CN105838840B - 制备粒铁的方法和制备粒铁的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了制备粒铁的系统和制备粒铁的方法。其中，制备粒铁的系统包括：化渣装置、粒化器、还原焙烧装置、磁选装置和重选装置。该系统以熔融镍渣为原料，解决传统高温镍渣需水淬冷却或缓冷后才能继续进行处理的难题，制备得到高品位的粒铁，系统的热利用率高。并且，在化渣装置上设置添加剂入口，在加热处理前即向高温熔融镍渣中加入添加剂，通过搅拌器的搅拌可使熔渣均质化，直接调整镍渣的内部结构和化学成分，提高镍渣的冶金性能，再经高温粒化处理，即可为转底炉直接还原提供高热量粒化镍渣原料，省去了造球、烘干和球团预热等工艺，缩短了转底炉的还原时间、减少了转底炉的能耗。

Description

制备粒铁的方法和制备粒铁的系统

技术领域

本发明涉及制备粒铁的方法，以及实施该制备粒铁的方法的制备粒铁的系统。

背景技术

镍渣是火法炼镍过程中产生的固体废渣，属有色金属渣中的一种。在硫化镍矿火法炼镍生产中，仅我国年均增加镍渣也达160万t左右。截止2012年底，仅以金川公司为例，已累计堆存镍冶炼渣达3300万t，其中约含铁1417万t，这些废渣不仅占用大量土地，还造成粉尘扬尘、重金属渗出、地下水污染、土地贫化等环境问题，给人类生存和社会发展带来严重危害。至今由于对镍渣资源化重视程度不够以及相关工艺技术的制约，在我国，镍渣的高效综合利用还未实现大规模成熟推广，大量镍渣堆弃于渣场，造成渣中有价金属元素的流失，资源的浪费。

由于镍渣中全铁(TFe)含量一般约为35％～45％，远高于我国铁矿石的可采品位(TFe>27％)，因此目前镍渣的利用途径多以回收剩余铁素为主。然而由于在镍渣中，铁元素主要以铁橄榄石、Fe₃O₄等矿物相存在，加之这些矿物同其他非磁性矿物相紧密嵌合在一起，以及具有弱磁性(如铁橄榄石)，致使直接利用传统磨选、磁选等工艺路线，很难将镍渣中全部铁素得以回收。为此，在现有相关研究和工程化应用中，镍渣多通过配加还原剂、添加剂和粘结剂，经造球或造块后再还原焙烧，得到金属化球团或团块。最后，再将这些金属化球团或团块经破碎、粉磨和磁选等工序后，得到铁精矿粉，再返用于钢铁冶炼之中。

此外，冶炼镍渣出炉温度在1170～1250℃，余热资源多。在《节能减排“十二五规划”》、《工业节能“十二五规划”》等相关政策文件中，均提到对工矿企业余热能源的回收利用，并在国家“十一五”期间，中央财政还对余能利用给予补贴。然而，受熔渣导热率低、黏度大、热转化效率低等因素影响，现有熔渣研究多是对熔渣进行干法粒化后再回收高温余热，工程化应用还存在很大难度。因此，对出炉镍渣中的这部分余热能源，在上述镍渣焙烧还原-粉磨磁选传统研究工艺中也未有体现，而且在镍渣还原焙烧过程中，还要二次加热，造成能源的巨大浪费。

由此，利用镍渣制备高品质铁产品的方法有待研究。

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制备粒铁的方法，该方法以熔融镍渣为原料制备粒铁，热利用率高，生产和运行成本低。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备粒铁的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将熔融镍渣与添加剂混合并进行加热处理，以便得到混合熔融镍渣；将所述混合熔融镍渣进行粒化处理，以便得到渣粒；将所述渣粒与还原剂接触，进行还原焙烧处理，以便得到含有粒铁、含碳物质和熔渣的还原物料；将所述还原物料进行磁选分离，以便得到粒铁和非磁性混合物；以及将非磁性物料进行重选分离，以便得到含碳物质和熔渣。

