CN106929666A - 处理褐铁矿型红土镍矿的方法和系统 - Google Patents

处理褐铁矿型红土镍矿的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了处理褐铁矿型红土镍矿的方法和系统，方法包括：将褐铁矿型红土镍矿、还原煤和添加剂进行压块成型，以便得到混合球团；将所述混合球团进行还原处理，以便得到金属化球团；将所述金属化球团进行熔分处理，以便得到镍铁水和熔分渣；将所述镍铁水进行雾化制粒处理，以便得到镍铁合金粉；采用氯化剂将所述镍铁合金粉进行选择性氯化焙烧处理，以便得到高镍铁粉和含三氯化铁烟气；以及将所述含三氯化铁烟气进行回收处理，以便得到三氯化铁。采用该方法可以显著提高褐铁矿型红土镍矿冶炼产品中镍的品位，得到高品质的高镍铁粉产品，并副产三氯化铁，且工艺简单，适用于大规模工业化生产。

Description

处理褐铁矿型红土镍矿的方法和系统
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体而言，本发明涉及处理褐铁矿型红土镍矿的方法和系统。
背景技术
镍作为一种重要的战略金属，具有良好的机械强度、延展性和化学稳定性。世界上可开采的镍资源有两类，一类是硫化矿床，另一类是红土镍矿。硫化矿提取工艺成熟，60％的镍产量来源于硫化矿，而世界近期可供开发的硫化矿资源已经不多，加之硫化矿资源勘探周期和建设周期均较长，开发和利用相对比较困难；而红土镍矿资源丰富，采矿成本低，选冶工艺趋于成熟，可生产氧化镍、硫镍、镍铁等多种中间产品，矿源靠海，便于运输，因此开发利用红土镍矿具有重要的现实意义。
红土镍矿石在热带或亚热带地区经过大规模的长期风化淋滤变质而成，是由铁、镁、硅等含水氧化物组成的疏松的黏土状矿石，矿石中的铁主要以赤铁矿的形式存在，矿石呈红色，所以被称为红土镍矿。红土镍矿的可采部分一般分为3层：褐铁矿、过渡层和腐殖层，它们的组成各不相同，组成分布规律为铁含量逐层依次降低，镁含量和镍含量逐层依次升高，褐铁矿层一般为高铁低镁红土镍矿，其铁含量约40～50％，镍含量约0.8～1.5％。
针对褐铁矿型红土镍矿原料，国内学者开发出了还原焙烧磁选工艺，该方法是以煤为还原剂，在一定温度下使红土镍矿中的镍和铁直接还原为金属，然后通过磨矿磁选回收还原后的镍和铁，得到的产品是粉状的镍铁，称为镍铁粉。还原焙烧磁选法处理红土镍矿的工艺具有成本低、节约能源、镍回收率高等特点，为红土镍矿的开发利用开辟了新的途径。
红土镍矿的处理方法主要有两种：火法与湿法。一般采用湿法工艺处理低镁高铁红土镍矿，可以将红土镍矿中Ni、Co提取出来，得到电解镍，其成本比火法低，但湿法处理的工艺比较复杂、流程长，环境污染严重，且生产时原材料损耗大，工艺条件对设备要求高，安全生产不易控制；采用火法工艺一般处理高镁低铁红土镍矿，主要产品是镍铁合金，火法工艺处理红土镍矿生产镍铁合金具有流程短、效率高等优点，目前火法工艺主要处理高品位的红土镍矿。由于资源的限制，褐铁矿型红土镍矿含镍品位低，通过火法冶炼生产的镍铁合金含镍品位低，经济价值不高。
因此，现有的处理褐铁矿型红土镍矿的手段还有待进一步改进。
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处理褐铁矿型红土镍矿的方法和系统。采用该方法可以显著提高褐铁矿型红土镍矿冶炼产品中镍的品位，得到高品质的高镍铁粉产品，并副产三氯化铁，且工艺简单，适用于大规模工业化生产。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种处理褐铁矿型红土镍矿的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将褐铁矿型红土镍矿、还原煤和添加剂进行压块成型，以便得到混合球团；将所述混合球团进行还原处理，以便得到金属化球团；将所述金属化球团进行熔分处理，以便得到镍铁水和熔分渣；将所述镍铁水进行雾化制粒处理，以便得到镍铁合金粉；采用氯化剂将所述镍铁合金粉进行选择性氯化焙烧处理，以便得到高镍铁粉和含三氯化铁烟气；以及将所述含三氯化铁烟气进行回收处理，以便得到三氯化铁。
