CN107177741A - 利用红土镍矿制备镍铁的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用红土镍矿制备镍铁的方法和系统，该方法包括：(1)将红土镍矿进行预处理；(2)将还原煤进行预处理；(3)将石灰石进行预处理，其中，石灰石颗粒包含粗粒度石灰石颗粒和细粒度石灰石颗粒；(4)将红土镍矿颗粒、还原煤颗粒和石灰石颗粒进行混合处理；(5)将混合物料进行制球；(6)将混合球团进行还原处理；(7)将金属化球团进行水淬‑磁选处理，得到镍铁粒和一次尾渣；(8)将一次尾渣进行磨选处理，得到镍铁粉和二次尾渣。该方法通过在原料中配入不同粒度石灰石，并调整还原煤配入量来控制混合物料中合适的碳氧比，从而可以降低生产过程能耗，具有处理流程短、设备投资低、能耗低、应用范围广泛等优点。

Description

利用红土镍矿制备镍铁的方法和系统

技术领域

本发明属于化工冶金领域，具体而言，本发明涉及一种利用红土镍矿制备镍铁的方法和系统。

背景技术

镍是一种重要的有色金属，主要由红土镍矿和硫化镍矿冶炼而来。由于近年来镍消耗量的不断增加以及硫化镍矿储量不断减少，红土镍矿的开发日益受到重视。红土镍矿基本上分为两类：一类是褐铁矿型，位于矿床的上部，是风化淋滤作用的结果，这类红土镍矿铁多、硅少、镁少、镍较低，但含钴量较高，宜采用湿法冶金工艺处理，所得的炉渣可用于钢的生产；另一类是硅镁镍矿，位于矿床的下部，由于风化富集，这类红土镍矿多硅、多镁、低铁、低钴，但镍含量较高，因而又被称之为镁质硅酸镍矿，这种矿石宜采用火法冶金工艺处理，所得的炉渣可用于生产建筑材料和化肥。而处于中间过渡层的矿石可以采用火法冶金，也可以采用湿法冶金工艺进行处理。

采用传统的火法冶金工艺冶炼红土镍矿的工艺方法均存在以下不足：环境污染严重，能耗高，违背国家环保政策和能源政策；要求矿石原料有较高的镍品位；回转窑还原温度低、易结圈；生产成品的镍品位低；产率低。随着高品位硫化镍矿的枯竭及国内不锈钢产业的快速发展，低品位红土镍矿已经成为生产镍铁产品的主要原料。由此，需进一步改进现有红土镍矿生产工艺流程长、设备投资大、生产成本高和能耗高等缺陷。

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一种利用红土镍矿制备镍铁的方法和系统。该方法通过在原料中配入石灰石，并调整还原煤配入量来控制混合物料中的碳氧比，从而降低生产过程能耗，具有处理流程短、设备投资低、能耗低、应用范围广泛等优点。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用红土镍矿制备镍铁的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)将红土镍矿进行预处理，以便得到红土镍矿颗粒；

