CN106480326B - 红土镍矿平炉冶炼装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于公开了一种红土镍矿平炉冶炼装置及方法，一种红土镍矿平炉冶炼装置，包括：炉身、炉底、炉料喷嘴、熔池喷嘴；炉身内有气相反应区；炉底内有液相反应区；液相反应区从下至上依次设置有镍铁合金层区，渣层区、焦炭床层；气相反应区与液相反应区连通；炉料喷嘴设在炉身上；熔池喷嘴安装在炉底的侧壁上。冶炼方法包括如下步骤：喷射炉料的选择；气相反应区的还原；焦炭床层的还原反应；渣层的还原反应。该平炉冶炼装置及其方法适用于处理粉状红土镍矿，但也可以同时处理一部分块状红土镍矿，具有流程短、节能和清洁生产的特点，并可实现“煤‑冶‑电”三联产。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金与有色冶金的交叉领域，具体而言，本发明涉及一种红土镍矿平炉冶炼的装置及方法。
背景技术
红土镍矿通常是利用电炉、竖炉以及转体炉等进行冶炼，需要对原料进行造球或烧结，并大量使用焦炭和电力，存在流程长、效率低、能耗高、投资大及环境污染等问题，因此现有的红土镍矿冶炼技术有待进一步改进。
现有技术CN101713008A“一种熔融还原镍渣提铁的方法及装置”中公布到：一种熔融还原镍渣提铁的方法，其特征在于，该方法在一座电炉上同时完成镍渣熔融和还原两个过程，热态镍渣及少量冷态镍渣置入电炉内，逐渐加料，在电炉内加热至1500-1550℃，熔化至熔融状态，形成一定的熔池，再逐渐喷入煤粉对镍渣中的铁进行还原，同时加入石灰和其它辅料进行造渣，即实现镍渣中的铁被还原的过程。
一种熔融还原镍渣提铁的方法采用的装置，其特征在于，该装置由一座提铁电炉构成，包括熔融段和还原段，熔融段采用长方体结构，底部为斜坡式结构，还原段为平炉底结构，底部为平底式结构，熔融段和还原段底部相通，上部设有隔墙；熔融段上部设有加热电极，下部设有镍渣加入口；还原段侧面设有煤粉喷枪入口，上部设有造渣剂加入口、排烟口、下部设有铁水出口及出渣口。
该现有技术的问题在于：1、镍渣熔融的过程中效率低、能耗高、投资大；2、上述技术只能获得镍渣中的铁，不能回收镍渣中的金属镍。
现有技术CN104451195A“红土镍矿的闪速熔炼方法”中报道了如下内容：
一种红土镍矿的闪速熔炼方法，其特征在于，包括：在还原气氛下，将所述红土镍矿粉末在红土镍矿熔炼炉内进行熔炼处理，以便得到含有镍钴铁的合金和熔炼渣，其中，所述红土镍矿熔炼炉包括：立式炉身，所述立式炉身内具有悬浮熔炼腔室；卧式炉底，所述卧式炉底内具有熔炼腔室，所述熔炼腔室的下部形成有熔池，所述卧式炉底的顶部与所述立式炉身的下端相连，以便所述熔炼腔室与所述悬浮熔炼腔室连通；红土镍矿喷嘴，所述红土镍矿喷嘴设在所述立式炉身的顶部，以便从所述立式炉身的顶部向所述悬浮熔炼腔室内喷入红土镍矿粉末、粉煤、焦粒、熔剂和氧气；熔池喷嘴，所述熔池喷嘴设在所述卧式炉底的侧壁上，以便向所述熔池内喷入喷煤氧气；以及排烟通道，所述排烟通道的下端与所述卧式炉底的顶部相连且与所述立式炉身间隔设置，其中，所述悬浮熔炼腔室内的温度为800～1200摄氏度，并且所述还原气氛中含有85％以下的还原气体。
该现有技术的问题在于：1、红土镍矿还原不充分，产生大量未反应的残留物，镍铁合金产量低；2、冶炼时，炉温高反应条件苛刻，不利于规模化生产。
发明内容
为克服现有技术中的缺陷，本发明提出一种新的红土镍矿冶炼装置及冶炼方法，该冶炼装置及方法可以显著提高红土镍矿的冶金效率，并实现清洁生产。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种红土镍矿平炉冶炼装置，其特征在于，包括：炉身、炉底、炉料喷嘴、熔池喷嘴；炉身内有气相反应区；炉底内有液相反应区；液相反应区从下至上依次设置有镍铁合金层区，渣层区、焦炭床层；气相反应区与液相反应区连通；炉料喷嘴设在炉身上；熔池喷嘴安装在炉底的侧壁上。