由此，根据本发明实施例的处理褐铁矿型红土镍矿的方法通过将褐铁矿型红土镍矿与还原煤和添加剂压块成型，得到混合球团，并将混合球团进行还原处理，利用混合球团中的还原煤对褐铁矿型红土镍矿中的镍、铁化合物进行还原处理，以便得到金属化球团，进而通过对金属化球团进行熔分处理，将镍、铁与杂质分离，得到镍铁水和熔分渣，再将镍铁水进行雾化制粒处理，以便将镍铁水转化为镍铁合金粉，后续采用氯化剂将镍铁合金粉进行选择性氯化焙烧处理，选择性地将镍铁合金粉中的部分铁氯化为三氯化铁，并使三氯化铁进入烟气，得到高镍铁粉产品和含三氯化铁烟气，进一步地，将含三氯化铁烟气进行回收处理，以便得到三氯化铁。采用该方法可以显著提高褐铁矿型红土镍矿冶炼产品中镍的品位，得到高品质的高镍铁粉产品，并副产三氯化铁，且工艺简单，适用于大规模工业化生产。
另外，根据本发明上述实施例的处理褐铁矿型红土镍矿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，将所述褐铁矿型红土镍矿、所述还原煤和所述添加剂按照质量比100:(5～25):(3～15)进行压块成型。由此，可以显著提高还原处理得到的金属化球团的金属化率，从而显著提高高镍铁粉产品中镍的品位。
在本发明的一些实施例中，所述添加剂包括选自碱金属氧化物、碱金属盐、碱土金属氧化物和碱土金属盐中的至少之一。由此，可以进一步提高还原处理得到的金属化球团的金属化率，从而进一步提高高镍铁粉产品中镍的品位。
在本发明的一些实施例中，所述还原处理是在1250～1350摄氏度下进行20～40min完成的。由此，可以进一步提高还原处理得到的金属化球团的金属化率，从而进一步提高高镍铁粉产品中镍的品位。
在本发明的一些实施例中，所述镍铁合金粉的平均粒径不大于0.15毫米。由此，可以显著提高后续选择氯化焙烧处理的效率。
在本发明的一些实施例中，所述氯化剂为氯气，所述氯气的体积浓度为15～30％。由此，可以进一步提高后续选择氯化焙烧处理的效率。
在本发明的一些实施例中，所述选择性氯化焙烧处理是在400～500摄氏度下进行20～60min完成的。由此，可以有效地将镍铁合金粉中的部分铁氯化为三氯化铁。
在本发明的一些实施例中，所述回收处理进一步包括：将所述含三氯化铁烟气进行冷却，以便得到降温含三氯化铁烟气；将所述降温含三氯化铁烟气进行收集，以便得到三氯化铁。由此，可以显著提高三氯化铁的回收率。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种实施前面实施例的处理褐铁矿型红土镍矿的方法的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：成型装置，所述成型装置具有褐铁矿型红土镍矿入口、还原煤入口、添加剂入口和混合球团出口；还原装置，所述还原装置具有混合球团入口和金属化球团出口，所述混合球团入口与所述混合球团出口相连；熔分装置，所述熔分装置具有金属化球团入口、镍铁水出口和熔分渣出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连；雾化制粒装置，所述雾化制粒装置具有镍铁水入口和镍铁合金粉出口，所述镍铁水入口与所述镍铁水出口相连；选择性氯化焙烧装置，所述选择性氯化焙烧装置具有镍铁合金粉入口、氯化剂入口、高镍铁粉出口和含三氯化铁烟气出口，所述镍铁合金粉入口与所述镍铁合金粉出口相连；回收装置，所述回收装置具有含三氯化铁烟气入口和三氯化铁出口，所述含三氯化铁烟气入口与所述含三氯化铁烟气出口相连。
由此，根据本发明实施例的处理褐铁矿型红土镍矿的系统通过将褐铁矿型红土镍矿与还原煤和添加剂供给至成型装置中压块成型，得到混合球团，并将混合球团供给至还原装置中进行还原处理，利用混合球团中的还原煤对褐铁矿型红土镍矿中的镍、铁化合物进行还原处理，将镍、铁还原为单质，以便得到金属化球团，进而通过熔分装置对金属化球团进行熔分处理，将镍、铁与杂质分离，得到镍铁水和熔分渣，再将镍铁水供给至雾化制粒装置中进行雾化制粒处理，以便将镍铁水转化为镍铁合金粉，后续将镍铁合金粉供给至选择性氯化焙烧装置中，采用氯化剂将镍铁合金粉进行选择性氯化焙烧处理，选择性地将镍铁合金粉中的部分铁氯化为三氯化铁，并使三氯化铁进入烟气，得到高镍铁粉产品和含三氯化铁烟气，进一步地，将含三氯化铁烟气供给至回收装置中进行回收处理，以便得到三氯化铁。采用该系统可以显著提高褐铁矿型红土镍矿冶炼产品中镍的品位，得到高品质的高镍铁粉产品，并副产三氯化铁，且工艺简单，适用于大规模工业化生产。
