CN105671305A - 一种利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法 - Google Patents

一种利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法，包括将红土镍矿原矿加工成直径小于1mm的矿粉；将矿粉与干燥剂混合搅拌进行干燥；将矿粉与碳质还原剂粉末搅拌均匀后，加入饱和盐卤水或盐卤粉搅拌均匀；将上述产物压制成球团或矿饼后，送入烧结炉中进行焙烧，焙烧温度为900-1200℃，焙烧时间为45-90分钟；焙烧完成后，对球团或矿饼进行水淬，水淬后研磨至颗粒直径小于0.5mm的矿粉，先强磁磁选出磁性矿粉，再从磁性矿粉中弱磁磁选出镍铁精粉。本发明方法具有能耗低、工艺流程短、生产效率高、回收率高、原料适应性强、操作简单、成本低、设备检修率低，适宜大规模连续化生产等优点。

Description

一种利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，特别涉及一种利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿以获得镍铁精粉的方法。
背景技术
目前在实际生产中，大多采用在高温下以碳质还原剂直接还原红土镍矿获得镍铁的工艺。
采用碳质还原剂直接还原红土镍矿主要有三个问题：
1、红土镍矿中镍和铁的总含量一般不会超过25％，甚至一些低铁红土镍矿的镍和铁的总含量不超过20％，也就是说，红土镍矿中无用的脉石含量高达70～80％，由于脉石含量过高，如果在低于1200℃采用碳质还原剂直接还原，红土镍矿中的镍和铁元素在高温下可以被还原，但由于脉石含量过多且温度并未达到镍铁的熔点，大量的脉石会阻碍还原成的金属化镍铁的形成和富集，甚至一些镍或铁元素会在高温下与红土镍矿中的硅、镁杂质结合成更复杂的化合物(如橄榄石等)而无法被分离出来，最终造成金属化镍铁的回收率低下的问题。
2、如果把还原温度提高到1400℃以上，利用高温将镍铁液化，再将较重的镍铁水富集并和较轻的脉石分离，大量的能耗被用于加热红土镍矿中70％-80％无用的脉石并保持到与液化镍铁水完全分离为止，直接造成能源的浪费和生产成本的上升，现有的利用高炉或矿热炉生产镍铁工艺就属于这类型的工艺。
3、目前还有一种是利用回转窑、竖窑等烧结设备在1200℃-1300℃采用碳质还原剂直接还原红土镍矿的工艺，由于还原温度接近或达到金属化镍铁熔融的温度，部分熔融或半熔融状态的金属化镍铁会夹杂着脉石粘连在窑壁或出料口上，使用一段时间后便会出现结窑的问题，而一旦出现结窑，就需要停产清窑，不仅影响生产的连续性，而且结窑的清理难度大，成本高，无法长期大规模的生产，因此这种工艺在实际生产中极少运用，目前日本大江山冶炼厂运用这种工艺进行小规模生产，俗称大江山工艺。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种镍铁回收率高、能耗低、可连续化大规模生产的利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法，包括以下步骤：
步骤1、将红土镍矿原矿用孔径为50mm的筛网分筛成块矿和粉矿，把分筛出来的块矿粗破碎成直径小于50mm后与分筛出来的粉矿混合，继续细破碎或研磨成颗粒直径小于1mm的矿粉；
步骤2、将上述矿粉与相当于矿粉质量5-20％的干燥剂混合搅拌进行干燥，所述干燥剂为生石灰和氯化钙中的一种或混合物；
步骤3、将混合有干燥剂的矿粉与碳质还原剂粉末搅拌均匀后，加入饱和盐卤水或盐卤粉搅拌均匀；
