CN106834743A - 回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺，本发明于配料造球阶段控制原料中MgO/SiO2≥0.54，不足时添加白云石或者镁砂等镁质补充剂以提高物料的整体熔点，使还原焙烧阶段混合球团在1250℃的高温下依然为固态，不会造成回转窑结圈，并且由于还原焙烧阶段最高温度的降低延长了回转窑耐火材料的使用寿命；同时混合球团中硫化剂内的FeS优先与红土镍矿中的NiO反应，实现还原出的金属颗粒的团聚，保证金属达到高收率。

Description

回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺
技术领域
本发明涉及冶金工艺技术领域，尤其涉及一种回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺。
背景技术
作为一种战略元素，镍在国民经济发展中具有极其重要的地位。全球约2/3的镍用于生产不锈钢，镍原料的成本占奥氏体不锈钢生产成本的70%左右。近年来，为降低不锈钢生产成本，不锈钢企业开始大量使用含镍生铁。
目前含镍生铁均以含镍0.8～2.0%的红土镍矿为原料进行冶炼，红土镍矿的冶炼工艺包括高炉、RKEF工艺以及回转窑直接还原法等。其中回转窑直接还原法是一种以连续转动的回转窑作反应器，以固体碳作还原剂，通过固相还原反应把铁矿石炼成铁的直接还原连续铸钢炼铁方法。红土镍矿于1000～1100℃温度下通过直接还原可实现镍、铁的还原，但低温还原得到的镍铁合金颗粒细小且不能迁移聚集成粒，在还原-分选过程中渣铁分离困难，导致尾渣镍含量高，金属收率较低，仅30～40%。
为提升回转窑直接还原法的金属收率，现代回转窑直还工艺中通常控制回转窑内还原段还原温度为1300～1400℃，该温度区间内物料呈半熔融、熔融状态，一定程度上利于镍铁颗粒充分聚集长大以利于后续的磨选作业，使金属收率提升到90%左右，但是高温条件下熔融的物料容易导致结圈，并且高温条件对回转窑的耐火材料要求高，导致耐火窑衬的寿命缩短。在此背景下，如何在保证金属收率的同时并延长耐材的使用寿命成为直还法还原镍铁颗粒工艺亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效、稳定的回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺。
实现本发明目的的技术方案是：一种回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺，其包括以下步骤：
1) 配料造球：将干燥并破碎处理后的红土镍矿与碳质还原剂、镁质补充剂以及硫化剂混合后，在压球机上压球制成混合球团；其中，所述碳质还原剂用量占混合料总重的12～20%；所述镁质补充剂为白云石或者镁砂中任意一种或若干种的组合，所述镁质补充剂的用量占混合料总重的0～3%，其用量以保证混合料中MgO/SiO2≥0.54为准；所述硫化剂为黄铁矿、硫磺或硫化镍矿中任意一种或若干种的组合，所述硫化剂的用量占混合料总重的3～6%；其余为红土镍矿；
2) 还原焙烧：将混合球团送入回转窑内焙烧，所述回转窑内温度从300℃逐渐升温至1250℃，反应时间240～400min；
3) 水淬；
4) 破碎；
5) 选矿。
优选地，所述碳质还原剂为焦粉、无烟煤或兰炭中任意一种或若干种的组合。
优选地，所述步骤2）还原焙烧过程中回转窑内从窑尾到窑口设置有干燥段、预热段以及还原焙烧段三段，回转窑内干燥段温度为300～420℃，预热段温度为420～700℃，还原焙烧段温度为700～1250℃。
优选地，所述回转窑的窑口为缩口结构，利于延长物料停留时间，进一步提高还原效率。
优选地，所述步骤5）选矿包括顺序进行的磁选、球磨和跳汰选。磁选可以将含铁量多的产品或者颗粒度大的产品优先筛选出来，同时含铁多的产品强度都比较大，在球磨机中不易磨细，优先的磁选出来可以减少对球磨机磨辊的磨损，降低球磨的成本，提高球磨效率。
本发明于配料造球阶段加入硫化剂矿旨在利用高温条件下硫化剂中分解出的硫离子富集在金属颗粒表面以降低金属颗粒的熔点和表面张力，促进金属颗粒的运动，提高反应效率；但常规回转窑直还工艺中混合球团熔点较低，回转窑内氧气富余，硫化剂内的硫离子会优先与回转窑内的氧气反应，导致没有足够的硫离子与氧化镍反应，无法实现硫离子促进金属大量团聚的目的。基于前述原因，本发明同时控制原料中MgO/SiO2≥0.54，不足时添加白云石或者镁砂等镁质补充剂以提高物料的整体熔点，与此同时，由于回转窑中物料是从窑尾到窑头运动，回转窑热源和助燃氧气是从窑头向窑尾运动，物料、热源和助燃空气是相对逆向运动，助燃空气中的氧在回转窑喷煤过程中亦会被大部分消耗，因而能有效抑制硫化镍矿内硫离子与氧气的反应，使硫化剂如硫化镍矿内的FeS优先与红土镍矿中的NiO反应，实现还原出的金属颗粒的团聚。当混合料到达窑头时，再利用硫离子的亲氧性能与空气中的氧气反应生成SO2，一方面可防止还原出的金属被二次氧化，另一方面多余的硫不会进入到产品中，不会对后续金属选矿步骤造成影响。本发明实现的回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺工艺简单，不但可以保证金属达到高收率，并且在还原焙烧阶段混合球团在1250℃的高温下依然为固态，不会造成回转窑结圈，同时，高温段温度控制在1000～1250℃之间，有利于保护回转窑耐火材料、筒体温度、托轮等设备，能够尽可能的延长耐材的使用寿命，有利于生产成本的降低。