另外，根据本发明上述实施例的处理褐铁矿型红土镍矿的系统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，所述回收装置进一步包括：冷却单元，所述冷却单元具有含三氯化铁烟气入口和降温含三氯化铁烟气出口；收集单元，所述收集单元具有降温含三氯化铁烟气入口和三氯化铁出口，所述降温含三氯化铁烟气入口与所述降温含三氯化铁烟气出口相连。由此，可以显著提高三氯化铁的回收率。
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是根据本发明一个实施例的处理褐铁矿型红土镍矿的方法流程示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的处理褐铁矿型红土镍矿的方法流程示意图；
图3是根据本发明一个实施例的处理褐铁矿型红土镍矿的系统结构示意图；
图4是根据本发明再一个实施例的处理褐铁矿型红土镍矿的系统结构示意图。
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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种处理褐铁矿型红土镍矿的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将褐铁矿型红土镍矿、还原煤和添加剂进行压块成型，以便得到混合球团；将混合球团进行还原处理，以便得到金属化球团；将金属化球团进行熔分处理，以便得到镍铁水和熔分渣；将镍铁水进行雾化制粒处理，以便得到镍铁合金粉；采用氯化剂将镍铁合金粉进行选择性氯化焙烧处理，以便得到高镍铁粉和含三氯化铁烟气；以及将含三氯化铁烟气进行回收处理，以便得到三氯化铁。
下面参考图1～2对根据本发明实施例的处理褐铁矿型红土镍矿的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：压块成型
该步骤中，将褐铁矿型红土镍矿、还原煤和添加剂进行压块成型，以便得到混合球团。具体地，红土镍矿的可采部分一般分为3层：褐铁矿、过渡层和腐殖层，它们的组成各不相同，组成分布规律为铁含量逐层依次降低，镁含量和镍含量逐层依次升高，褐铁矿层一般为高铁低镁红土镍矿，其铁含量约40～50％，镍含量约0.8～1.5％。现有技术对褐铁矿型红土镍矿还原得到的镍铁粉的利用还存在很多问题，典型镍铁粉产品中Ni质量分数约4～10％，Fe质量分数约50～80％，CaO、MgO、SiO2、Al2O3等杂质的质量分数约20～40％。由于镍含量低，杂质含量高，镍铁粉不能直接用作不锈钢冶炼的原料，经济价值较低。因此，现有的处理褐铁矿型红土镍矿的手段还有待进一步改进。
根据本发明的实施例，用于压块成型的褐铁矿型红土镍矿、还原煤和添加剂的配比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，可以将褐铁矿型红土镍矿、还原煤和添加剂按照质量比100:(5～25):(3～15)进行压块成型。由此，可以显著提高还原处理得到的金属化球团的金属化率，从而显著提高高镍铁粉产品中镍的品位。
根据本发明的实施例，添加剂的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，添加剂可以包括选自碱金属氧化物、碱金属盐、碱土金属氧化物和碱土金属盐中的至少之一。发明人发现，通过配入这类添加剂可以提高红土镍矿中镍铁氧化物的活度，促进镍铁还原反应的进行，帮助提高镍的回收率和品位。
S200：还原处理
该步骤中，将混合球团进行还原处理，以便得到金属化球团。具体地，可以利用混合球团中的还原煤对褐铁矿型红土镍矿进行直接还原，以便将褐铁矿型红土镍矿中的镍、铁化合物还原为单质，得到金属化球团。
根据本发明的实施例，还原处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，还原处理可以在1250～1350摄氏度下进行20～40min完成。由此，可以进一步提高还原处理得到的金属化球团的金属化率，从而进一步提高高镍铁粉产品中镍的品位。
