CN105734429B

CN105734429B - 制备富镍合金的方法

Info

Publication number: CN105734429B
Application number: CN201610214805.5A
Authority: CN
Inventors: 王静静; 曹志成; 薛逊; 吴道洪
Original assignee: Jiangsu Province Metallurgical Design Institute Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Province Metallurgical Design Institute Co Ltd
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2018-01-02
Anticipated expiration: 2036-04-07
Also published as: CN105734429A

Abstract

本发明公开了制备富镍合金的方法，该方法包括：将红土镍矿、碳质还原剂和石灰石制成球团，以便得到红土镍矿球团；将红土镍矿球团在高温炉中进行还原焙烧，以便得到还原球团；将还原球团热态送入燃气熔炼装置内在弱氧化气氛下进行熔炼处理，以便获得富镍合金。利用该方法以低廉的煤经过制气技术转化后作为热能来源，无需采用昂贵的电能，因而减少了对电的依存度，大大节省了成本，适合在红土镍矿资源丰富、而电力资源不足的国家和地区投资建厂。另外，通过控制熔炼气氛，最后得到的富镍合金产品中镍品位在20％以上，镍回收率在92％以上，高镍品位的合金价值更大，相对的运输成本更低，因而该方法具有更广阔的市场空间。

Description

制备富镍合金的方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及制备富镍合金的方法。

背景技术

镍具有抗氧化、抗腐蚀、耐高温、强度高等优点，在现代工业中有着广泛的用途，且主要用于不锈钢生产。世界的镍资源主要分为硫化镍矿和红土镍矿，目前，随着可利用硫化镍矿的日益枯竭，红土镍矿的经济开发成为了研究热点。目前，红土镍矿生产主要包括火法和湿法。其中火法生产镍工业应用最广泛的是回转窑-矿热炉工艺，该工艺使用煤作为还原剂，用回转窑对原料进行干燥及预处理，将得到的焙砂送入矿热炉进行还原熔炼。该工艺缺陷：一、存在严重的回转窑结圈现象，影响正常生产；二、整个熔炼工艺使用电能冶炼，电能耗费量大，能耗成本高；三、镍铁合金的镍品位一般在10-14％左右，最高不超过18％。

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镍富集度高、能耗低、成本低、操作环境友好、对电依存度低、适用广泛和工艺简单等优点的制备富镍合金的方法。

为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备富镍合金的方法，该方法包括：

将红土镍矿、碳质还原剂、和石灰石制成球团，以便得到红土镍矿球团；

将所述红土镍矿球团在高温炉中进行还原焙烧，以便得到还原球团；

将所述还原球团热态送入燃气熔炼装置内在弱氧化气氛下进行熔炼处理，以便获得所述富镍合金。

利用该方法以低廉的煤经过制气技术转化后作为热能来源，无需采用昂贵的电能，因而减少了对电的依存度，大大节省了成本，适合在红土镍矿资源丰富、而电力资源不足的国家和地区投资建厂。同时，通过控制燃气熔炼装置内的弱氧化气氛，最后得到的富镍合金产品中镍品位在20％以上，镍回收率在92％以上，高镍品位的合金价值更大，相对的运输成本更低，因而该方法具有更广阔的市场空间。

另外，根据本发明上述实施例的制备富镍合金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，所述弱氧化气氛中氧气含量为3-12体积％，所述弱氧化气氛由通过调节空气与燃气的比例实现。由此操作工艺简单，使得合金中产品镍的相对比例提高，从而得到镍品位20％以上的富镍产品。

在本发明的一些实施例中，所述还原球团中铁的金属化率为40-80重量％，该金属化率范围的选取与后续弱氧化气氛的控制范围相匹配，可得到本发明所述产品。若金属化率低于40％，会由于熔炼后的镍铁产品产量过低导致产品出炉困难；若金属化率过高则会出现以下不利结果：一方面，高金属化率的还原产品造成高能耗，另一方面，会导致产品中铁含量过高而降低合金的镍品位，从而不能得到镍品位20％以上的高镍产品，而基于镍铁合金的市场定价以镍点计价，所以合金中增加的铁量并未能增加产品售卖价值，且会造成运输成本的增加。