(2)将还原煤进行预处理，以便得到还原煤颗粒，其中，所述石灰石颗粒包含粗粒度石灰石颗粒和细粒度石灰石颗粒；

(3)将石灰石进行预处理，以便得到石灰石颗粒；

(4)将所述红土镍矿颗粒、所述还原煤颗粒和所述石灰石颗粒进行混合处理，以便得到混合物料；

(5)将所述混合物料进行制球，以便得到混合球团；

(6)将所述混合球团进行还原处理，以便得到金属化球团；

(7)将所述金属化球团进行水淬-磁选处理，以便得到镍铁粒和一次尾渣；

(8)将所述一次尾渣进行磨选处理，以便得到镍铁粉和二次尾渣。

根据本发明实施例的利用红土镍矿制备镍铁的方法通过将红土镍矿颗粒、还原煤颗粒与石灰石颗粒进行混合，其中，石灰石颗粒是由粗粒度和细粒度按一定比例混匀组成的，由于混合物料中配入粗粒度石灰石在高温还原焙烧过程中分解成氧化钙，其中的一部分并没有充分参与反应，仍以CaO形式存在，水淬时金属化球团中未反应的氧化钙与水反应生成氢氧化钙，放热膨胀使金属化球团破裂，碎裂的金属化球团可直接经磁选得到部分镍铁粒；同时可通过调节石灰石颗粒的配入量来保证混合物料的碱度，当碱度在一定范围内时，既可提高镍还原率又可降低炉渣黏度，有利于镍铁粒的聚集和长大；此外，通过调整还原煤颗粒的配入量来控制混合物料的碳氧比，进而控制混合球团的还原度，使混合球团内的镍全部被还原，而铁部分被还原为金属铁，部分被还原为氧化亚铁，当还原反应结束后混合球团中的脉石和氧化亚铁结合生成低熔点的铁橄榄石，可使得金属化球团在相对较低的还原温度下实现渣、铁分离并促进镍铁的聚集形成镍铁粒，并且所得尾渣经磨选处理后可以得到镍铁粉，从而实现镍铁的高效回收。由此，该方法可在不影响镍铁粒品质的前提下，降低石灰石预处理的能源消耗，减少后续金属化球团破碎工序，进而缩短工艺流程、降低设备投资，具有处理流程短、设备投资低、能耗低、应用范围广泛等优点。

另外，根据本发明上述实施例的利用红土镍矿制备镍铁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，在步骤(3)中，所述粗粒度石灰石颗粒的粒度不高于5mm，所述细粒度石灰石颗粒的粒度不高于0.5mm。由此，可以显著提高镍铁的回收率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，在所述石灰石颗粒中，所述粗粒度石灰石颗粒与所述细粒度石灰石颗粒的质量比为(0.4～0.8)：1。由此，可以进一步提高镍铁的回收率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，将所述红土镍矿颗粒、所述还原煤颗粒和所述石灰石颗粒按照质量比为100：(7～20)：(10～15)进行混合。由此，可以进一步提高镍铁的回收率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述还原煤颗粒的配入量以控制上所述混合物料的C/O为0.6～0.9。由此，可以进一步提高镍铁的回收率。

在本发明的一些实施例中，在步骤(6)中，在将所述混合球团进行还原处理之前，预先铺设厚度为5～10mm的兰炭。由此，有利于还原物料出料。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种实施上述利用红土镍矿制备镍铁的方法的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：

红土镍矿预处理单元，所述红土镍矿预处理单元具有红土镍矿入口和红土镍矿颗粒出口；

还原煤预处理单元，所述还原煤预处理单元具有还原煤入口和还原煤颗粒出口；

石灰石预处理单元，所述石灰石预处理单元具有石灰石入口、粗颗粒石灰石颗粒出口和细颗粒石灰石出口；

混合装置，所述混合装置具有红土镍矿颗粒入口、还原煤颗粒入口、石灰石颗粒入口和混合物料出口，所述红土镍矿颗粒入口与所述红土镍矿颗粒出口相连，所述还原煤颗粒入口与所述还原煤颗粒出口相连，所述石灰石颗粒入口分别与所述粗颗粒石灰石颗粒出口和所述细颗粒石灰石颗粒出口相连；

制球装置，所述制球装置具有混合物料入口和混合球团出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；

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；

水淬-磁选装置，所述水淬-磁选装置具有金属化球团入口、镍铁粒出口和一次尾渣出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连；

