连接。

优选地，所所述副窑身内部窑壁上由镁铝尖晶石复合砖砌筑成3-5道环形挡料坝，该挡料坝与副窑身垂直，高度为相应窑身直径的八分之一至十分之一。

本发明还提供一种高效梯级叉分式回转还原炉，包括：一主窑身，两个副窑身，一梯级叉分式主支架；

优选地，所述主窑身和所述副窑身内部窑壁上由镁铝尖晶石复合砖砌筑成3-5道环形挡料坝，该挡料坝与副窑身垂直，高度为相应窑身直径的八分之一至十分之一。

本发明所用高效梯级叉分式回转还原炉直接还原红土镍矿生产镍铁的过程中相关的其他设备，如压球设备、混料设备、进料设备、喷煤设备(如喷煤管，鼓风机，粉煤仓等)、烘干设备、烟气除尘和净化设备等均使用现有技术设备。

其中，根据回转窑型号的大小匹配两通道、三通道或四通道的不同喷煤燃烧装置喷吹烟煤燃烧发热，具有燃烧充分，火焰活泼有力，不伤窑皮，可维修性强，后期维修费用低，工作性能稳定可靠。

本发明的优点为：

1.改变回转窑结构

本发明提供的高效梯级叉分式回转还原炉将窑身的熔炼段(副窑身)与干燥段和预还原段(主窑身)分开，并且配备两个熔炼段，当一个熔炼段发生结圈情况时，控制阀门可以控制红土镍矿预还原料进入另一个熔炼段继续生产，而该结圈熔炼段则进行停机清理，使得整个生产过程得以连续进行，无需在熔炼段结圈时将整机进行停机处理，造成生产的中断；同时在除掉结圈过程中往往会破坏回转窑的耐火材料层，红土镍矿烧熔状态对耐火材料的侵蚀也较大，采用将熔炼段与干燥段和预还原段分开，在除圈时仅会损伤熔炼段的耐火材料而不会将回转还原炉整体的耐火材料破坏，从而无需全窑更换耐火材料，节约了成本。

2.优化回转窑结构

为了防止梯级叉分式回转还原炉结圈，还对其内部设计进行了优化：使用高温防腐耐火材料镁铝尖晶石复合砖在窑内(主窑身和副窑身)砌筑成挡料坝，使得物料在窑内停留时间延长，分布均匀，受热均匀，防止由于受热不均造成的结块。

3.优化生产条件，控制结圈

添加碱性药剂白云石粉和石灰石粉，调节反应pH，降低由于酸性环境造成的易结圈问题。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的高效梯级叉分式回转还原炉及采用该回转窑直接还原生产镍铁的方法，可通过改变原有回转窑的结构以及控制结圈条件，使得回转窑只需一年彻底停机一次进行维修即可，而不是像过去那样半个月到一个月就停机维修一次，实现了生产的连续性，提高镍铁回收率，节约冶炼成本。

附图说明

图1为本发明提供的梯级叉分式回转还原炉的侧视图。

图2为本发明提供的梯级叉分式回转还原炉的俯视图。

图3为本发明提供的梯级叉分式回转还原炉的主窑身窑尾端视图。

图4为本发明提供的梯级叉分式回转还原炉的主窑身窑头端视图。

图5为本发明提供的梯级叉分式回转还原炉的整体结构的立体示意图。

图6为本发明提供的梯级叉分式回转还原炉的梯级叉分式主支架的剖面图。

附图标记

1：主窑身；2：副窑身；3：主窑身支架组；4：副窑身支架；5：电机；6：梯级叉分式主支架；61：输出部；62：支撑部；63：出料口；64：密封部；7：托轮；8：齿轮；9：大齿圈；11：主窑身窑尾；12：主窑身窑头，13：副窑身窑尾；14：副窑身窑头；15：控制阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步地说明。

实施例1试验设备

本发明所用主体设备：高效梯级叉分式回转还原炉：主窑身∮5m×60m，其中干燥段40m，预还原段20m，副窑身∮5m×20m，熔炼段20m；辅助设备由250×150mm颚式破碎机、∮1500mm圆盘制粒机、烟气收尘系统、Testo360型烟气测试仪、终端控制系统等组成。

如图1至图6所示，为本发明提供的一种从镍红土矿中冶炼镍铁的高效梯级叉分式回转还原炉，包括：一主窑身1、两个副窑身2，一梯级叉分式主支架6；其中，该主窑身1由主窑身支架组3托设，该主窑身支架组3上设有托轮7，与套设于主窑身1上的大齿圈9咬合，从而支撑该主窑身1，该主窑身支架组3上还设有使该主窑身1在托轮7上旋转的驱动及传动装置，本实施例中该驱动装置为电机5，其连接一减速机，并通过传动装置齿轮8传动给主窑身1；该主窑身1呈倾斜放置，位置相对较高的上端为主窑身窑尾11，位置相对较低的下端为主窑身窑头12，该主窑身1靠近该主窑身窑尾11端为干燥段，本实施例中长度为40m，紧邻干燥段并至该主窑身窑头12端的部分为预还原段，本实施例中长度为20m；