所述碳质还原剂选自碳粉、焦炭粉、石墨粉和煤粉中的一种或二种以上，粉体的直径小于0.5mm，碳质还原剂的加入量为混合有干燥剂的矿粉质量的5-10％；饱和盐卤水或盐卤粉的加入量为混合有干燥剂的矿粉质量的10-30％；
步骤4、利用矿粉压制机将步骤3所得产物压制成球团或矿饼后，送入烧结炉中进行焙烧，焙烧温度为900-1200℃，焙烧时间为45-90分钟；
步骤5、焙烧完成后，立即对球团或矿饼进行水淬，将水淬后的球团或矿饼研磨至颗粒直径小于0.5mm的矿粉后，先利用3000高斯以上的强磁磁选机从研磨后的矿粉中分离出磁性矿粉，再利用1500高斯以下的弱磁磁选机从磁性矿粉中分离出镍铁精粉。
本发明的有益效果在于：相比现有技术，本发明方法具有能耗低、工艺流程短、生产效率高、回收率高、原料适应性强、操作简单、成本低、设备检修率低，适宜大规模连续化生产等优点。
附图说明
图1所示为本发明实施例的利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法的工艺流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：采用盐卤和碳质还原剂氯化焙烧还原红土镍矿以获得镍铁精粉。
请参照图1所示，本发明实施例的利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法，包括以下步骤：
步骤1、将红土镍矿原矿用孔径为50mm的筛网分筛成块矿和粉矿，把分筛出来的块矿粗破碎成直径小于50mm后与分筛出来的粉矿混合，继续细破碎或研磨成颗粒直径小于1mm的矿粉；
步骤2、将上述矿粉与相当于矿粉质量5-20％的干燥剂混合搅拌进行干燥，所述干燥剂为生石灰和氯化钙中的一种或混合物；
步骤3、将混合有干燥剂的矿粉与碳质还原剂粉末搅拌均匀后，加入饱和盐卤水或盐卤粉搅拌均匀；
所述碳质还原剂选自碳粉、焦炭粉、石墨粉和煤粉中的一种或二种以上，粉体的直径小于0.5mm，碳质还原剂的加入量为混合有干燥剂的矿粉质量的5-10％；饱和盐卤水或盐卤粉的加入量为混合有干燥剂的矿粉质量的10-30％；
步骤4、利用矿粉压制机将步骤3所得产物压制成球团或矿饼后，送入烧结炉中进行焙烧，焙烧温度为900-1200℃，焙烧时间为45-90分钟；
步骤5、焙烧完成后，立即对球团或矿饼进行水淬，将水淬后的球团或矿饼研磨至颗粒直径小于0.5mm的矿粉后，先利用3000高斯以上的强磁磁选机从研磨后的矿粉中分离出磁性矿粉，再利用1500高斯以下的弱磁磁选机从磁性矿粉中分离出镍铁精粉。
其中，步骤2采用干燥剂混合搅拌进行干燥，干燥后的红土镍矿矿粉粘性会大幅度下降，无需烘干，便能与碳质还原剂搅拌均匀。因此本发明无须对红土镍矿原矿进行预烧结或烘干，能耗低、工艺流程短、生产效率高。
其中，所述的盐卤，是指将海水或盐湖水制盐去除氯化钠(NaCl)后残留于盐池内的母液蒸发冷却后析出的结晶形成的卤块，主要成分为氯化镁(MgCl2)。饱和盐卤水，则是将盐卤溶解于水后形成的饱和溶液。盐卤粉是加工成粉末状的盐卤或盐卤水合物晶体。
其中，烧结炉可以采用电加热方式或采用天然气、液化石油气或煤气的燃气加热方式进行加热焙烧。
其中，步骤5在焙烧完成后，立即对球团或矿饼进行水淬，水淬的目的在于防止球团或矿饼中还原形成的镍铁金属颗粒在冷却的过程中被氧化并散失磁性。