根据本发明的一个具体实施例，还原得到的金属化球团中镍的质量分数为2～10％，铁的质量分数为50～70％，其中镍的质量分数较低，而通过本发明的方法可以有效地提高镍的品位，从而提产品的经济价值。
S300：熔分处理
该步骤中，将金属化球团进行熔分处理，以便得到镍铁水和熔分渣。具体地，在得到含有镍、铁单质的金属化球团后，可以通过熔分处理使镍、铁与球团中的CaO、MgO、SiO2、Al2O3等杂质分离，以便得到镍铁水和熔分渣。
根据本发明的实施例，熔分处理的并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，熔分处理可以在1500～1650摄氏度下完成。由此，可以有效地将镍、铁熔化为镍铁水，实现与CaO、MgO、SiO2、Al2O3等杂质的分离。
根据本发明的一个具体实施例，熔分处理得到的镍铁水中，镍的质量分数为2～4％，铁的质量分数为95～97％，可见，通过熔分处理可以有效地除去金属化球团中的CaO、MgO、SiO2、Al2O3等杂质，显著提高铁的品位。
S400：雾化制粒处理
该步骤中，将镍铁水进行雾化制粒处理，以便得到镍铁合金粉。发明人发现，通过雾化制粒处理将镍铁合金转化为镍铁合金粉，可以有效地提高后续选择性氯化焙烧处理中镍铁合金中铁的氯化率，从而提高高镍铁粉中镍的品位。
根据本发明的实施例，雾化制粒处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
根据本发明的实施例，镍铁合金粉的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁合金粉的平均粒径可以不大于0.15毫米。由此，可以使镍铁合金粉具有较大的比表面积，可以有效地提高后续选择性氯化焙烧处理中镍铁合金中铁的氯化率，提高高镍铁粉中镍的品位。
S500：选择性氯化焙烧处理
该步骤中，采用氯化剂将镍铁合金粉进行选择性氯化焙烧处理，以便得到高镍铁粉和含三氯化铁烟气。具体地，通过选择性氯化焙烧处理可以利用氯化剂选择性地将镍铁合金中的部分铁氯化为三氯化铁，并且使镍不被氯化，从而提高镍铁合金中镍的品位。同时，发明人在实验中发现，即使选择性氯化焙烧处理中有少量的镍被氯化，得到的氯化镍也会被合金中更活泼的金属还原，从而可以保证产品具有较高的镍品位。
根据本发明的实施例，氯化剂的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，氯化剂可以为氯气，并且氯气的体积浓度可以为15～30％。发明人在实验中发现，相对于其他氯化剂，体积浓度为15～30％的氯气可以更高效地对镍铁合金中的铁进行氯化，且不会生成复杂的副产物。发明人在实验中发现，氯气的浓度过低，铁的氯化反应不能进行或进行效率低下；氯气的浓度过高，并不能促进铁的氯化反应进行，反而造成化学试剂浪费。
根据本发明的实施例，选择性氯化焙烧处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，选择性氯化焙烧处理可以在400～500摄氏度下进行20～60min完成。由此，可以进一步提高铁的氯化率，并提高产品中镍的品位。发明人发现，氯化焙烧处理的温度过低，铁的氯化反应不能进行；氯化焙烧处理的温度过高，镍也会发生氯化反应从而造成镍损失，发明人通过大量试验意外发现，氯化焙烧处理的温度为400～500摄氏度，时间为20～60min，镍铁的选择性氯化效果最好。
根据本发明的一个具体实施例，通过选择性氯化焙烧处理得到的高镍铁粉产品中镍的质量分数可达6～15％，可见，相对于未进行选择性氯化焙烧处理的镍铁合金粉，高镍铁粉产品中的镍品位大幅提高，可以直接用作制备不锈钢的优质原料，也可以用于进一步提镍的原料。
S600：回收处理
该步骤中，将含三氯化铁烟气进行回收处理，以便得到三氯化铁。具体地，参考图2，回收处理进一步包括：
S610：冷却
该步骤中，将含三氯化铁烟气进行冷却，以便得到降温含三氯化铁烟气。
S620：收集
该步骤中，将降温含三氯化铁烟气进行收集，以便得到三氯化铁。由此，通过对含三氯化铁烟气进行冷却与收集，可以显著提高副产品三氯化铁的回收率。