磨选装置，所述磨选装置具有一次尾渣入口、镍铁粉出口和二次尾渣出口，所述一次尾渣入口与所述一次尾渣出口相连。

根据本发明实施例的利用红土镍矿制备镍铁的系统通过将红土镍矿颗粒、还原煤颗粒与石灰石颗粒进行混合，其中，石灰石颗粒是由粗粒度和细粒度按一定比例混匀组成的，由于混合物料中配入粗粒度石灰石在高温还原焙烧过程中分解成氧化钙，其中的一部分并没有充分参与反应，仍以CaO形式存在，水淬时金属化球团中未反应的氧化钙与水反应生成氢氧化钙，放热膨胀使金属化球团破裂，碎裂的金属化球团可直接经磁选得到部分镍铁粒；同时可通过调节石灰石颗粒的配入量来保证混合物料的碱度，当碱度在一定范围内时，既可提高镍还原率又可降低炉渣黏度，有利于镍铁粒的聚集和长大；此外，通过调整还原煤颗粒的配入量来控制混合物料的碳氧比，进而控制混合球团的还原度，使混合球团内的镍全部被还原，而铁部分被还原为金属铁，部分被还原为氧化亚铁，当还原反应结束后混合球团中的脉石和氧化亚铁结合生成低熔点的铁橄榄石，可使得金属化球团在相对较低的还原温度下实现渣、铁分离并促进镍铁的聚集形成镍铁粒，并且所得尾渣经磨选处理后可以得到镍铁粉，从而实现镍铁的高效回收。由此，该系统可在不影响镍铁粒品质的前提下，降低石灰石预处理的能源消耗，减少后续金属化球团破碎工序，进而缩短工艺流程、降低设备投资，具有处理流程短、设备投资低、能耗低、应用范围广泛等优点。

另外，根据本发明上述实施例的利用红土镍矿制备镍铁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，所述红土镍矿预处理单元包括依次相连的红土镍矿烘干装置、红土镍矿破碎装置和红土镍矿筛分装置；所述还原煤预处理单元包括依次相连的还原煤烘干装置、还原煤破碎装置和还原煤筛分装置；所述石灰石预处理单元包括依次相连的石灰石烘干装置、石灰石破碎装置和石灰石筛分装置。由此，可以显著提高镍铁回收率。

在本发明的一些实施例中，所述还原装置为蓄热式转底炉。由此，可进一步提高镍铁的回收率。

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利用红土镍矿制备镍铁的方法流程示意图；

图2是根据本发明一个实施例的利用红土镍矿制备镍铁的系统结构示意图。

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“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种利用红土镍矿制备镍铁的方法。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：

S100：将红土镍矿进行预处理

该步骤中，将红土镍矿进行预处理，以便得到红土镍矿颗粒。具体的，红土镍矿预处理过程包括下列步骤：先将红土镍矿进行烘干，去除红土镍矿中的水分，接着将烘干后的红土镍矿进行破碎，得到粒度不等的破碎后红土镍矿，再经筛分后得到红土镍矿颗粒，从而可以提高红土镍矿颗粒的比表面积，进而增加红土镍矿颗粒与混合物料中的还原煤颗粒和石灰石颗粒的接触面积，提高混合球团的还原效率，并降低能耗。

根据本发明的一个实施例，红土镍矿颗粒的粒度并不受特别限制，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，红土镍矿颗粒的粒度可以为不高于2mm。发明人经过大量实验意外发现，该粒度范围的红土镍矿颗粒可显著提高混合球团的还原效率，从而提高镍铁回收率，同时节约能耗。

S200：将还原煤进行预处理

该步骤中，将还原煤进行预处理，以便得到还原煤颗粒。发明人发现，通过调整还原煤颗粒的配入量可控制混合物料的碳氧比进而控制混合球团的还原度，使混合球团在还原时，混合球团内的镍全部被还原，而铁部分被还原为金属铁，一部分铁被还原为氧化亚铁，当还原反应结束后混合球团中的脉石和氧化亚铁结合生成低熔点的铁橄榄石，可使得金属化球团在相对较低的还原温度下实现渣铁分离并促进镍铁的聚集形成镍铁粒。具体的，还原煤预处理过程包括下列步骤：先将还原煤进行烘干，去除还原煤中的水分，接着将烘干后的还原煤进行破碎，得到粒度不等的破碎后还原煤，再经筛分后得到还原煤颗粒，有利于提高还原煤颗粒的比表面积，进而增加还原煤颗粒与混合物料中的红土镍矿颗粒和石灰石颗粒的接触面积，提高混合球团的还原效率，并降低能耗。具体的，还原煤可以采用无烟煤、褐煤、烟煤等。

根据本发明的一个实施例，还原煤颗粒的粒度并不受特别限制，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，还原煤颗粒的粒度可以为不高于1mm。发明人经过大量实验意外发现，该粒度范围的还原煤颗粒可显著提高混合球团的还原效率，从而提高镍铁的生产效率，同时节约能耗。