其中，步骤5中，经过3000高斯以上的强磁磁选机进行强磁磁选后，磁性矿粉被分离出来，剩下的是以脉石和非磁性铁氧化物为主的非磁性矿物，即图1所示的非磁尾矿，这部分非磁尾矿可作为废料处理或另行处理。强磁磁选后，再经过1500高斯以下的弱磁磁选机进行弱磁磁选，可从磁性矿粉中分离出本发明的最终成品——镍铁精粉，镍铁精粉中的镍元素含量为原矿镍元素含量的1.5倍以上，分离后剩余的磁性矿物即图1所示的磁性尾矿。由于磁性尾矿中仍包含有少量的镍、铁元素，因此可将其回收利用，加入到步骤2的矿粉中进行混合，重复步骤2至5再次回收镍铁精粉，从而进一步提高金属镍和金属铁的回收率。
采用盐卤焙烧还原红土镍矿的方法能够很好的解决碳质还原剂直接还原红土镍矿工艺的问题。首先，焙烧过程中，红土镍矿中的镍、铁元素先与盐卤反应生成镍、铁的氯化物，镍、铁的氯化物在较低温度下发生气化(氯化铁沸点为315℃，氯化镍沸点为987℃)，气化后的镍、铁氯化物在中性还原气氛中迅速吸附在固态碳质还原剂(如焦炭)表面，并且不断聚集生长还原形成镍铁金属颗粒，从而有效避免镍、铁元素与其他杂质生成复杂的化合物(如铁镁橄榄石等)，提高了最终镍铁精粉的回收率；其次，采用盐卤焙烧最佳的反应温度在900-1200℃之间，这样的还原温度较低，能够降低能耗，节约成本。
采用去除氯化钠(NaCl)后以氯化镁(MgCl2)为主的盐卤作为氯化剂，主要有两个方面的原因：首先，盐卤可以通过海水或盐湖水制盐方便制得，较其它氯化剂成本低廉且极易获得；其次，在实际生产中，我们发现采用以氯化镁(MgCl2)为主的氯化剂与采用以氯化钠(NaCl)为主的氯化剂相比，在焙烧后磁选获得的镍铁精矿中，镍和铁元素有更高的回收率。
采用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿的方法无须对红土镍矿原矿进行预烧结或烘干，采用盐卤(主要成分为MgCl2)作为氯化剂成本低廉且极易获得，焙烧温度不超过1200℃，采用物料与支撑物料的台面相对静止的烧结炉，既节约能耗又不会因金属化的镍铁熔融或半熔融粘连窑壁或出料口造成结窑的问题，可连续化大规模生产。
经过测试，采用本发明方法，镍铁精粉中镍的回收率可达85％以上，铁的回收率在70％以上，制得的镍铁精粉中，镍的含量可达4-6wt％，铁的含量可达25-40wt％。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：相比现有技术，本发明方法具有能耗低、工艺流程短、生产效率高、回收率高、原料适应性强、操作简单、成本低、设备检修率低，适宜大规模连续化生产等优点。
进一步的，步骤1中，所述红土镍矿原矿为平均镍元素含量不小于1wt％，平均铁元素含量不小于10wt％的氧化镍矿。
进一步的，步骤4中，所述球团为直径小于10cm的圆柱形、圆形、椭圆形、纺锤形或鹅蛋形的实心球团，所述矿饼为直径小于30cm、厚度小于50cm的方形或圆形的带有单个通孔或多个通孔的饼状体。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：采用上述尺寸和结构的球团或矿饼，有利于充分反应焙烧，缩短焙烧时间。
进一步的，步骤4中，所述烧结炉为物料与支撑物料的台面相对静止的台车式烧结炉、网带式烧结炉或推板式烧结炉。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：采用物料与支撑物料的台面相对静止的烧结炉，既节约能耗又不会因金属化的镍铁熔融或半熔融粘连窑壁或出料口造成结窑的问题，从而实现连续化大规模生产。
进一步的，将磁性矿粉分离出镍铁精粉后剩余的磁性矿物回收加入到步骤2的矿粉中进行混合，重复步骤2至5再次回收镍铁精粉。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：将磁性尾矿回收利用，可进一步提高金属化镍铁的回收率，提高原料利用率。