在本发明的一些实施例中，基于100重量份的红土镍矿，所述石灰石的用量为5-10重量份。在红土镍矿中，大部分镍赋存于蛇纹石[(Mg,Fe)₃Si₂O₅(OH)₄]内，而在加热过程中，蛇纹石会发生脱羟基反应而生成致密的镁橄榄石[(Mg,Fe)₂SiO₄]，镁橄榄石的生成致使赋存于其中Ni难以还原。而加入石灰石后，其分解产生的CaO优先与蛇纹石中SiO₂反应，抑制了稳定的橄榄石相生成，强化了还原效果。

在本发明的一些实施例中，在进行所述还原焙烧过程中，向所述高温炉中加入添加剂。由此在还原焙烧过程中向上述高温炉中加入添加剂有利于促进含铁、镍硅酸盐矿物分解，并有效降低矿物还原温度，进而降低能耗，减少成本。

在本发明的一些实施例中，基于100重量份的红土镍矿，所述添加剂的用量为1-2重量份。由此，采用1-2重量份的添加剂用于还原反应既能保证含铁、镍硅酸盐矿物分解并降低矿物还原温度，还能降低生产成本。

在本发明的一些实施例中，所述添加剂为碳酸盐、硫酸盐、硼酸盐和碱金属中的至少一种。由此采用的添加剂为碳酸盐、硫酸盐、硼酸盐和碱金属中的至少一种可以更加有效地促进含铁、镍硅酸盐矿物分解，并有效降低矿物还原温度，进而降低能耗，减少成本。

在本发明的一些实施例中，所述高温炉为转底炉、回转窑或者隧道窑，含碳球团在炉内被还原。

在本发明的一些实施例中，所述富镍合金的镍品位大于20重量％。由此制备得到的合金中镍镍品位20％以上合金的运输成本低，市场空间广阔。对于高镍的镍铁合金来讲，合金售价时只以镍点计价，铁并不计入价格中，所以，相对于单位体积的同等合金运输量，镍品位高的合金价值更大，相对的运输成本低，具有更广阔的市场空间。

在本发明的一些实施例中，所述碳质还原剂为煤、兰炭、炭黑、半焦中的一种或几种，碳含量不低于40％，优选地，碳含量不低于60％；且所述碳质还原剂的加入量为理论需碳量的1-1.5倍。由此采用的碳质还原剂为煤、兰炭、炭黑、半焦中一种或集中有利于促进红土镍矿的还原，并充分保证红土镍矿还原反应的进行。另外，采用非焦煤做还原剂，用非焦煤代替了资源匮乏的焦炭，不仅节省了炼焦成本，而且实现了钢铁冶炼过程过程中对稀缺能源的替代，最大限度的合理利用自然资源。

在本发明的一些实施例中，所述红土镍矿中镍的回收率大于92重量％。由此实现红土镍矿高的回收，有利于红土镍矿有效利用，具有更广阔的市场空间。

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。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，下面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。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备富镍合金的方法，该方法包括：将红土镍矿、碳质还原剂、和石灰石制成球团，以便得到红土镍矿球团；将所述红土镍矿球团在高温炉中进行还原焙烧，以便得到还原球团；将所述还原球团热态送入燃气熔炼装置内在弱氧化气氛下进行熔炼处理，以便获得所述富镍合金。

该方法以低廉的煤经过制气技术转化后作为热能来源，无需采用昂贵的电能，因而减少了对电的依存度，大大节省了成本，适合在红土镍矿资源丰富、而电力资源不足的国家和地区投资建厂。同时，通过控制熔炼气氛，使得最后得到的富镍合金产品中镍品位在20％以上，镍回收率高达92％，高镍品位的合金价值更大，相对的运输成本更低，因而该方法具有更广阔的市场空间。

