CN106048122A - 一种渣浴还原处理镍渣的方法 - Google Patents

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Abstract

一种渣浴还原处理镍渣的方法，按以下步骤进行：（1）将镍渣加热至1400~1500℃形成熔融渣池，然后加入铝灰；（2）在1400~1500℃保温0.5~1.0h，吹入氩气搅拌熔融渣池；（3）分别排放液态金属和尾渣，液态金属为工业纯铁水。本发明的方法可实现固体废弃物的高效利用，还可获得高附加值的工业纯铁，可充分利用熔融镍渣自身携带的物理热，处理成本低，环境污染小。

Description

一种渣浴还原处理镍渣的方法
技术领域
本发明属于冶金固体废弃物处理技术领域，特别涉及一种渣浴还原处理镍渣的方法。
背景技术
镍渣是闪速炉冶炼金属镍过程中排放的废渣，即在镍冶炼过程中形成的以FeO-SiO2为主要成分的熔融物经水淬后形成的粒化炉渣，也有时不经水淬而直接排出；目前我国每年排放镍渣数百万吨，累积堆放量数千万吨，不仅占用大量土地，还影响环境；因此，镍渣处理一直是镍冶炼行业的重要问题之一，开发镍渣高效利用技术，对促进企业节能减排及可持续发展，均具有十分重要的意义。
根据原料条件和冶炼工艺的不同，镍渣的成分有所差异；按照重量百分含量，通常含SiO230~50%，FeO30~60%，MgO1~15%，CaO1.5~5.0%，Al2O32.5~6.0%，以及少量的Cu、Ni、S等；截至目前，少量镍渣用于生产微晶玻璃、作为吸附材料用于水处理等方面，但这些应用均未考虑镍渣中有价组元的回收问题。鉴于镍渣中铁元素含量很高，人们一直探索自镍渣中回收铁资源的方法；随着近年来铁矿石资源的日益紧张，关于镍渣中铁资源回收问题，更加受到关注；其中，镍渣处理方法主要包括湿法与火法两大类。湿法工艺处理成本高，且可能造成二次污染，至今未能广泛推广；火法处理镍渣主要是以煤等碳质材料为还原剂并加入石灰作为造渣材料，通过在熔融状态下对镍渣进行还原而回收其中的铁资源；在这种处理方法中，随还原反应的进行和渣中FeO含量的减少，熔渣的熔化温度升高，黏度增加，还原动力学条件变差，为此需要很高的还原温度，否则渣中铁的还原率很低，因此这种方法的处理成本也很高，难以实际推广应用；因此，开发经济合理的镍渣处理方法，对促进镍的生产和保护环境，具有十分重要的意义。
发明内容
针对镍渣处理技术现状与存在的上述问题，本发明提供一种渣浴还原处理镍渣的方法，通过在熔融状态下加入铝灰进行低温还原，在获得工业纯铁水的同时，降低生产成本，减少环境污染。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、将镍渣在钢包炉或感应炉中加热至1400~1500℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入到熔融渣池中，铝灰的重量占高炉粉尘和铝灰总重量的34~40%；
2、将熔融渣池在1400~1500℃保温0.5~1.0h，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.3~0.4MPa，流量为200~300L/min；
3、保温结束后分别排放液态金属和尾渣，液态金属为工业纯铁水。
上述方法中选用的镍渣按质量百分比含FeO 30~60%。
上述方法中选用的铝灰中Al的重量百分比为25~35%。
上述的工业纯铁水按质量百分比含Fe≥97.0%。
上述方法中镍渣中Fe的还原率≥97.5%。
上述方法处理每吨镍渣获得0.25~0.47吨工业纯铁水。
上述方法中的加热和保温过程中主要发生如下化学反应：
3(FeO) + 2[Al] = 3[Fe] + (Al2O3) （1）
通过上述反应的发生，使镍渣中FeO得以还原，并获得工业纯铁。
当用碳质材料作为还原剂对熔融镍渣进行还原时，随渣中FeO的还原，熔渣的黏度增加，还原动力学条件变差，铁的还原反应进行得不彻底，因此需要较高的还原温度；为解决碳热还原处理镍渣过程中的动力学问题，促进镍渣中铁资源的回收，需要在还原处理过程中始终保证熔渣的熔化温度和黏度保持在较低水平；众所周知，铝灰是电解铝或铸造铝生产工艺中产生的熔渣经冷却加工后的产物，其成分主要为15～35%的金属铝，其余主要Al2O3和SiO2等氧化物组分，根据来源与成分不同，每吨铝灰价格在数百元左右；当用铝灰替代煤作为还原剂对熔化后镍渣进行渣浴还原时，不仅处理成本低，且随铝灰中原有Al2O3和反应产物Al2O3的溶解，可随还原反应的进行动态调整熔渣的熔化温度与黏度，保证还原的动力学条件，促进渣中镍的还原；同时，渣中FeO还原后可获得工业纯铁，较用煤还原时获得的生铁具有较高的附加值。
本发明方法的特点在于：用铝灰作为还原剂对镍渣进行熔融渣浴还原，是典型的以废治废，可实现固体废弃物的高效利用；同时，本发明方法不仅克服了碳热还原过程中因熔渣返干导致动力学条件差的问题，还可获得高附加值的工业纯铁；此外，这种镍渣处理方法可充分利用熔融镍渣自身携带的物理热，处理成本低，环境污染小。
具体实施方式
本发明实施例中选用的镍渣为闪速炉排放的普通镍渣，其成分按重量百分比含SiO2 30~50%，FeO 30~60%，MgO 1~15%，CaO 1.5~5.0%，Al2O3 2.5~6.0%，余量为Cu、Ni、S等杂质成分。
本发明实施例中选用的铝灰为电解铝灰，其成分按重量百分比含Al 20~30%，Al2O3 30~45%，SiO2 4~6%，Na2O 1~3%，MgO 2~3%，CaO<2.0%，FeO+ MnO<1.0%。
本发明实施例中将铝灰加入到熔融渣池中采用的设备为喷粉罐，采用的载气为氮气，通过喷吹加入熔融渣池中。
实施例1
镍渣成分按重量百分比含CaO 2.0%，MgO 5.5%，SiO2 32.0%，FeO 55.0%， Al2O3 3.0%；
铝灰成分按重量百分比含Al 32.5%，Al2O3 31.5%，SiO2 28.3%，Na2O 2.5%，MgO 2.5%，CaO 1.8%，FeO 0.6%，MnO 0.3%；
方法为：