由此，根据本发明实施例的处理褐铁矿型红土镍矿的方法通过将褐铁矿型红土镍矿与还原煤和添加剂压块成型，得到混合球团，并将混合球团进行还原处理，利用混合球团中的还原煤对褐铁矿型红土镍矿中的镍、铁化合物进行还原处理，将镍、铁还原为单质，得到金属化球团，进而通过对金属化球团进行熔分处理，将镍、铁与杂质分离，得到镍铁水和熔分渣，再将镍铁水进行雾化制粒处理，以便将镍铁水转化为镍铁合金粉，后续采用氯气将镍铁合金粉进行选择性氯化焙烧处理，选择性地将镍铁合金粉中的部分铁氯化为三氯化铁，并使三氯化铁进入烟气，得到高镍铁粉产品和含三氯化铁烟气，处理过程中即使有少量镍被氯化，得到的氯化镍也会被合金中的活泼金属还原，从而保证了产品具有较高的镍品位；进一步地，将含三氯化铁烟气进行冷却、收集，以便得到三氯化铁。采用该方法可以显著提高褐铁矿型红土镍矿冶炼产品中镍的品位，得到高品质的高镍铁粉产品，并副产三氯化铁，经检测，高镍铁粉中镍的质量分数可达6～15％，镍的回收率可达90％以上，且该方法的工艺简单，适用于大规模工业化生产。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种实施前面实施例的处理褐铁矿型红土镍矿的方法的系统。根据本发明的实施例，参考图3，该系统包括：成型装置100、还原装置200、熔分装置300、雾化制粒装置400、选择性氯化焙烧装置500和回收装置600。其中，成型装置100具有褐铁矿型红土镍矿入口101、还原煤入口102、添加剂入口103和混合球团出口104；还原装置200具有混合球团入口201和金属化球团出口202，混合球团入口201与混合球团出口104相连；熔分装置300具有金属化球团入口301、镍铁水出口302和熔分渣出口303，金属化球团入口301与金属化球团出口202相连；雾化制粒装置400具有镍铁水入口401和镍铁合金粉出口402，镍铁水入口401与镍铁水出口302相连；选择性氯化焙烧装置500具有镍铁合金粉入口501、氯化剂入口502、高镍铁粉出口503和含三氯化铁烟气出口504，镍铁合金粉入口501与镍铁合金粉出口402相连；回收装置600具有含三氯化铁烟气入口601和三氯化铁出口602，含三氯化铁烟气入口601与含三氯化铁烟气出口504相连。
下面参考图3～4对根据本发明实施例的处理褐铁矿型红土镍矿的系统进行详细描述：
根据本发明的实施例，成型装置100具有褐铁矿型红土镍矿入口101、还原煤入口102、添加剂入口103和混合球团出口104，成型装置100适于将褐铁矿型红土镍矿、还原煤和添加剂进行压块成型，以便得到混合球团。具体地，红土镍矿的可采部分一般分为3层：褐铁矿、过渡层和腐殖层，它们的组成各不相同，组成分布规律为铁含量逐层依次降低，镁含量和镍含量逐层依次升高，褐铁矿层一般为高铁低镁红土镍矿，其铁含量约40～50％，镍含量约0.8～1.5％。现有技术对褐铁矿型红土镍矿还原得到的镍铁粉的利用还存在很多问题，典型镍铁粉产品中Ni质量分数约4～10％，Fe质量分数约50～80％，CaO、MgO、SiO2、Al2O3等杂质的质量分数约20～40％。由于镍含量低，杂质含量高，镍铁粉不能直接用作不锈钢冶炼的原料，经济价值较低。因此，现有的处理褐铁矿型红土镍矿的手段还有待进一步改进。
根据本发明的实施例，用于压块成型的褐铁矿型红土镍矿、还原煤和添加剂的配比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，可以将褐铁矿型红土镍矿、还原煤和添加剂按照质量比100:(5～25):(3～15)进行压块成型。由此，可以显著提高还原处理得到的金属化球团的金属化率，从而显著提高高镍铁粉产品中镍的品位。
根据本发明的实施例，添加剂的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，添加剂可以包括选自碱金属氧化物、碱金属盐、碱土金属氧化物和碱土金属盐中的至少之一。发明人发现，通过配入这类添加剂可以提高红土镍矿中镍铁氧化物的活度，促进镍铁还原反应的进行，帮助提高镍的回收率和品位。
根据本发明的实施例，还原装置200具有混合球团入口201和金属化球团出口202，混合球团入口201与混合球团出口104相连，还原装置200适于将混合球团进行还原处理，以便得到金属化球团。具体地，可以利用混合球团中的还原煤对褐铁矿型红土镍矿进行直接还原，以便将褐铁矿型红土镍矿中的镍、铁化合物还原为单质，得到金属化球团。