根据本发明实施例的制备粒铁的方法，以熔融镍渣为原料，解决传统高温镍渣需水淬冷却或缓冷后才能继续进行处理的难题，制备得到高品位的铁产品，实现镍渣的高效综合利用，实现了熔融镍渣的余热利用，方法的热利用率高。并且，在加热处理前即将添加剂与熔融镍渣混合，可使熔渣均质化，直接调整镍渣的内部结构和化学成分，提高镍渣的冶金性能，再经高温粒化处理，即可为还原焙烧处理提供高热量粒化镍渣原料，省去了造球、烘干和球团预热等工艺，缩短了转底炉的还原时间、减少了转底炉的能耗，降低了生产和运行成本。由此，利用该方法制备粒铁，制备得到的粒铁的铁品位高，有效地解决了传统镍渣综合利用技术中，镍渣难还原、冶金性能差、热利用效率低、工艺流程长，且能耗较高，生产和运行成本低等问题，并且该方法的余热利用率高，能耗少，工艺流程简单，生产成本低。

另外，根据本发明上述实施例的制备粒铁的方法，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述熔融镍渣的温度为1170～1250℃。

根据本发明的实施例，所述混合熔融镍渣的温度为1250～1350℃。

根据本发明的实施例，所述添加剂与所述熔融镍渣的质量比为(1～3)：10。

根据本发明的实施例，所述添加剂为石灰石或生石灰。

根据本发明的实施例，所述渣粒的平均粒径为5～20mm、温度为800～1000℃。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种实施前述的制备粒铁的方法的制备粒铁的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：化渣装置，所述化渣装置具有熔融镍渣入口、添加剂入口、搅拌器和混合熔融镍渣出口；粒化器，所述粒化器具有粒化物料入口、流渣孔和渣粒出口，所述粒化物料入口与所述混合熔融镍渣出口相连；还原焙烧装置，所述还原焙烧装置具有渣粒入口、还原剂入口和还原物料出口，所述渣粒入口与所述渣粒出口相连；磁选装置，所述磁选装置具有还原物料入口、磁选后粒铁出口和非磁性混合物出口，所述还原物料入口与所述还原物料出口相连；以及重选装置，所述重选装置具有非磁性混合物入口、含碳物质出口和熔渣出口，所述非磁性混合物入口与所述非磁性混合物出口相连。

根据本发明实施例的制备粒铁的系统，以熔融镍渣为原料，解决传统高温镍渣需水淬冷却或缓冷后才能继续进行处理的难题，制备得到高品位的粒铁，不仅实现镍渣中金属元素高效综合利用，而且实现了熔融镍渣的余热的有效利用，系统的热利用率高。并且，在化渣装置上设置添加剂入口，在加热处理前即向高温熔融镍渣中加入添加剂，通过搅拌器的搅拌可使熔渣均质化，直接调整镍渣的内部结构和化学成分，提高镍渣的冶金性能，再经高温粒化处理，即可为转底炉直接还原提供高热量粒化镍渣原料，省去了造球、烘干和球团预热等工艺，缩短了转底炉的还原时间、减少了转底炉的能耗，降低了生产和运行成本，从而，有效地解决了传统镍渣综合利用技术中，镍渣难还原、冶金性能差、热利用效率低、工艺流程长，且能耗较高，生产和运行成本低的问题。

另外，根据本发明上述实施例的制备粒铁的系统，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，该系统进一步包括：中间包，所述中间包具有中间包进口和中间包出口，所述中间包进口与所述混合熔融镍渣出口相连，所述中间包出口与所述粒化物料入口相连。

根据本发明的实施例，所述还原焙烧装置为转底炉，所述还原焙烧装置具有中温焙烧区和高温焙烧区。

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制备粒铁的系统的结构示意图；

图2显示了根据本发明再一个实施例的制备粒铁的系统的结构示意图；

图3显示了根据本发明一个实施例的利用制备粒铁的系统制备粒铁的方法的流程示意图。

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。

制备粒铁的方法

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备粒铁的方法。参考图3，根据本发明的实施例，对该制备粒铁的方法进行解释说明，该方法包括：

S100加热处理

根据本发明的实施例，将熔融镍渣与添加剂混合并进行加热处理，得到混合熔融镍渣。发明人通过向高温熔融镍渣中加入添加剂，直接调整镍渣的内部结构和化学成分，提高镍渣的冶金性能，再经高温粒化处理，即可为还原焙烧处理提供高热量粒化镍渣原料，省去了造球、烘干和球团预热等工艺，缩短了转底炉的还原时间、减少了转底炉的能耗，降低了生产和运行成本。