S300：将石灰石进行预处理

该步骤中，将石灰石进行预处理，以便得到石灰石颗粒。具体的，石灰石预处理过程包括下列步骤：先将石灰石进行烘干，去除石灰石中的水分，接着将烘干后的石灰石进行破碎，得到粒度不等的破碎后石灰石，再经筛分后得到粗粒度石灰石颗粒和细粒度石灰石颗粒，可保证混合球团在经还原处理后，金属化球团中还有未反应的氧化钙，有利于金属化球团水淬时其中的氧化钙与水反应生成氢氧化钙，放热膨胀使金属化球团破裂，碎裂的金属化球团可直接经磁选得到部分镍铁粒；同时可通过调节石灰石颗粒的配入量来保证混合物料的碱度，当碱度在一定范围内时，既可提高镍还原率，有可降低炉渣黏度，有利于镍铁粒的聚集和长大。

根据本发明的一个实施例，粗粒度石灰石颗粒和细粒度石灰石颗粒的粒度并不受特别限制，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，粗粒度石灰石颗粒的粒度不高于5mm，优选3～5mm，细粒度石灰石颗粒的粒度不高于0.5mm。发明人发现，石灰石颗粒由粗粒度石灰石颗粒和细粒度石灰石颗粒组成可保证混合球团在经还原处理后，金属化球团中还有未反应的氧化钙，有利于金属化球团水淬时其中的氧化钙与水反应生成氢氧化钙，放热膨胀使金属化球团破裂，碎裂的金属化球团可直接经磁选得到部分镍铁粒；同时可通过调节石灰石颗粒的配入量来保证混合物料的碱度，当碱度在一定范围内时，既可提高镍还原率，有可降低炉渣黏度，有利于镍铁粒的聚集和长大。

根据本发明的再一个实施例，石灰石颗粒中粗粒度石灰石颗粒与细粒度石灰石颗粒的质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，石灰石颗粒中粗粒度石灰石颗粒与细粒度石灰石颗粒的质量比可以为(0.4～0.8)：1。发明人发现，粗颗粒石灰石配入量过高时，不仅影响还原效果，还导致资源浪费，当粗粒度石灰石颗粒配入量小时，不能实现金属化球团水淬自破裂的技术效果，增加生产过程能耗。由此，采用该混合比例，可以在降低生产能耗的同时提高球团的还原效率。

S400：将红土镍矿颗粒、还原煤颗粒和石灰石颗粒进行混合处理

该步骤中，将红土镍矿颗粒、还原煤颗粒和石灰石颗粒进行混合处理，以便得到混合物料。发明人发现，在混合物料中，石灰石颗粒的配入量要保证混合物料的碱度，即混合物料中氧化镁和氧化钙的总质量与氧化硅和氧化铝的总质量的比值，发明人经过大量实验意外发现，混合物料的碱度在0.5-0.8，优选0.6-0.7时，既可提高镍还原率，又可降低炉渣黏度，有利于镍铁粒的聚集和长大。此外，混合物料中因含有粗粒度的石灰石颗粒，经还原反应后，仍有未反应的氧化钙存在，在金属化球团进行水淬处理时，氧化钙与水反应，放热膨胀，使金属化球团破碎，经磁选处理后可直接得到部分镍铁粒，减少工艺的能耗。并且还原煤颗粒的配入量需控制混合物料中的碳氧比在0.6-0.9之间，发明人发现，通过控制混合物料的碳氧比可控制混合球团的还原度，使得混合球团在还原时其内的镍被全部还原，而铁被部分还原为金属铁，一部分铁被还原为氧化亚铁，还原反应结束后，混合球团中的脉石和氧化亚铁可结合生成低熔点的铁橄榄石，使其在相对较低的还原温度下即可实现渣铁分离，并促进镍铁粒的聚集和长大。

根据本发明的一个实施例，红土镍矿颗粒、还原煤颗粒和石灰石颗粒的混合质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，可以将红土镍矿颗粒、还原煤颗粒和石灰石颗粒按照质量比为100：(7～20)：(10～15)进行混合。发明人发现，还原煤颗粒和石灰石颗粒配入量过低会影响金属化球团的还原效果，配入量过高时，并不能提高产品的技术指标，且会造成还原煤资源浪费，提高生产成本。