根据本发明的具体实施例，上述制备富镍合金的方法中基于100重量份的红土镍矿，所述石灰石的用量为5-10重量份。在红土镍矿中，大部分镍赋存于蛇纹石[(Mg,Fe)₃Si₂O₅(OH)₄]内，而在加热过程中，蛇纹石会发生脱羟基反应而生成致密的镁橄榄石[(Mg,Fe)₂SiO₄]，镁橄榄石的生成致使赋存于其中Ni难以还原。而加入石灰石后，其分解产生的CaO优先与蛇纹石中SiO₂反应，抑制了稳定的橄榄石相生成，强化了还原效果。

根据本发明的具体实施例，上述碳质还原剂为煤、兰炭、炭黑、半焦中的一种或几种，碳含量不低于40％，优选地，碳含量不低于60％；且上述碳质还原剂的加入量为理论需碳量的1-1.5倍。由此采用的碳质还原剂为煤、兰炭、炭黑、半焦中的一种或几种有利于促进红土镍矿还原。另外，采用非焦煤做还原剂，用非焦煤代替了资源匮乏的焦炭，不仅节省了炼焦成本，而且实现了钢铁冶炼过程过程中对稀缺能源的替代，最大限度的合理利用自然资源。更进一步地，上述碳质还原剂中碳含量不低于60％，由此可以更好地促进红土镍矿的还原反应，碳含量过低，还原反应进行缓慢。另外，上述碳质还原剂的加入量为理论需碳量的1-1.5倍，有利于保证红土镍矿发生还原反应充分进行。根据本发明的具体实施例，进一步包括：在进行上述还原焙烧过程中，向上述高温炉中加入添加剂。由此在还原焙烧过程中向上述高温炉中加入添加剂有利于促进含铁、镍硅酸盐矿物分解，并有效降低矿物还原温度，进而降低能耗，减少成本。

根据本发明的具体实施例，上述添加剂为碳酸盐、硫酸盐、硼酸盐和碱金属中的至少一种。由此采用的添加剂为碳酸盐、硫酸盐、硼酸盐和碱金属中的至少一种可以更加有效地促进含铁、镍硅酸盐矿物分解，并有效降低矿物还原温度，进而降低能耗，减少成本。

根据本发明的具体实施例，基于100重量份的红土镍矿，上述添加剂的用量为1-2重量份。由此，采用1-2重量份的添加剂用于还原反应既能保证含铁、镍硅酸盐矿物分解并降低矿物还原温度，还能降低生产成本。

根据本发明的具体实施例，上述还原焙烧是在1000℃-1300℃温度下还原25～55min，上述还原球团中铁的金属化率为40-80重量％。由此还原焙烧在1000℃-1300℃温度下还原25-55min可以有效除去红土镍矿中杂质，并保证红土镍矿中元素镍还原成单质态，提高富镍产品镍回收率。根据本发明的具体实施例，上述还原球团中铁的金属化率为40-80重量％，该金属化率范围的选取与后续弱氧化气氛的控制范围相匹配，可得到本发明所述产品。若金属化率低于40％，会由于熔炼后的镍铁产品产量过低导致产品出炉困难；若金属化率过高则会出现以下不利结果：一方面，高金属化率的还原产品造成高能耗，另一方面，会导致产品中铁含量过高而降低合金的镍品位，从而不能得到镍品位20％以上的高镍产品，而基于镍铁合金的市场定价以镍点计价，所以合金中增加的铁量并未能增加产品售卖价值，且会造成运输成本的增加。