其中，需要说明的是，熔融镍渣可以是镍冶炼处理直接得到的，也可以是其它冶炼反应得到的含镍热态物质。

根据本发明的实施例，熔融镍渣的温度不受特别的限制，只要是冶炼处理等得到的高温熔融镍渣即可，从而，有效利用熔融镍渣的余热。根据本发明的具体实施例，镍冶炼炉排出的熔融镍渣可直接用于加热处理。根据本发明的一些实施例，熔融镍渣的温度为1170～1250℃。由此，余热利用率高，后续加热冶炼等处理的能耗低。

根据本发明的实施例，所述添加剂与所述熔融镍渣的质量比为(1～3)：10。由此，按该比例将添加剂和熔融镍渣混合，通过搅拌可使熔融镍渣的内部结构和化学成分发生变化，得到均质化的混合熔融镍渣，进一步提高镍渣的冶金性能，降低还原反应温度，有利于后续还原反应的进行。

根据本发明的实施例，所述混合熔融镍渣的温度为1250～1350℃。由此，可确保混合熔融镍渣充分均质化，为后续直接还原提供良好的原料条件。

根据本发明的实施例，所述添加剂为石灰石或生石灰。由此，添加剂的还原效果好。

S200粒化处理

根据本发明的实施例，将混合熔融镍渣进行粒化处理，得到渣粒。发明人发现合适的原料粒径，有利于降低还原焙烧的温度，同时还原反应的透气性也较好，因此通过粒化处理，可为直接还原提供粒径合适的渣粒，便于降低后续的还原焙烧的能耗、改善还原效果。

根据本发明的实施例，渣粒的平均粒径为5～20mm，温度为800～1000℃。原料的粒径越小，越有利于降低还原焙烧的温度和时间，通过粒化处理，使混合熔融镍渣粒化为小粒径的渣粒，便于降低后续的还原焙烧的能耗。但粒径过小，导致直接还原反应的透气性变差，从而直接影响还原效果，当渣粒的平均粒径为5～20mm时，还原焙烧的温度低，时间短。渣粒的温度为800～1000℃，热态渣粒可以直接进行还原焙烧，促进传热和还原反应的进行，缩短还原反应的时间，进一步降低还原焙烧处理的能耗。

S300还原焙烧处理

根据本发明的实施例，将所述渣粒与还原剂接触，进行还原焙烧处理，得到含有粒铁、含碳物质和熔渣的还原物料。由此，利用还原焙烧装置对渣粒进行还原焙烧处理，使铁的氧化物还原直接生成粒铁。

根据本发明的一些实施例，还原焙烧装置为转底炉，该还原焙烧装置具有中温焙烧区和高温焙烧区。进而，渣粒经收集后可直接热布入底部铺有还原剂的转底炉料床上，布料厚度为10～40mm，热态渣粒在转底炉内经中温区、高温区加热至1250～1450℃后，保持20～30min，完成直接还原反应生成还原物料，还原物料及剩余含碳物质则一并排出转底炉外。

S400磁选分离

根据本发明的实施例，将还原物料进行磁选分离，得到粒铁和非磁性混合物。由此，将粒铁从还原物料中分离出来。

S500重选分离

根据本发明的实施例，将非磁性物料进行重选分离，以便得到含碳物质和熔渣，其中，含碳物质可以重复利用，进一步降低生产成本。

制备粒铁的系统

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种实施前述的制备粒铁的方法的制备粒铁的系统。参考图1，根据本发明的实施例，该系统包括：化渣装置100、粒化器200、还原焙烧装置300、磁选装置400和重选装置500。

根据本发明的实施例，化渣装置100具有熔融镍渣入口、添加剂入口、搅拌器和混合熔融镍渣出口。在化渣装置100中，熔融镍渣与添加剂利用搅拌器混合搅拌，并进行加热处理，得到混合熔融镍渣。由此，通过在化渣装置上设置添加剂入口，在加热处理前即向高温熔融镍渣中加入添加剂，通过搅拌器的搅拌可使熔渣均质化，直接调整镍渣的内部结构和化学成分，提高镍渣的冶金性能，再经高温粒化处理，即可为还原焙烧装置直接还原提供高热量粒化镍渣原料，省去了造球、烘干和球团预热等工艺，缩短了转底炉的还原时间、减少了转底炉的能耗，降低了生产和运行成本。

根据本发明的实施例，粒化器200具有粒化物料入口、流渣孔和渣粒出口，其中，粒化物料入口与混合熔融镍渣出口相连，将混合熔融镍渣进行粒化处理。由于原料的粒径小，有利于降低还原焙烧的温度，通过粒化器对混合熔融镍渣进行粒化处理，使混合熔融镍渣粒化为小粒径的渣粒，便于降低后续的还原焙烧的能耗。