S500：将混合物料进行制球

该步骤中，将混合物料进行制球，以便得到混合球团。由此，可进一步增加混合物料中红土镍矿颗粒与还原煤颗粒、石灰石颗粒的接触面积，进而提高混合球团的还原效率。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对所得混合球团的大小进行选择。

S600：将混合球团进行还原处理

该步骤中，将混合球团进行还原处理，以便得到金属化球团。具体的，该过程中，可以在蓄热式转底炉中进行。由此，有利于提高混合球团的还原效率。

根据本发明的再一个实施例，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，根据本发明的一个具体实施例，还原处理的温度可以为1250～1350摄氏度，时间可以为30～50分钟。发明人经过大量实验意外发现，若还原温度过低会使还原反应不彻底，导致镍铁的回收率降低，且会增加金属化球团中渣的粘度，进而影响镍铁粒的聚集，而如温度过高会使铁熔化，使碳上浮，渣中氧化亚铁含量升高，渣的粘度过低，同样影响镍铁粒的聚集，而还原处理的时间过长并不能进一步增加金属化球团的金属化率，反而导致能耗的浪费，而若时间过短，则会使得混合球团在还原装置内还原不充分。由此，采用本发明提出的还原处理的条件可显著提高混合球团的还原效率，有利于镍铁粒的聚集和长大，同时节约能耗。

根据本发明的再一个实施例，在将混合球团进行还原处理之前，预先在蓄热式转底炉的底部铺厚度为5～10mm的兰炭。发明人发现，由于红土镍矿颗粒直接还原生产镍铁粒工艺的温度更高，混合球团经还原后炉渣呈半熔融状态，为了防止半熔融状态的炉渣粘接在还原装置中影响出料，所以预先在还原装置底部铺好一层兰炭方便出料。

S700：将金属化球团进行水淬-磁选处理

该步骤中，将金属化球团进行水淬-磁选处理，以便得到镍铁粒和一次尾渣。发明人发现，因混合物料中含有粗粒度的石灰石颗粒，其与红土镍矿颗粒和还原煤颗粒的接触面积小，经还原反应后，仍有未反应的氧化钙存在，在金属化球团进行水淬处理时，氧化钙与水反应，放热膨胀，使金属化球团破碎，经磁选处理后可直接得到部分镍铁粒，减少工艺的能耗。具体的，水淬-磁选处理依次包括水淬处理和磁选处理。

根据本发明的一个具体实施例，磁选处理中磁场强度可以为600Oe-1000Oe。由此，可有效回收镍铁粒，磁场强度过大会造成镍铁粒不纯，掺杂部分一次渣，磁场强度过小会降低镍铁粒回收率。

S800：将一次尾渣进行磨选处理

该步骤中，将S700得到的一次尾渣进行磨选处理，以便得到镍铁粉和二次尾渣。发明人发现，通过将一次尾渣进行磨矿和磁选处理，可将一次尾渣中的镍铁粉充分回收，从而进一步提高镍铁的回收率。

根据本发明的一个具体实施例，一次尾渣磨选过程中控制磨矿粒度为-200目达到80％，磁场强度为2500-3000Oe。

根据本发明实施例的利用红土镍矿制备镍铁的方法通过将红土镍矿颗粒、还原煤颗粒与石灰石颗粒进行混合，其中，石灰石颗粒是由粗粒度和细粒度按一定比例混匀组成的，由于混合物料中配入粗粒度石灰石在高温还原焙烧过程中分解成氧化钙，其中的一部分并没有充分参与反应，仍以CaO形式存在，水淬时金属化球团中未反应的氧化钙与水反应生成氢氧化钙，放热膨胀使金属化球团破裂，碎裂的金属化球团可直接经磁选得到部分镍铁粒；同时可通过调节石灰石颗粒的配入量来保证混合物料的碱度，当碱度在一定范围内时，既可提高镍还原率又可降低炉渣黏度，有利于镍铁粒的聚集和长大；此外，通过调整还原煤颗粒的配入量来控制混合物料的碳氧比，进而控制混合球团的还原度，使混合球团内的镍全部被还原，而铁部分被还原为金属铁，部分被还原为氧化亚铁，当还原反应结束后混合球团中的脉石和氧化亚铁结合生成低熔点的铁橄榄石，可使得金属化球团在相对较低的还原温度下实现渣、铁分离并促进镍铁的聚集形成镍铁粒，并且所得尾渣经磨选处理后可以得到镍铁粉，从而实现镍铁的高效回收。由此，该方法可在不影响镍铁粒品质的前提下，降低石灰石预处理的能源消耗，减少后续金属化球团破碎工序，进而缩短工艺流程、降低设备投资，具有处理流程短、设备投资低、能耗低、应用范围广泛等优点。