进一步的，所述炉料喷枪，所述炉料喷枪包括侧喷方式和顶喷方式。
进一步的，所述气相反应区上端口径小，下端口径大。
进一步的，所述焦炭床层10的厚度360-500mm；渣层的厚度360-500mm；镍铁合金层的厚度660-1000mm。
进一步的，所述熔池喷嘴位于渣层区和焦炭层区之间，用于在液相反应区喷射熔池喷料。
进一步的，所述装置中还设置有烟道，与余热锅炉连接。
一种基于红土镍矿平炉冶炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：喷射炉料的选择
炉料为红土镍矿、燃料、氧气及还原性造气；
红土镍矿为粉末状或块状；所述还原性造气含有一氧化碳及氢气；
还原性造气的温度为1350-1450℃，压力为0.4-0.6Mpa；
步骤二：气相反应区的还原；
喷射喷嘴以一定角度、速度向气相反应区喷射，还原生成金属镍和金属铁；
步骤三：焦炭床层的还原反应
气相反应区的残余物与焦炭床层反应，还原生成镍铁合金；
步骤四：渣层的还原反应
熔池喷嘴喷射熔池喷料，对渣层中的铁矿进行还原。
进一步的，所述还原性造气含CO 66％，H225％。
进一步的，所述燃料可以为固体燃料、气体燃料、液体燃料或混合燃料。
进一步的，所述焦炭床可以为焦炭、半焦炭或粒煤。
本发明的有益效果：
(1)该平炉装置适用于处理粉状红土镍矿，但也可以同时处理一部分块状红土镍矿，具有流程短、节能和清洁生产的特点，并可实现“煤-冶-电”三联产。
(2)在本发明的一些实施例中，所述的红土镍矿冶炼装置进一步包括：采用余热锅炉回收从所述红土镍矿平炉冶炼排出的烟气中的热量。由此，可以实现能源的最大化利用。
(3)该熔炼方法可以显著提高红土镍矿的冶炼效率，较传统的红土镍矿熔炼方法可省去了制粒或者电炉的工艺，进而可以显著降低成本。另外，经过炉料喷嘴的高速喷射，可以显著提高红土镍矿与还原造气的接触面积，提高还原效率，提高红土镍矿中镍的回收率，解决了传统处理红土镍矿的方法只能按同比例回收镍和铁的技术难题，且避免了反应炉温过高，还原反应不充分的问题。
附图说明
附图1是本发明实施例一的红土镍矿冶炼装置结构示意图；
附图2是本发明实施例二的红土镍矿冶炼装置结构示意图；
附图3是本发明的红土镍矿冶炼方法流程图；
图中，平炉100、焦炭层区10、渣层区11、镍铁合金层区12、炉料喷枪200、烟道300、余热锅炉400。
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，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，本发明提出了一种红土镍矿冶炼装置。下面本发明实施例的冶炼装置进行详细描述：
实施例一：
如图1所示，平炉100的宽为7.8m，长为20m，内衬为水冷碳砖或碳化硅砖。
主要包括：炉身、炉底、炉料喷嘴200、熔池喷嘴13和烟道300。
其中，炉身内有气相反应区，且该气相反应区上端口径小，下端口径大，上述构型设计便于气相反应区中的气体与液相反应区中焦炭层充分接触。
炉底内有液相反应区，液相反应区从下至上依次设置有镍铁合金层区12，渣层区11、焦炭床层10。焦炭床层10的厚度360mm，焦炭粒度小于100mm；渣层11的厚度360mm；镍铁合金层12的厚度660mm。气相反应区与液相反应区连通。
炉料喷嘴200设在炉身的侧部，以便炉料从炉身的侧部喷射，其喷射角度可调，炉料喷嘴200投矿能力为346t/h。熔池喷嘴13安装在炉底的侧壁上，位于渣层区11和焦炭层区10之间，用于在液相反应区喷射熔池喷料。