根据本发明的具体实施例，该粒化器200可以为转杯粒化器，该转杯粒化器圆周壁面上设有流渣孔，可使高温熔渣在高速旋转过程中甩出，并经空冷固化后形成粒径为5～20mm的热态渣粒。由此，粒化效果好，效率高，得到的热态渣粒可以直接进行还原焙烧，促进传热和还原反应的进行，缩短还原反应的时间，进一步降低还原焙烧处理的能耗。渣粒的温度为800～1000℃，热态渣粒可以直接进行还原焙烧，促进传热和还原反应的进行，缩短还原反应的时间，进一步降低还原焙烧处理的能耗。

根据本发明的实施例，还原焙烧装置300具有渣粒入口、还原剂入口和还原物料出口，其中，渣粒入口与渣粒出口相连，还原焙烧装置300用于对渣粒进行还原焙烧处理，使铁的氧化物还原为粒铁。

根据本发明的具体实施例，还原焙烧装置300为转底炉，该还原焙烧装置具有中温焙烧区和高温焙烧区。进而，渣粒经收集后可直接热布入底部铺有还原剂的转底炉料床上，布料厚度为10～40mm，热态渣粒在转底炉内经中温区、高温区加热至1250～1450℃后，保持20～30min，完成直接还原反应生成还原物料后一并排出转底炉外，该还原物料中含有粒铁、含碳物质和熔渣。

根据本发明的实施例，磁选装置400具有还原物料入口、磁选后粒铁出口和非磁性混合物出口，所述还原物料入口与所述还原物料出口相连，用于对还原物料进行磁选处理，实现渣铁分离，得到粒铁和非磁性混合物。

根据本发明的实施例，重选装置500具有非磁性混合物入口、含碳物质出口和熔渣出口，其中，非磁性混合物入口与非磁性混合物出口相连，重选装置500用于对非磁性混合物进行重选分离，得到含碳物质和熔渣，其中，含碳物质可以重复利用，进一步降低生产成本。

参考图2，根据本发明的实施例，该系统进一步包括：

中间包600，该中间包600具有中间包进口和中间包出口，其中，中间包进口与混合熔融镍渣出口相连，中间包出口与粒化物料入口相连。由此，利用中间包对混合熔融镍渣进行中间存储，保证混合熔融镍渣以稳定的流速进入后续的处理装置。

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

以镍冶炼炉内排出的高温熔融镍渣为原料制备粒铁，具体方法如下：

(1)将从镍冶炼炉内排出的温度为1170～1250℃的高温熔融镍渣，热态直接倒入化渣炉内。

(2)将化渣炉内的温度升温至1300～1350℃，通过化渣炉顶部加料口，向炉内加入镍渣重量的10％、粒度为5～10mm的生石灰块，采用外敷有耐火材料的机械搅拌桨插入熔渣中的方式对熔池搅拌10min后，再次向炉内补热，保温10min充分均化，得到均化的混合熔融镍渣。

(3)将均化后的混合熔融镍渣倒入中间包中，并经渣口流入粒化器中，控制粒化器转杯转速在3000～3100转/min，从粒化器中排出凝固的热态渣粒，粒度为5～10mm，温度为950～1000℃。

(4)将热态渣粒均匀装入底面铺有烟煤的转底炉炉底上，热态渣粒层厚度10～20mm，在转底炉中温区加热至1250～1450℃后，在转底炉高温区温度为1450℃、还原时间为20min的条件下生成粒铁和熔渣后，与含碳物质一并排出转底炉外。

(5)转底炉排出的产物经余热回收后，再经干式磁选分离得到粒铁产品和非磁性混合物，粒铁产品的TFe品位为94％、铁回收率为96％。

(6)非磁性混合物再经重选分离后即可得到含碳物质和熔渣。

实施例2

以镍冶炼炉内排出的高温熔融镍渣为原料制备粒铁，具体方法如下：

(1)将从镍冶炼炉内排出的温度为1170～1250℃的高温熔融镍渣，热态直接倒入化渣炉内。

(2)将化渣炉内的温度升温至1280～1330℃，通过化渣炉顶部加料口，向炉内加入镍渣重量的20％、粒度为10～15mm的石灰石块，采用外敷有耐火材料的机械搅拌桨插入熔渣中的方式对熔池搅拌20min后，再次向炉内补热，保温10min充分均化，得到均化的混合熔融镍渣。