根据本发明的实施例，还原处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，还原处理可以在1250～1350摄氏度下进行20～40min完成。由此，可以进一步提高还原处理得到的金属化球团的金属化率，从而进一步提高高镍铁粉产品中镍的品位。
根据本发明的一个具体实施例，还原得到的金属化球团中镍的质量分数为2～10％，铁的质量分数为50～70％，其中镍的质量分数较低，而通过本发明的系统可以有效地提高镍的品位，从而提产品的经济价值。
根据本发明的实施例，熔分装置300具有金属化球团入口301、镍铁水出口302和熔分渣出口303，金属化球团入口301与金属化球团出口202相连，熔分装置300适于将金属化球团进行熔分处理，以便得到镍铁水和熔分渣。具体地，在得到含有镍、铁单质的金属化球团后，可以通过熔分处理使镍、铁与球团中的CaO、MgO、SiO2、Al2O3等杂质分离，以便得到镍铁水和熔分渣。
根据本发明的实施例，熔分处理的并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，熔分处理可以在1500～1650摄氏度下完成。由此，可以有效地将镍、铁熔化为镍铁水，实现与CaO、MgO、SiO2、Al2O3等杂质的分离。
根据本发明的一个具体实施例，熔分处理得到的镍铁水中，镍的质量分数为2～4％，铁的质量分数为95～97％，可见，通过熔分处理可以有效地除去金属化球团中的CaO、MgO、SiO2、Al2O3等杂质，显著提高铁的品位。
根据本发明的实施例，雾化制粒装置400具有镍铁水入口401和镍铁合金粉出口402，镍铁水入口401与镍铁水出口302相连，雾化制粒装置400适于将镍铁水进行雾化制粒处理，以便得到镍铁合金粉。发明人发现，通过雾化制粒处理将镍铁合金转化为镍铁合金粉，可以有效地提高后续选择性氯化焙烧处理中镍铁合金中铁的氯化率，从而提高高镍铁粉中镍的品位。
根据本发明的实施例，雾化制粒处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
根据本发明的实施例，镍铁合金粉的粒径并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁合金粉的平均粒径可以不大于0.15毫米。由此，可以使镍铁合金粉具有较大的比表面积，可以有效地提高后续选择性氯化焙烧处理中镍铁合金中铁的氯化率，提高高镍铁粉中镍的品位。
根据本发明的实施例，选择性氯化焙烧装置500具有镍铁合金粉入口501、氯化剂入口502、高镍铁粉出口503和含三氯化铁烟气出口504，镍铁合金粉入口501与镍铁合金粉出口402相连，选择性氯化焙烧装置500适于采用氯化剂将镍铁合金粉进行选择性氯化焙烧处理，以便得到高镍铁粉和含三氯化铁烟气。具体地，通过选择性氯化焙烧处理可以利用氯化剂选择性地将镍铁合金中的部分铁氯化为三氯化铁，并且使镍不被氯化，从而提高镍铁合金中镍的品位。同时，发明人在实验中发现，即使选择性氯化焙烧处理中有少量的镍被氯化，得到的氯化镍也会被合金中更活泼的金属还原，从而可以保证产品具有较高的镍品位。
根据本发明的实施例，氯化剂的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，氯化剂可以为氯气，并且氯气的体积浓度可以为15～30％。发明人在实验中发现，相对于其他氯化剂，体积浓度为15～30％的氯气可以更高效地对镍铁合金中的铁进行氯化，且不会生成复杂的副产物。发明人在实验中发现，氯气的浓度过低，铁的氯化反应不能进行或进行效率低下；氯气的浓度过高，并不能促进铁的氯化反应进行，反而造成化学试剂浪费。
根据本发明的实施例，选择性氯化焙烧处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，选择性氯化焙烧处理可以在400～500摄氏度下进行20～60min完成。由此，可以进一步提高铁的氯化率，并提高产品中镍的品位。发明人发现，氯化焙烧处理的温度过低，铁的氯化反应不能进行；氯化焙烧处理的温度过高，镍也会发生氯化反应从而造成镍损失，发明人通过大量试验意外发现，氯化焙烧处理的温度为400～500摄氏度，时间为20～60min，镍铁的选择性氯化效果最好。
根据本发明的一个具体实施例，通过选择性氯化焙烧处理得到的高镍铁粉产品中镍的质量分数可达6～15％，可见，相对于未进行选择性氯化焙烧处理的镍铁合金粉，高镍铁粉产品中的镍品位大幅提高，可以直接用作制备不锈钢的优质原料，也可以用于进一步提镍的原料。