实施例一：
步骤1、将镍含量为1.62wt％，铁含量为13.32wt％，水分含量为28.25wt％的红土镍矿原矿用孔径为50mm的筛网分筛成块矿和粉矿，把分筛出来的块矿粗破碎成直径小于50mm后与分筛出来的粉矿混合，继续细破碎或研磨成颗粒直径小于1mm的矿粉，其中小于0.3mm的矿粉占比为70wt％；
步骤2、将上述矿粉与相当于矿粉质量10％的生石灰混合搅拌进行干燥，混合矿的含水量降至22.56wt％；
步骤3、将混合有生石灰的矿粉与直径小于0.5mm的焦炭粉搅拌均匀后，加入盐卤粉搅拌均匀；焦炭粉的加入量为混合有生石灰的矿粉质量的5％；盐卤粉的加入量为混合有生石灰的矿粉质量的10％；
步骤4、利用矿粉压制机将步骤3所得产物压制成直径小于10cm的圆形的实心球团，送入烧结炉中进行焙烧，焙烧温度为950℃，焙烧时间为90分钟；
所述烧结炉为物料与支撑物料的台面相对静止的推板式烧结炉。
步骤5、焙烧完成后，立即对球团进行水淬，将水淬后的球团研磨至颗粒直径小于0.5mm的矿粉后，先利用4000高斯的强磁磁选机从研磨后的矿粉中分离出磁性矿粉，再利用1000高斯的弱磁磁选机从磁性矿粉中分离出镍铁精粉。
经测试，镍铁精粉中镍元素的回收率为85.6％，铁元素的回收率75.3％，制得的镍铁精粉中，镍的含量为4.32wt％，铁的含量为31.26wt％。
实施例二：
步骤1、将镍含量为1.85wt％，铁含量为18.46wt％，水分含量34.26％的红土镍矿原矿用孔径为50mm的筛网分筛成块矿和粉矿，把分筛出来的块矿粗破碎成直径小于50mm后与分筛出来的粉矿混合，继续细破碎或研磨成颗粒直径小于1mm的矿粉，其中小于0.5mm的矿粉占比为60wt％；
步骤2、将上述矿粉与相当于矿粉质量20％的二水氯化钙混合搅拌进行干燥，混合矿的含水量降至20.83％；
步骤3、将混合有氯化钙的矿粉与直径小于0.5mm的碳粉搅拌均匀后，加入饱和盐卤水搅拌均匀；碳粉的加入量为混合有氯化钙的矿粉质量的10％；饱和盐卤水的加入量为混合有氯化钙的矿粉质量的30％；
步骤4、利用矿粉压制机将步骤3所得产物压制成直径小于30cm、厚度小于50cm的圆形的带有多个通孔的饼状体，送入烧结炉中进行焙烧，焙烧温度为1150℃，焙烧时间为50分钟；
所述烧结炉为物料与支撑物料的台面相对静止的网带式烧结炉。
步骤5、焙烧完成后，立即对矿饼进行水淬，将水淬后的矿饼研磨至颗粒直径小于0.5mm的矿粉后，先利用3000高斯的强磁磁选机从研磨后的矿粉中分离出磁性矿粉，再利用800高斯的弱磁磁选机从磁性矿粉中分离出镍铁精粉。
经测试，镍铁精粉中镍的回收率为86.3％，铁的回收率为78.4％，制得的镍铁精粉中，镍的含量为5.83wt％，铁的含量为39.36wt％。
实施例三
步骤1、将镍含量为1.32wt％，铁含量为11.46wt％，水分含量30.43％的红土镍矿原矿用孔径为50mm的筛网分筛成块矿和粉矿，把分筛出来的块矿粗破碎成直径小于50mm后与分筛出来的粉矿混合，继续细破碎或研磨成颗粒直径小于1mm的矿粉，其中小于0.2mm的矿粉占比为60wt％；
步骤2、将上述矿粉与相当于矿粉质量10％的干燥剂混合搅拌进行干燥，所述干燥剂为生石灰和氯化钙的混合物，混合矿的含水量降至22.87％；
步骤3、将混合有干燥剂的矿粉与直径小于0.5mm的碳质还原剂粉末搅拌均匀后，加入饱和盐卤水搅拌均匀；所述碳质还原剂粉末为碳粉、焦炭粉、石墨粉和煤粉的混合物，碳质还原剂粉末的加入量为混合有干燥剂的矿粉质量的8％；饱和盐卤水的加入量为混合有干燥剂的矿粉质量的20％；