(3)将均化后的镍渣倒入中间包中，并经渣口流入粒化器中，控制粒化器转杯转速在3000～3100转/min，从粒化器中排出凝固的热态渣粒，粒度为10～15mm，温度为900～950℃。

(4)将热态渣粒均匀装入底面铺有无烟煤的转底炉炉底上，热态渣粒层厚度20～30mm，在转底炉中温区加热至1250～1450℃后，在转底炉高温区温度为1450℃、还原时间为25min的条件下生成粒铁和熔渣后，与含碳物质一并排出转底炉外。

(5)转底炉排出的产物经余热回收后，再经干式磁选分离得到粒铁产品和非磁性混合物，粒铁产品的TFe品位为93％、铁回收率为95％。

(6)非磁性混合物再经重选分离后即可得到含碳物质和熔渣。

实施例3

以镍冶炼炉内排出的高温熔融镍渣为原料制备粒铁，具体方法如下：

(1)将从镍冶炼炉内排出的温度为1170～1250℃的高温熔融镍渣，热态直接倒入化渣炉内。

(2)将化渣炉内的温度升温至1250～1300℃，通过化渣炉顶部加料口，向炉内加入镍渣重量的30％、粒度为15～20mm的石灰石块，采用外敷有耐火材料的机械搅拌桨插入熔渣中的方式对熔池搅拌20min后，再次向炉内补热，保温20min充分均化，得到均化的混合熔融镍渣。

(3)将均化的混合熔融镍渣倒入中间包中，并经渣口流入粒化器中，控制粒化器转杯转速在3000～3100转/min，从粒化器中排出凝固的热态渣粒，粒度为15～20mm，温度为950～1000℃。

(4)将热态渣粒均匀装入底面铺有兰炭的转底炉炉底上，热态渣粒层厚度30～40mm，在转底炉中温区加热至1250～1400℃后，在转底炉高温区温度为1400℃、还原时间为30min的条件下生成粒铁和熔渣后，与含碳物质一并排出转底炉外。

(5)转底炉排出的产物经余热回收后，再经干式磁选分离得到粒铁产品和非磁性混合物，粒铁产品的TFe品位为92％、铁回收率为94％。

(6)非磁性混合物再经重选分离后即可得到含碳物质和熔渣。

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 (8)

1.一种制备粒铁的方法，其特征在于，包括：

将熔融镍渣与添加剂混合并进行加热处理，以便得到混合熔融镍渣；

将所述混合熔融镍渣进行粒化处理，以便得到渣粒；

将所述渣粒与还原剂接触，进行还原焙烧处理，以便得到还原物料，其中，所述还原物料包含粒铁、含碳物质和熔渣；

将所述还原物料进行磁选分离，以便得到粒铁和非磁性混合物；以及

将非磁性物料进行重选分离，以便得到含碳物质和熔渣。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔融镍渣的温度为1170～1250℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合熔融镍渣的温度为1250～1350℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂与所述熔融镍渣的质量比为(1～3)：10。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂为石灰石或生石灰。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述渣粒的平均粒径为5～20mm，温度为800～1000℃。

7.一种实施权利要求1-6任一项所述的制备粒铁的方法的制备粒铁的系统，其特征在于，包括：

化渣装置，所述化渣装置具有熔融镍渣入口、添加剂入口、搅拌器和混合熔融镍渣出口；

粒化器，所述粒化器具有粒化物料入口、流渣孔和渣粒出口，所述粒化物料入口与所述混合熔融镍渣出口相连；

还原焙烧装置，所述还原焙烧装置具有渣粒入口、还原剂入口和还原物料出口，所述渣粒入口与所述渣粒出口相连；所述还原焙烧装置为转底炉，所述还原焙烧装置具有中温焙烧区和高温焙烧区；

磁选装置，所述磁选装置具有还原物料入口、磁选后粒铁出口和非磁性混合物出口，所述还原物料入口与所述还原物料出口相连；以及

重选装置，所述重选装置具有非磁性混合物入口、含碳物质出口和熔渣出口，所述非磁性混合物入口与所述非磁性混合物出口相连。

8.根据权利要求7所述系统，其特征在于，进一步包括：

中间包，所述中间包具有中间包进口和中间包出口，所述中间包进口与所述混合熔融镍渣出口相连，所述中间包出口与所述粒化物料入口相连。