该两个副窑身2分别设于主窑身1两侧，并接近于主窑身窑头12位置；各该副窑身2分别由一副窑身支架4托设，各该副窑身支架4上设有托轮7，与套设于副窑身2上的大齿圈9咬合，从而支撑各该副窑身2，各该副窑身支架4上还设有使各该副窑身2在托轮7上旋转的驱动及传动装置，本实施例中该驱动装置为电机5，其连接一减速机，并通过传动装置齿轮8传动给副窑身2；各该副窑身2呈倾斜放置，位置相对较高的上端为副窑身窑尾13，位置相对较低的下端为副窑身窑头14，各该副窑身整体设为熔炼段，本实施例中长度为20m；

该主窑身1和各该副窑身2的斜度的为2.5％，并且主窑身窑头12位置高于副窑身窑尾13；

该梯级叉分式主支架6呈“个”字形，其上部的“人”字部分为输出部61，支架下部为支撑部62；该输出部61由中空的管道构成，“人”字顶部开口，用于承接主窑身窑头12送出的红土镍矿预还原料；在开口内部设有一个可左右摆动的控制闸门15，当控制阀门15向一侧摆动并搭接在“人”字顶部开口的一侧边缘上时，红土镍矿预还原料输送到对侧副窑身2，从而控制红土镍矿预还原料的输送方向；“人”字底部左右两端各有一水平开口的出料口63，各该出料口63与各该副窑身窑尾13通过密封部64分别连接。

其中，在所述主窑身1和所述副窑身2内部窑壁上各由镁铝尖晶石复合砖砌筑成4道等间距的环形挡料坝(图中未显示)，该挡料坝高度为300mm。

实施例2

印尼BAHODOPI矿区腐岩型红土镍矿(高镍)，矿平均含Ni 1.76wt％，Co 0.04wt％，Fe 18.21wt％，SiO₂ 35.18wt％，MgO 19.88wt％，含水量35wt％。

工艺步骤：将红土镍矿湿矿筛分破碎至80mm以下，送入干燥机进行烘干处理，至含水量占红土镍矿总重量18wt％，然后筛分破碎至红土镍矿粒度小于3mm的占80％以上；将红土镍矿与固体燃料(无烟煤粉)、熔剂(石灰石粉和白云石粉)按表1比例进行混料，圆盘制粒机压团为20mm，送入高效梯级叉分式回转还原炉主窑身，在干燥段进行脱水，温度为500℃，干燥时间为70min；然后进入预还原段进行预还原，温度为900℃，预还原时间为120min，形成预还原料；预还原料从主窑身窑头排出经过梯级叉分式主支架的管道送入一侧副窑身进行熔炼，熔炼温度为1350℃，熔炼时间为180min。高温熔炼后的烧结矿从副窑身窑头排出，落入捞渣机内进行水淬处理。将水淬后的烧结矿经过破碎、球磨、旋流器分级，再次球磨，经磁铁器干选出部分镍铁粉后继续将烧结矿送入球磨机进行磨矿，使得粒度为-200目的达到80％以上，经磁选机选出镍铁精粉进行脱水处理，分离出的尾矿渣使用压滤机进行脱水压滤干堆。窑尾高温废气通过管道引入烘干机进行余热利用，在干燥机干燥，高效梯级叉分式回转还原炉预还原和焙烧过程中产生的烟尘使用电除尘设备进行除尘，烟气引入脱硫塔进行脱硫净化，最后排入大气，电除尘灰制粒后返回原矿配料。

其中固体燃料和溶剂的化学成分分别见表2和表3所示，生产中用于提高控制结圈的条件见表4所示。烟煤通过喷煤设备喷出燃烧发热，提供直接还原的热能。

表1 红土镍矿原料配比表(wt％)

项目	红土镍矿	无烟煤粉	石灰石粉	白云石粉
					配比	80	15	2	3

表2 燃料化学成分(wt％)

表3 熔剂化学成分(％)

项目	SiO₂	MgO	CaO	AL₂O₃	粒度要求
						石灰石	2.0	1.0	50	0.2	≤3mm，≥80％
白云石	2.3	20	39	0.18	≤3mm，≥80％

表4 生产技术参数指标控制表

在此工艺条件下，镍品位达到10％，镍回收率92％；铁品位达到67％，铁回收率75％，单一副窑身结圈时间延长至4个月以上，副窑身结圈后，通过控制阀门将预还原料通入另一副窑身进行继续生产，结圈副窑身停机除圈。连续生产时间达到一年，中间全生产线无需停产检修，只需将结圈副窑身单独进行除圈作业。

实施例3

印尼BAHODOPI矿区腐岩型红土镍矿(高铁)，矿平均含Ni 0.9wt％，Co0.1wt％，Fe48.19wt％，SiO₂ 4.87wt％，MgO 1.16wt％，含水量34.8％。