综上，根据本发明的实施例，上述利用红土镍矿制备镍铁的方法至少具有下列所述优点之一：

根据本发明实施例的利用红土镍矿制备镍铁的方法通过在混合物料中配入不同粒度的石灰石颗粒，可在不影响产品指标的前提下，降低石灰石预处理的能源消耗，减少后续金属化球团的破碎工序，缩短工艺流程，降低设备投资及生产能耗；

根据本发明实施例的利用红土镍矿制备镍铁的方法通过调整还原煤颗粒的配入量控制混合物料中的碳氧比在合适的范围内，可使得混合球团在相对较低的还原处理温度下实现渣铁分离并促进镍铁的聚集形成镍铁粒，节能降耗；

根据本发明实施例的利用红土镍矿制备镍铁的方法还原装置采用了蓄热式燃烧技术，可使用劣质或低品质燃料，降低了燃料成本，可在国内和缺少天然气和优质燃料的地区推广。

在本发明的再一个方面，本发明提出了一种实施上述利用红土镍矿制备镍铁的方法的系统，根据本发明的实施例，参考图2，该系统包括：红土镍矿预处理单元100、还原煤预处理单元200、石灰石预处理单元300、混合装置400、制球装置500、还原装置600、水淬-磁选装置700和磨选装置800。

根据本发明的实施例，红土镍矿预处理单元100具有红土镍矿入口101和红土镍矿颗粒出口102，且适于将红土镍矿进行预处理，以便得到红土镍矿颗粒。根据本发明的一个实施例，红土镍矿预处理单元可以包括依次相连的红土镍矿烘干装置、红土镍矿破碎装置和红土镍矿筛分装置。具体的，先将红土镍矿进行烘干，去除红土镍矿中的水分，接着将烘干后的红土镍矿进行破碎，得到粒度不等的破碎后红土镍矿，再经筛分后得到红土镍矿颗粒，从而可以提高红土镍矿颗粒的比表面积，进而增加红土镍矿颗粒与混合物料中的还原煤颗粒和石灰石颗粒的接触面积，提高混合球团的还原效率，并降低能耗。

根据本发明的再一个实施例，红土镍矿颗粒的粒度并不受特别限制，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，红土镍矿颗粒的粒度可以为不高于2mm。发明人经过大量实验意外发现，该粒度范围的红土镍矿颗粒可显著提高混合球团的还原效率，提高镍铁的回收率，同时节约能耗。

根据本发明的实施例，还原煤预处理单元200具有还原煤入口201和还原煤颗粒出口202，且适于将还原煤进行预处理，以便得到还原煤颗粒。由此，有利于提高还原煤颗粒的品质，进而提高镍铁粒的生产效率和品质。发明人发现，通过调整还原煤颗粒的配入量可控制混合物料的碳氧比进而控制混合球团的还原度，使混合球团在还原时，混合球团内的镍全部被还原，而铁部分被还原为金属铁，一部分铁被还原为氧化亚铁，当还原反应结束后混合球团中的脉石和氧化亚铁结合生成低熔点的铁橄榄石，可使得金属化球团在相对较低的还原温度下实现渣铁分离并促进镍铁的聚集形成镍铁粒。

根据本发明的一个实施例，还原煤预处理单元可以包括依次相连的还原煤烘干装置、还原煤破碎装置和还原煤筛分装置。具体的，先将还原煤进行烘干，去除还原煤中的水分，接着将烘干后的还原煤进行破碎，得到粒度不等的破碎后还原煤，再经筛分后得到还原煤颗粒，有利于提高还原煤颗粒的比表面积，进而增加还原煤颗粒与混合物料中的红土镍矿颗粒和石灰石颗粒的接触面积，提高混合球团的还原效率，并降低能耗。具体的，还原煤可以采用无烟煤、褐煤、烟煤等。