步骤4、利用矿粉压制机将步骤3所得产物压制成直径为20cm、厚度为30cm的圆形的带有多个通孔的饼状体，送入烧结炉中进行焙烧，焙烧温度为1050℃，焙烧时间为60分钟；
所述烧结炉为物料与支撑物料的台面相对静止的台车式烧结炉。
步骤5、焙烧完成后，立即对矿饼进行水淬，将水淬后的矿饼研磨至颗粒直径小于0.5mm的矿粉后，先利用3000高斯的强磁磁选机从研磨后的矿粉中分离出磁性矿粉，再利用1200高斯的弱磁磁选机从磁性矿粉中分离出镍铁精粉。
经测试，镍铁精粉中镍的回收率为84.5％，铁的回收率为77.6％，制得的镍铁精粉中，镍的含量为4.06wt％，铁的含量为32.02wt％。
综上所述，本发明提供的利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法，具有能耗低、工艺流程短、生产效率高、回收率高、原料适应性强、操作简单、成本低、设备检修率低，适宜大规模连续化生产等优点。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将红土镍矿原矿用孔径为50mm的筛网分筛成块矿和粉矿，把分筛出来的块矿粗破碎成直径小于50mm后与分筛出来的粉矿混合，继续细破碎或研磨成颗粒直径小于1mm的矿粉；
步骤2、将上述矿粉与相当于矿粉质量5-20％的干燥剂混合搅拌进行干燥，所述干燥剂为生石灰和氯化钙中的一种或混合物；
步骤3、将混合有干燥剂的矿粉与碳质还原剂粉末搅拌均匀后，加入饱和盐卤水或盐卤粉搅拌均匀；
所述碳质还原剂选自碳粉、焦炭粉、石墨粉和煤粉中的一种或二种以上，粉体的直径小于0.5mm，碳质还原剂的加入量为混合有干燥剂的矿粉质量的5-10％；饱和盐卤水或盐卤粉的加入量为混合有干燥剂的矿粉质量的10-30％；
步骤4、利用矿粉压制机将步骤3所得产物压制成球团或矿饼后，送入烧结炉中进行焙烧，焙烧温度为900-1200℃，焙烧时间为45-90分钟；
步骤5、焙烧完成后，立即对球团或矿饼进行水淬，将水淬后的球团或矿饼研磨至颗粒直径小于0.5mm的矿粉后，先利用3000高斯以上的强磁磁选机从研磨后的矿粉中分离出磁性矿粉，再利用1500高斯以下的弱磁磁选机从磁性矿粉中分离出镍铁精粉。
2.根据权利要求1所述的利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法，其特征在于：步骤1中，所述红土镍矿原矿为平均镍元素含量不小于1wt％，平均铁元素含量不小于10wt％的氧化镍矿。
3.根据权利要求1所述的利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法，其特征在于：步骤4中，所述球团为直径小于10cm的圆柱形、圆形、椭圆形、纺锤形或鹅蛋形的实心球团，所述矿饼为直径小于30cm、厚度小于50cm的方形或圆形的带有单个通孔或多个通孔的饼状体。
4.根据权利要求1所述的利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法，其特征在于：步骤4中，所述烧结炉为物料与支撑物料的台面相对静止的台车式烧结炉、网带式烧结炉或推板式烧结炉。
5.根据权利要求1所述的利用盐卤氯化焙烧还原红土镍矿制镍铁精粉的方法，其特征在于：将磁性矿粉分离出镍铁精粉后剩余的磁性矿物回收加入到步骤2的矿粉中进行混合，重复步骤2至5再次回收镍铁精粉。
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