工艺步骤：将红土镍矿湿矿筛分破碎至80mm以下，送入干燥机进行烘干处理，至含水量占红土镍矿总重量17.8wt％，然后筛分破碎至红土镍矿粒度小于3mm的占80％以上；将红土镍矿与固体燃料(无烟煤粉)、熔剂(石灰石粉和白云石粉)按表5比例进行混料，圆盘制粒机压团为20mm，送入高效梯级叉分式回转还原炉主窑身，在干燥段进行脱水，温度为600℃，干燥时间为50min；然后进入预还原段进行预还原，温度为1000℃，预还原时间为90min，形成预还原料；预还原料从主窑身窑头排出经过梯级叉分式主支架的管道送入一侧副窑身进行熔炼，熔炼温度为1300℃，熔炼时间为180min。高温熔炼后的烧结矿从副窑身窑头排出，落入捞渣机内进行水淬处理。将水淬后的烧结矿经过破碎、球磨、旋流器分级，再次球磨，经磁铁器干选出部分镍铁粉后继续将烧结矿送入球磨机进行磨矿，使得粒度为-200目的达到80％以上，经磁选机选出镍铁精粉进行脱水处理，分离出的尾矿渣使用压滤机进行脱水压滤干堆。窑尾高温废气通过管道引入烘干机进行余热利用，在干燥机干燥，高效梯级叉分式回转还原炉预还原和焙烧过程中产生的烟尘使用电除尘设备进行除尘，烟气引入脱硫塔进行脱硫净化，最后排入大气，电除尘灰制粒后返回原矿配料。

其中固体燃料和溶剂的化学成分分别见表6和表7所示，生产中用于提高控制结圈的条件见表8所示。烟煤通过喷煤设备喷出燃烧发热，提供直接还原的热能。

表5 红土镍矿原料配比表(wt％)

项目	红土镍矿	焦粉	石灰石粉	白云石粉
					配比	85	12.5	1	1.5

表6 燃料化学成分(wt％)

表7 熔剂化学成分(％)

项目	SiO₂	MgO	CaO	AL₂O₃	粒度要求
						石灰石	1.8	1.0	53	0.18	≤3mm，≥80％
白云石	2.5	25	40	0.2	≤3mm，≥80％

表8 生产技术参数指标控制表

在此工艺条件下，镍品位达到5％，镍回收率75％；铁品位达到65％，铁回收率85％，单一副窑身结圈时间延长至4个月以上，副窑身结圈后，通过控制阀门将预还原料通入另一副窑身进行继续生产，结圈副窑身停机除圈。连续生产时间超过一年，中间全生产线无需停产检修，只需将结圈副窑身单独进行除圈作业。

从上述实施例可以看出，本发明提供的高效梯级叉分式回转还原炉及使用该高效梯级叉分式回转还原炉直接还原红土镍矿生产镍铁的方法，通过使用高效梯级叉分式回转还原炉可以实现生产的连续性，无需进行停机除圈，不会造成生产的中断，实现了生产的可持续性。同时，对红土镍矿的品位没有过高的要求，低铁低镍、低铁高镍的红土矿均可以生产出镍含量5％-25％的镍精粉。比其他火法镍铁冶炼生产工艺节能40％以上。考虑到节能减排，本方法红土镍矿直接还原所使用的还原剂，主要为无烟煤粉和少量熔剂；直接还原所需的热能，来自喷吹烟煤煤粉的燃烧发热。生产过程中产生的热的废气，再进入到预热段，对原料进行预热，完全达到废气的循环利用。

Claims

1.一种高效梯级叉分式回转还原炉直接还原生产镍铁的方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

1)将红土镍矿湿矿筛分破碎至粒度在80mm以下，送入干燥机进行烘干处理，至含水量占红土镍矿总重量≤18wt％，然后筛分破碎至红土镍矿粒度小于3mm的占80％以上；

其中，当副窑身结圈时，使用另一副窑身进行熔炼，该结圈副窑身停机检修；

其中，所述高效梯级叉分式回转还原炉包括：一主窑身，两个副窑身，一梯级叉分式主支架；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔剂为白云石和石灰石，白云石和石灰石的加入重量比为1-3:2-4，二者加入总量为红土镍矿重量的3-8wt％，二者粒度均为-3mm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体燃料为焦粉或无烟煤，加入量为红土镍矿重量的10-20wt％，二者粒度均为-3mm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述干燥温度为300～600℃，干燥时间为50～80min；预还原温度为600～1000℃，预还原时间为90～180min；熔炼温度为1350～1500℃，熔炼时间为120～180min。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述副窑身内部窑壁上由镁铝尖晶石复合砖砌筑成3-5道环形挡料坝，该挡料坝与副窑身垂直，高度为相应窑身直径的八分之一至十分之一。

6.一种高效梯级叉分式回转还原炉，其特征在于，包括：一主窑身，两个副窑身，一梯级叉分式主支架；

7.如权利要求6所述的高效梯级叉分式回转还原炉，其特征在于，所述主窑身和所述副窑身内部窑壁上由镁铝尖晶石复合砖砌筑成3-5道环形挡料坝，该挡料坝与副窑身垂直，高度为相应窑身直径的八分之一至十分之一。