烟道300的下端与炉底的顶部相连且与炉身间隔设置。烟道300出口处设有余热锅炉400，余热锅炉用于回收冶炼烟气中的余热产生蒸汽，起到节能减排的作用。
实施例二：
如图2所示，平炉100的宽为7.8m，长为20m，内衬为水冷碳砖或碳化硅砖。
主要包括：炉身、炉底、炉料喷嘴200、熔池喷嘴13和烟道300。
其中，炉身内有气相反应区，且该气相反应区上端口径小，下端口径大；
炉底内有液相反应区，液相反应区从下至上依次设置有镍铁合金层区12，渣层区11、焦炭床层10。焦炭层区10的厚度500mm，焦炭粒度小于100mm；渣层区11的厚度500mm；镍铁合金层区12的厚度1000mm。气相反应区与液相反应区连通。
炉料喷嘴200设在炉身的顶部，以便炉料从炉身的顶部喷射，炉料喷嘴200投矿能力346t/h。熔池喷嘴13安装在炉底的侧壁上，位于渣层区11和焦炭层区10之间，用于在液相反应区喷射熔池喷料。
烟道300的下端与炉底的顶部相连且与炉身间隔设置。烟道300出口处设有余热锅炉400。余热锅炉用于回收冶炼烟气中的余热产生蒸汽，起到节能减排的作用。
实施例三
基于实施例一的平炉结构，该红土镍矿平炉冶炼方法包括：
步骤一：炉料的选择
本实施例中炉料为红土镍矿、燃料、氧气及还原性造气。
红土镍矿为含Ni 1.2％，含Fe 42％的粉末状或块状。燃料可以选择固体燃料、气体燃料、液体燃料或混合燃料。氧气含氧99.6％，温度25℃。还原性造气含CO 66％，H225％，温度1450℃，炉前压力0.6Mpa。
步骤二：熔池喷料的选择
本实施例中熔池喷嘴内的熔池喷料为粉煤。
步骤三：炉料喷嘴水平向下倾角6度喷射，气相反应区还原反应。
炉料喷嘴在气相反应区喷射瞬间，高温高压的还原造气，使得红土镍矿粉末与还原造气充分接触，并形成剧烈的分子碰撞发生还原反应。由此，红土镍矿中镍的氧化物首先被还原，生成金属镍；其次红土镍矿中铁的氧化物被还原，生成金属铁。
通过控制炉料喷嘴的喷射速度，炉料的温度和压力，可以使得喷入的红土镍矿粉末在气相反应区内迅速焙烧发生还原反应。因此，该熔炼方法可以显著提高红土镍矿的冶炼效率，较传统的红土镍矿熔炼方法可省去了制粒或者电炉的工艺，进而可以显著降低成本。另外，经过炉料喷嘴的高速喷射，可以显著提高红土镍矿与还原造气的接触面积，提高还原效率，提高红土镍矿中镍的回收率，解决了传统处理红土镍矿的方法只能按同比例回收镍和铁的技术难题，且避免了反应炉温过高，还原反应不充分的问题。
步骤四：液相反应区的还原反应。
气相反应区生成的金属铁和金属镍，在自身重力的作用下飘落于平炉的液相区，分别在液相反应区中的镍铁合金层、渣层富集。
气相反应区空间飘落的产物中的残留镍的氧化物和铁的氧化物在焦炭床层被进一步还原，先后被还原，生成的熔融镍铁合金及炉渣，沉落到镍铁合金层和渣层。
熔池喷嘴喷射熔池喷料，对渣层中的铁矿进行还原，生成铁水，从渣层的铁水口流出，以便顺利排出镍钴。因此，经过液相反应区，可以最大程度的实现红土镍矿粉末中镍的冶炼，提高镍铁合金中镍的含量。
实施例四
基于实施例二的平炉结构，该红土镍矿平炉冶炼方法包括：
步骤一：炉料的选择
本实施例中炉料为红土镍矿、燃料、氧气及还原性造气。
红土镍矿为含Ni 2.12％，含Fe 13.38％的粉末状或块状。燃料可以选择固体燃料、气体燃料、液体燃料或混合燃料。氧气含氧99.6％，温度25℃。还原性造气含CO 66％，H225％，温度1450℃，炉前压力0.6Mpa。
步骤二：熔池喷料的选择
本实施例中熔池喷嘴内的熔池喷料为粉煤。
步骤三：炉料喷嘴垂直喷射，气相反应区还原反应。