将镍渣在钢包炉中加热至1400℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入到熔融渣池中，铝灰的重量占高炉粉尘和铝灰总重量的35.8%；
将熔融渣池在1400℃保温1.0h，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.3MPa，流量为200L/min；
保温结束后分别排放液态金属和尾渣，液态金属为工业纯铁水，按质量百分比含Fe98.5%，余量为Mn、Cu、S、Ni等杂质；Fe的还原率98%；处理每吨镍渣获得0.42吨工业纯铁水。
实施例2
镍渣成分按重量百分比含CaO 4.0%，MgO 12%，SiO2 45.0%，FeO 32.0%， Al2O3 5.2%；
铝灰成分按重量百分比含Al 32.5%，Al2O3 31.5%，SiO2 28.3%，Na2O 2.5%，MgO 2.5%，CaO 1.8%，FeO 0.6%，MnO 0.3%；
方法为：
将镍渣在钢包炉中加热至1450℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入到熔融渣池中，铝灰的重量占高炉粉尘和铝灰总重量的25.8%；
将熔融渣池在1450℃保温1.0h，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.4MPa，流量为300L/min；
保温结束后分别排放液态金属和尾渣，液态金属为工业纯铁水，按质量百分比含Fe97.6%；Fe的还原率97.8%；处理每吨镍渣获得0.25吨工业纯铁水。
实施例3
镍渣成分按重量百分比含CaO 1.5%，MgO 4.0%，SiO2 30.0%，FeO 60.0%， Al2O3 2.5%；
铝灰成分按重量百分比含Al 32.5%，Al2O3 31.5%，SiO2 27.4%，Na2O 2.5%，MgO 2.0%，CaO 1.8%，FeO 0.5%，MnO 0.2%；
方法为：
将镍渣在钢包炉中加热至1500℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入到熔融渣池中，铝灰的重量占高炉粉尘和铝灰总重量的38.3%；
将熔融渣池在1500℃保温0.5h，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.4MPa，流量为250L/min；
保温结束后分别排放液态金属和尾渣，液态金属为工业纯铁水，按质量百分比含Fe98.5%；Fe的还原率98.2%；处理每吨镍渣获得0.47吨工业纯铁水。
实施例4
镍渣成分按重量百分比含CaO 2.0%，MgO 5.5%，SiO2 32.0%，FeO 55.0%， Al2O3 3.0%；
铝灰成分按重量百分比含Al 32.0%，Al2O3 31%，SiO2 28.3%，Na2O 2.5%，MgO 3.5%，CaO1.8%，FeO 0.6%，MnO 0.3%；；
方法为：
将镍渣在感应炉中加热至1500℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入到熔融渣池中，铝灰的重量占高炉粉尘和铝灰总重量的37%；
将熔融渣池在1500℃保温40min，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.3MPa，流量为250L/min；
保温结束后分别排放液态金属和尾渣，液态金属为工业纯铁水，按质量百分比含Fe97.5%；Fe的还原率98.3%；处理每吨镍渣获得0.43吨工业纯铁水。
实施例5
镍渣成分按重量百分比含CaO 2.0%，MgO 10.5%，SiO2 32.0%，FeO 50.0%， Al2O3 3.0%；
铝灰成分按重量百分比含Al 26.0%，Al2O3 36.5%，SiO2 29.5%，Na2O 3.0%，MgO 2.5%，CaO 1.7%，FeO 0.4%，MnO 0.4%；
方法为：
将镍渣在感应炉中加热至1500℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入到熔融渣池中，铝灰的重量占高炉粉尘和铝灰总重量的40%；
将熔融渣池在1500℃保温50min，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.3MPa，流量为250L/min；
保温结束后分别排放液态金属和尾渣，液态金属为工业纯铁水，按质量百分比含Fe97.1%；Fe的还原率98%；处理每吨镍渣获得0.40吨工业纯铁水。

Claims (5)

1.一种渣浴还原处理镍渣的方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）将镍渣在钢包炉或感应炉中加热至1400~1500℃形成熔融渣池，然后将铝灰加入到熔融渣池中，铝灰的重量占高炉粉尘和铝灰总重量的34~40%；
（2）将熔融渣池在1400~1500℃保温0.5~1.0h，保温的同时通过钢包炉或感应炉底部吹入氩气搅拌熔融渣池，氩气的压力为0.3~0.4MPa，流量为200~300L/min；
（3）保温结束后分别排放液态金属和尾渣，液态金属为工业纯铁水。
2.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理镍渣的方法，其特征在于所述的镍渣按质量百分比含FeO 30~60%。
3.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理镍渣的方法，其特征在于所述的铝灰中Al的重量百分比为25~35%。
4.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理镍渣的方法，其特征在于所述的工业纯铁水按质量百分比含Fe≥97.0%。
5.根据权利要求1所述的一种渣浴还原处理镍渣的方法，其特征在于Fe的还原率≥97.5%。
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