根据本发明的具体实施例，上述制备富镍合金的方法中采用的弱氧化气氛中氧气含量为3-12体积％。由此采用弱氧化气氛有利于还原球团中一部分还原铁会由于镍先被氧化，导致更多的铁进入渣中被除去，使得合金中产品镍的相对比例提高，从而得到镍品位20％以上的富镍产品。更进一步地，上述弱氧化气氛通过调节空气与燃气的比例实现，工艺简单，便于大规模推广应用。

根据本发明的具体实施例，上述高温炉为转底炉、回转窑或者隧道窑，含碳球团在炉内完成还原。

根据本发明的具体实施例，上述红土镍矿中镍的回收率大于92重量％。由此得到的红土镍矿中镍的回收率大于92重量％，实现了红土镍矿有效利用，相对于单位体积的同等合金运输量，得到的镍品位20％以上合金的运输成本更低，具有更广阔的市场空间。

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

所用红土镍矿成分见表1。

表1红土镍矿成分

元素	TFe	Ni	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	S	C	P
										含量％	20.43	1.46	1.21	11.20	32.15	6.85	0.02	1.08	0.01

实施过程：

将红土镍矿、煤粉、石灰石、工业纯碱配入红土镍矿中，配料原则为：煤粉配入量为理论需碳量的1.4倍(理论需碳量指的是将红土镍矿中与镍、铁结合的氧全部夺走所需的碳含量)，石灰石配入量为红土镍矿(干矿)重量的10％。混合料送入压球机压球，压制的球团为椭圆球形，尺寸为：长32mm×宽25mm×厚18mm。将成型的球团送入干燥机进行干燥，干燥后的球团布入转底炉，球团随炉底旋转一周的过程中被还原，还原后的由螺旋出料机刮出。转底炉还原过程分为预还原阶段及高温还原阶段。球团布入转底炉的前期有少量氧气存在，在球团还原的中、后期，转底炉温度1250℃左右。出料还原球团铁金属化率70％，球团热态送入熔炼装置进行渣铁分离，熔炼装置为微氧化气氛，炉膛内氧气含量为3％-7％。熔炼结束后得到镍含量25％的镍铁合金，镍回收率为96％。

实施例2

实施过程：

所用红土镍矿镍含量为1.81％，铁含量18.24％，氧化镁含量为14.17％。配料原则为：煤粉配入量为理论需碳量的1.0倍。石灰石配入量为红土镍矿(干矿)重量的15％，硼砂配入量为红土镍矿重量的2％。混合料送入压球机压球，球团干燥后送入回转窑还原，还原温度1200℃，还原球团铁金属化率55％，球团热态送入熔炼装置进行渣铁分离，熔炼装置为微氧化气氛，炉膛内氧气含量为6％-10％。熔炼结束后得到镍含量30％的镍铁合金，镍回收率为93％。

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

1.一种制备富镍合金的方法，其特征在于，包括：

将红土镍矿、碳质还原剂和石灰石制成球团，以便得到红土镍矿球团；

将所述还原球团热态送入燃气熔炼装置内在弱氧化气氛下进行熔炼处理，以便获得所述富镍合金，

其中，进一步包括：在进行所述还原焙烧过程中，向所述高温炉中加入添加剂，基于100重量份的红土镍矿，所述添加剂的用量为1-2重量份，所述添加剂为碳酸盐、硫酸盐、硼酸盐和碱金属中的至少一种，

所述还原球团中铁的金属化率为40-80重量％，

所述弱氧化气氛中氧气含量为3-12体积％，所述弱氧化气氛由通过调节空气与燃气的比例实现。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原焙烧在1000℃-1300℃温度下还原25～55min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于100重量份的红土镍矿，所述石灰石的用量为5-10重量份。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温炉为转底炉、回转窑或者隧道窑。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳质还原剂为煤、兰炭、炭黑、半焦中的一种或几种，所述碳质还原剂的碳含量不低于40％，且所述碳质还原剂的加入量为理论需碳量的1-1.5倍。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述碳质还原剂的碳含量不低于60％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红土镍矿中镍的回收率大于92重量％。