炉料喷嘴在气相反应区喷射瞬间，高温高压的还原造气，使得红土镍矿粉末与还原造气充分接触，并形成剧烈的分子碰撞发生还原反应。由此，红土镍矿中镍的氧化物首先被还原，生成金属镍；其次红土镍矿中铁的氧化物被还原，生成金属铁。
通过控制炉料喷嘴的喷射速度，炉料的温度和压力，可以使得喷入的红土镍矿粉末在气相反应区内迅速焙烧发生还原反应。因此，该熔炼方法可以显著提高红土镍矿的冶炼效率，较传统的红土镍矿熔炼方法可省去了制粒或者电炉的工艺，进而可以显著降低成本。另外，经过炉料喷嘴的高速喷射，可以显著提高红土镍矿与还原造气的接触面积，提高还原效率，提高红土镍矿中镍的回收率，解决了传统处理红土镍矿的方法只能按同比例回收镍和铁的技术难题，且避免了反应炉温过高，还原反应不充分的问题。
步骤四：液相反应区的还原反应。
气相反应区生成的金属铁和金属镍，在自身重力的作用下飘落于平炉的液相区，分别在液相反应区中的镍铁合金层、渣层富集。
气相反应区空间飘落的产物中的残留镍的氧化物和铁的氧化物在焦炭床层被进一步还原，先后被还原，生成的熔融镍铁合金及炉渣，沉落到镍铁合金层和渣层。
熔池喷嘴喷射熔池喷料，对渣层中的铁矿进行还原，生成铁水，从渣层的铁水口流出，以便顺利排出镍钴。因此，经过液相反应区，可以最大程度的实现红土镍矿粉末中镍的冶炼，提高镍铁合金中镍的含量。
步骤五：反应预热再利用
气相反应区中的高温冶炼烟气经烟道排入余热锅炉，余热锅炉用于回收冶炼烟气中的余热产生蒸汽，余热锅炉400入口设计烟气量21.6万m3。
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须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 (8)
1.一种红土镍矿的冶炼方法，其特征在于，采用的红土镍矿平炉冶炼装置包括：炉身、炉底、炉料喷嘴、熔池喷嘴；炉身内有气相反应区；炉底内有液相反应区；液相反应区从下至上依次设置有镍铁合金层区，渣层区、焦炭床层；气相反应区与液相反应区连通；炉料喷嘴设在炉身上；熔池喷嘴安装在炉底的侧壁上；其中，焦炭床层（ 10） 的厚度360-500mm；渣层的厚度360-500mm；镍铁合金层的厚度660-1000mm，熔池喷嘴位于渣层区和焦炭层区之间；
冶炼方法包括如下步骤：
步骤一：喷射炉料的选择
炉料为红土镍矿、燃料、氧气及还原性造气；
红土镍矿为粉末状或块状；所述还原性造气含有一氧化碳及氢气；
还原性造气的温度为1350-1450℃，压力为0.4-0.6Mpa；
步骤二：气相反应区的还原；
喷射喷嘴以一定角度、速度向气相反应区喷射，还原生成金属镍和金属铁；
步骤三：焦炭床层的还原反应
气相反应区的残余物与焦炭床层反应，还原生成镍铁合金；
步骤四：渣层的还原反应
熔池喷嘴喷射熔池喷料，对渣层中的铁矿进行还原。
2.根据权利要求1所述的红土镍矿的冶炼方法，其特征在于，包括：炉料喷枪，所述炉料喷枪包括侧喷方式和顶喷方式。
3.根据权利要求1或2所述的红土镍矿的冶炼方法，其特征在于：该气相反应区上端口径小，下端口径大。
4.根据权利要求1或2所述的红土镍矿的冶炼方法，其特征在于：熔池喷嘴用于在液相反应区喷射熔池喷料。
5.根据权利要求1或2所述的红土镍矿的冶炼方法，其特征在于：装置中还设置有烟道，与余热锅炉连接。
6.根据权利要求1所述的红土镍矿的冶炼方法，其特征在于：所述还原性造气含CO66％，H2 25％。
7.根据权利要求1所述的红土镍矿的冶炼方法，其特征在于：所述燃料可以为固体燃料、气体燃料、液体燃料或混合燃料。
8.根据权利要求1所述的红土镍矿的冶炼方法，其特征在于：所述焦炭床可以为焦炭、半焦炭或粒煤。
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