根据本发明的再一个实施例，还原煤颗粒的粒度并不受特别限制，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，还原煤颗粒的粒度可以为不高于1mm。发明人经过大量实验意外发现，该粒度范围的还原煤颗粒可显著提高混合球团的还原效率，提高镍铁回收率，同时节约能耗。

根据本发明的实施例，石灰石预处理单元300具有石灰石入口301、粗粒度石灰石颗粒出口302和细粒度石灰石颗粒出口303，且适于将石灰石进行预处理，以便分别得到粗粒度石灰石颗粒和细粒度石灰石颗粒。具体的，石灰石颗粒是由粗粒度和细粒度按一定比例混匀的石灰石颗粒，可保证混合球团在经还原处理后，金属化球团中还有未反应的氧化钙，有利于金属化球团水淬时其中的氧化钙与水反应生成氢氧化钙，放热膨胀使金属化球团破裂，碎裂的金属化球团可直接经磁选得到部分镍铁粒；同时可通过调节石灰石颗粒的配入量来保证混合物料的碱度，当碱度在一定范围内时，既可提高镍还原率又可降低炉渣黏度，有利于镍铁粒的聚集和长大。

根据本发明的一个实施例，石灰石预处理单元可以包括依次相连的石灰石烘干装置、石灰石破碎装置和石灰石筛分装置。具体的，先将石灰石进行烘干，去除石灰石中的水分，接着将烘干后的石灰石进行破碎，得到粒度不等的破碎后石灰石，再经筛分后得到粗粒度石灰石颗粒和细粒度石灰石颗粒，可保证混合球团在经还原处理后，金属化球团中还有未反应的氧化钙，有利于金属化球团水淬时其中的氧化钙与水反应生成氢氧化钙，放热膨胀使金属化球团破裂，碎裂的金属化球团可直接经磁选得到部分镍铁粒；同时可通过调节石灰石颗粒的配入量来保证混合物料的碱度，当碱度在一定范围内时，可降低炉渣黏度，有利于镍铁粒的聚集和长大。

根据本发明的再一个实施例，粗粒度石灰石颗粒和细粒度石灰石颗粒的粒度并不受特别限制，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，粗粒度石灰石颗粒的粒度不高于5mm，优选3～5mm，细粒度石灰石颗粒的粒度不高于0.5mm。发明人发现，石灰石颗粒由粗粒度石灰石颗粒和细粒度石灰石颗粒组成可保证混合球团在经还原处理后，金属化球团中还有未反应的氧化钙，有利于金属化球团水淬时其中的氧化钙与水反应生成氢氧化钙，放热膨胀使金属化球团破裂，碎裂的金属化球团可直接经磁选得到部分镍铁粒；同时可通过调节石灰石颗粒的配入量来保证混合物料的碱度，当碱度在一定范围内时，既可提高镍还原率，有可降低炉渣黏度，有利于镍铁粒的聚集和长大。

根据本发明的又一个实施例，石灰石颗粒中粗粒度石灰石颗粒与细粒度石灰石颗粒的质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，石灰石颗粒中粗粒度石灰石颗粒与细粒度石灰石颗粒的质量比可以为(0.4～0.8)：1。发明人发现，粗颗粒石灰石配入量过高时，不仅影响还原效果，还导致资源浪费，当粗粒度石灰石颗粒配入量小时，不能实现金属化球团水淬自破裂的技术效果，增加生产过程能耗。由此，采用该混合比例，可以在降低生产能耗的同时提高球团的还原效率。