具体实施方式
实施例1
一种回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺，其包括以下步骤：
1) 配料造球：将干燥并破碎处理后的红土镍矿与碳质还原剂、镁质补充剂以及硫化剂混合后，在压球机上压球制成混合球团；其中，所述红土镍矿用量占混合料总重的75%，所述碳质还原剂用量占混合料总重的20%；所述镁质补充剂的用量占混合料总重的0%，；所述硫化剂的用量占混合料总重的5%；
2) 还原焙烧：将混合球团送入回转窑内焙烧，所述回转窑内温度从300℃逐渐升温至1250℃，其中还原段焙烧段的反应温度为700～1180℃，总反应时间240min；
3) 水淬；
4) 破碎；
5) 选矿。
实施例2-6
实施例2-6采取与实施例1相同的步骤，区别在于步骤1）中所用原料在混合球团中占比，以及回转窑内还原焙烧段温度不同，具体数据如表1所示：
表1
经本发明实施例1～6所得到产品中镍铁金属回收率如表2所示。
表2
由表2可见，采用本发明回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺其镍铁金属平均回收率达到90%以上，
本发明于配料造球阶段加入硫化剂矿旨在利用高温条件下硫化剂中分解出的硫离子富集在金属颗粒表面以降低金属颗粒的熔点和表面张力，促进金属颗粒的运动，提高反应效率；发生反应的主要原理如下：
3NiO + 3FeS = Ni3S2 + 3FeO + 1/2S2
4NiO + Ni3S2 = 7〔Ni〕锍 + 2SO2
由于回转窑中物料是从窑尾到窑头运动，回转窑热源和助燃氧气是从窑头向窑尾运动，物料、热源和助燃空气是相对逆向运动。助燃空气中的氧在回转窑喷煤过程中会大部分消耗。同时控制原料中MgO/SiO2≥0.54，不足时添加白云石或者镁砂以补充Mg元素，提高物料的整体熔点，抑制硫化镍矿内硫离子与氧气的反应，使硫化镍矿内的FeS优先与红土镍矿中的NiO反应，实现还原出的金属颗粒的团聚。
反应后期若窑口处硫富余，在回转窑高温出料端FeS与窑口氧气发生反应生成FeO以及SO2，其中SO2排入烟气收集系统进行处理，FeO在 SiO2存在的条件下，将按下列反应形成造渣：2 FeO+ SiO2＝2 FeO•SiO，一方面可防止还原出的金属被二次氧化，另一方面多余的硫不会进入到产品中，不会对后续金属选矿步骤造成影响。
本发明配料造球步骤中使用的镁砂可以是单一规格的镁砂，也可以是不同规格的镁砂混合配制成的镁质捣打料。
本发明优选的选矿步骤包括顺序进行的磁选、球磨和跳汰选。磁选可以将含铁量多的产品或者颗粒度大的产品优先筛选出来，同时含铁多的产品强度都比较大，在球磨机中不易磨细，优先的磁选出来可以减少对球磨机磨辊的磨损，降低球磨的成本，提高球磨效率。此外，所述回转窑的窑口结构优选为缩口结构，利于延长物料停留时间，进一步提高还原效率。
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内容所作的等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺，其特征在于：其包括以下步骤：
1） 配料造球：将干燥并破碎处理后的红土镍矿与碳质还原剂、镁质补充剂以及硫化剂混合后，在压球机上压球制成混合球团；其中，所述碳质还原剂用量占混合料总重的12～20%；所述镁质补充剂为白云石或者镁砂中任意一种或若干种的组合，所述镁质补充剂的用量占混合料总重的0～3%，其用量以保证混合料中MgO/SiO2≥0.54为准；所述硫化剂为黄铁矿、硫磺或硫化镍矿中任意一种或若干种的组合，所述硫化剂的用量占混合料总重的3～6%；其余为红土镍矿；
2） 还原焙烧：将混合球团送入回转窑内焙烧，所述回转窑内温度从300℃逐渐升温至1250℃，反应时间240～400min；
3） 水淬；
4） 破碎；
5） 选矿。
2.根据权利要求1所述的回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺，其特征在于：所述碳质还原剂为焦粉、无烟煤或兰炭中任意一种或若干种的组合。
3.根据权利要求1所述的回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺，其特征在于：所述步骤2）还原焙烧过程中回转窑内从窑尾到窑口设置有干燥段、预热段以及还原焙烧段三段，回转窑内干燥段温度为300～420℃，预热段温度为420～700℃，还原焙烧段温度为700～1250℃。
4.根据权利要求1所述的回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺，其特征在于：所述回转窑的窑口为缩口结构。
5.根据权利要求1所述的回转窑一步法还原焙烧红土镍矿生产镍铁颗粒的工艺，其特征在于：所述步骤5）选矿包括顺序进行的磁选、球磨和跳汰选。
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