根据本发明的实施例，回收装置600具有含三氯化铁烟气入口601和三氯化铁出口602，含三氯化铁烟气入口601与含三氯化铁烟气出口504相连，回收装置600适于将含三氯化铁烟气进行回收处理，以便得到三氯化铁。
参考图4，回收装置600进一步包括：冷却单元610和收集单元620。
根据本发明的实施例，冷却单元610具有含三氯化铁烟气入口601和降温含三氯化铁烟气出口611，冷却单元610适于将含三氯化铁烟气进行冷却，以便得到降温含三氯化铁烟气。
根据本发明的实施例，收集单元620具有降温含三氯化铁烟气入口621和三氯化铁出口602，降温含三氯化铁烟气入口621与降温含三氯化铁烟气出口611相连，收集单元620适于将降温含三氯化铁烟气进行收集，以便得到三氯化铁。由此，通过冷却单元和收集单元对含三氯化铁烟气进行冷却与收集，可以显著提高副产品三氯化铁的回收率。
由此，根据本发明实施例的处理褐铁矿型红土镍矿的系统通过将褐铁矿型红土镍矿与还原煤和添加剂供给至成型装置中压块成型，得到混合球团，并将混合球团供给至还原装置中进行还原处理，利用混合球团中的还原煤对褐铁矿型红土镍矿中的镍、铁化合物进行还原处理，将镍、铁还原为单质，得到金属化球团，进而通过熔分装置对金属化球团进行熔分处理，将镍、铁与杂质分离，得到镍铁水和熔分渣，再将镍铁水供给至雾化制粒装置中进行雾化制粒处理，以便将镍铁水转化为镍铁合金粉，后续将镍铁合金粉供给至选择性氯化焙烧装置中，采用氯气将镍铁合金粉进行选择性氯化焙烧处理，选择性地将镍铁合金粉中的部分铁氯化为三氯化铁，并使三氯化铁进入烟气，得到高镍铁粉产品和含三氯化铁烟气，处理过程中即使有少量镍被氯化，得到的氯化镍也会被合金中的活泼金属还原，从而保证了产品具有较高的镍品位；进一步地，将含三氯化铁回收装置中，利用冷却单元和收集单元对含三氯化铁烟气进行冷却、收集，以便得到三氯化铁。采用该系统可以显著提高褐铁矿型红土镍矿冶炼产品中镍的品位，得到高品质的高镍铁粉产品，并副产三氯化铁，经检测，高镍铁粉中镍的质量分数可达6～15％，镍的回收率可达90％以上，且该系统的工艺简单，适用于大规模工业化生产。
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
将褐铁矿型红土镍矿(Ni质量分数0.8％，Fe质量分数49％，MgO质量分数2％)、还原煤、石灰石和碳酸钠按重量比例100:25:10:3进行压块成型处理得到混合球团，将混合球团在转底炉内进行直接还原处理，还原条件：还原温度1250℃，还原时间35min。还原结束后得到金属化球团，金属化球团在1550℃进行熔分处理得到镍铁水(Ni质量分数2.4％，Fe质量分数97.1％)和熔分渣。将镍铁水进行雾化制粒处理得到镍铁合金粉，镍铁合金粉的粒度不大于0.15mm，将镍铁合金粉进行选择性氯化焙烧，焙烧条件：氯化剂为氯气，氯气体积浓度15％，氯化焙烧温度为400℃，焙烧时间20min。焙烧结束后得到高镍铁粉(Ni质量分数6.5％)和含三氯化铁烟气，将含三氯化铁烟气进行冷却、收集处理得到副产品三氯化铁。高镍铁粉可作为不锈钢的优质原料，也可以作为提镍的原料，整个工艺镍回收率为90％。
实施例2
将褐铁矿型红土镍矿(Ni质量分数1.0％，Fe质量分数46％，MgO质量分数3％)、还原煤和石灰按重量比例100:15:3进行压块成型处理得到混合球团，将混合球团在转底炉内进行直接还原处理，还原条件：还原温度1320℃，还原时间40min。还原结束后得到金属化球团，金属化球团在1600℃进行熔分处理得到镍铁水(Ni质量分数3％，Fe质量分数96.2％)和熔分渣。将镍铁水进行雾化制粒处理得到镍铁合金粉，镍铁合金粉的粒度不大于0.15mm，将镍铁合金粉进行选择性氯化焙烧，焙烧条件：氯化剂为氯气，氯气体积浓度20％，氯化焙烧温度为450℃，焙烧时间40min。焙烧结束后得到高镍铁粉(Ni质量分数10％)和含三氯化铁烟气，将含三氯化铁烟气进行冷却、收集处理得到副产品三氯化铁。高镍铁粉可作为不锈钢的优质原料，也可以作为提镍的原料，整个工艺镍回收率为92％。
实施例3
将褐铁矿型红土镍矿(Ni质量分数1.4％，Fe质量分数41％，MgO质量分数5％)、还原煤、消石灰和硫酸钠按重量比例100:5:10:5进行压块成型处理得到混合球团，将混合球团在转底炉内进行直接还原处理，还原条件：还原温度1350℃，还原时间20min。还原结束后得到金属化球团，金属化球团在1650℃进行熔分处理得到镍铁水(Ni质量分数5％，Fe质量分数94.3％)和熔分渣。将镍铁水进行雾化制粒处理得到镍铁合金粉，镍铁合金粉的粒度不大于0.15mm，将镍铁合金粉进行选择性氯化焙烧，焙烧条件：氯化剂为氯气，氯气体积浓度30％，氯化焙烧温度为500℃，焙烧时间60min。焙烧结束后得到高镍铁粉(Ni质量分数14.6％)和含三氯化铁烟气，将含三氯化铁烟气进行冷却、收集处理得到副产品三氯化铁。高镍铁粉可作为不锈钢的优质原料，也可以作为提镍的原料，整个工艺镍回收率为94％。
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 (10)

1.一种处理褐铁矿型红土镍矿的方法，其特征在于，包括：
将褐铁矿型红土镍矿、还原煤和添加剂进行压块成型，以便得到混合球团；
将所述混合球团进行还原处理，以便得到金属化球团；
将所述金属化球团进行熔分处理，以便得到镍铁水和熔分渣；
将所述镍铁水进行雾化制粒处理，以便得到镍铁合金粉；
采用氯化剂将所述镍铁合金粉进行选择性氯化焙烧处理，以便得到高镍铁粉和含三氯化铁烟气；以及
将所述含三氯化铁烟气进行回收处理，以便得到三氯化铁。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述褐铁矿型红土镍矿、所述还原煤和所述添加剂按照质量比100:(5～25):(3～15)进行压块成型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂包括选自碱金属氧化物、碱金属盐、碱土金属氧化物和碱土金属盐中的至少之一。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原处理是在1250～1350摄氏度下进行20～40min完成的。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镍铁合金粉的平均粒径不大于0.15毫米。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化剂为氯气，所述氯气的体积浓度为15～30％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择性氯化焙烧处理是在400～500摄氏度下进行20～60min完成的。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述回收处理进一步包括：
将所述含三氯化铁烟气进行冷却，以便得到降温含三氯化铁烟气；
将所述降温含三氯化铁烟气进行收集，以便得到三氯化铁。
9.一种实施权利要求1～8任一项所述的处理褐铁矿型红土镍矿的方法的系统，其特征在于，包括：
成型装置，所述成型装置具有褐铁矿型红土镍矿入口、还原煤入口、添加剂入口和混合球团出口；
还原装置，所述还原装置具有混合球团入口和金属化球团出口，所述混合球团入口与所述混合球团出口相连；
熔分装置，所述熔分装置具有金属化球团入口、镍铁水出口和熔分渣出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连；
雾化制粒装置，所述雾化制粒装置具有镍铁水入口和镍铁合金粉出口，所述镍铁水入口与所述镍铁水出口相连；
选择性氯化焙烧装置，所述选择性氯化焙烧装置具有镍铁合金粉入口、氯化剂入口、高镍铁粉出口和含三氯化铁烟气出口，所述镍铁合金粉入口与所述镍铁合金粉出口相连；
回收装置，所述回收装置具有含三氯化铁烟气入口和三氯化铁出口，所述含三氯化铁烟气入口与所述含三氯化铁烟气出口相连。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述回收装置进一步包括：
冷却单元，所述冷却单元具有含三氯化铁烟气入口和降温含三氯化铁烟气出口；
收集单元，所述收集单元具有降温含三氯化铁烟气入口和三氯化铁出口，所述降温含三氯化铁烟气入口与所述降温含三氯化铁烟气出口相连。
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