根据本发明的实施例，混合装置400具有红土镍矿颗粒入口401、还原煤颗粒入口402、石灰石颗粒入口403和混合物料出口404，红土镍矿颗粒入口401与红土镍矿颗粒出口102相连，还原煤颗粒入口402与还原煤颗粒出口202相连，石灰石颗粒入口403分别与粗粒度石灰石颗粒出口302和细粒度石灰石颗粒出口303相连，且适于将红土镍矿颗粒、还原煤颗粒和石灰石颗粒进行混合处理，以便得到混合物料。发明人发现，在混合物料中，石灰石颗粒的配入量要保证混合物料的碱度，即混合物料中氧化镁和氧化钙的总质量与氧化硅和氧化铝的总质量的比值，发明人经过大量实验意外发现，混合物料的碱度在0.5-0.8，优选0.6-0.7时，既可提高镍还原率又可降低炉渣黏度，有利于镍铁粒的聚集和长大。此外，混合物料中因含有粗粒度的石灰石颗粒，经还原反应后，仍有未反应的氧化钙存在，在金属化球团进行水淬处理时，氧化钙与水反应，放热膨胀，使金属化球团破碎，经磁选处理后可直接得到部分镍铁粒，减少工艺的能耗。并且还原煤颗粒的配入量需控制混合物料中的碳氧比在0.6-0.9之间，发明人发现，通过控制混合物料的碳氧比可控制混合球团的还原度，使得混合球团在还原时其内的镍被全部还原，而铁被部分还原为金属铁，一部分铁被还原为氧化亚铁，还原反应结束后，混合球团中的脉石和氧化亚铁可结合生成低熔点的铁橄榄石，使其在相对较低的还原温度下即可实现渣铁分离，并促进镍铁粒的聚集和长大。

根据本发明的一个实施例，红土镍矿颗粒、还原煤颗粒和石灰石颗粒的混合质量比并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一个具体实施例，可以将红土镍矿颗粒、还原煤颗粒和石灰石颗粒按照质量比为100：(7～20)：(10～15)进行混合。发明人发现，还原煤颗粒和石灰石颗粒配入量过低会影响金属化球团的还原效果，配入量过高时，并不能提高产品的技术指标，且会造成还原煤资源浪费，提高生产成本。

根据本发明的实施例，制球装置500具有混合物料入口501和混合球团出口502，混合物料入口501与混合物料出口404相连，且适于将混合物料进行制球，以便得到混合球团。由此，可进一步增加混合物料中红土镍矿颗粒与还原煤颗粒、石灰石颗粒的接触面积，进而提高混合球团的还原效率。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对所得混合球团的大小进行选择。

根据本发明的实施例，还原装置600具有混合球团入口601和金属化球团出口602，混合球团入口601与混合球团出口502相连，且适于将混合球团进行还原处理，以便得到金属化球团。

根据本发明的一个实施例，还原装置并不受特别限制，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，还原装置可以为蓄热式转底炉。由此，有利于提高混合球团的还原效率。

根据本发明的再一个实施例，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，根据本发明的一个具体实施例，还原处理的温度可以为1250～1350摄氏度，时间可以为30～50分钟。发明人经过大量实验意外发现，若还原温度过低会使还原反应不彻底，导致镍铁的回收率降低，且会增加金属化球团中渣的粘度，进而影响镍铁粒的聚集，而如温度过高会使铁熔化，使碳上浮，渣中氧化亚铁含量升高，渣的粘度过低，同样影响镍铁粒的聚集，而还原处理的时间过长并不能进一步增加金属化球团的金属化率，反而导致能耗的浪费，而若时间过短，则会使得混合球团在还原装置内还原不充分。由此，采用本发明提出的还原处理的条件可显著提高混合球团的还原效率，有利于镍铁粒的聚集和长大，同时节约能耗。

根据本发明的又一个实施例，预先在还原装置的底部铺厚度为5～10mm的兰炭。发明人发现，由于红土镍矿颗粒直接还原生产镍铁粒工艺的温度更高，混合球团经还原后炉渣呈半熔融状态，为了防止半熔融状态的炉渣粘接在还原装置中影响出料，所以预先在还原装置底部铺好一层兰炭方便出料。

根据本发明的实施例，水淬-磁选装置700具有金属化球团入口701、镍铁粒出口702和一次尾渣出口703，金属化球团入口701与金属化球团出口602相连，且适于将金属化球团进行水淬-磁选处理，以便得到镍铁粒和一次尾渣。发明人发现，因混合物料中含有粗粒度的石灰石颗粒，经还原反应后，仍有未反应的氧化钙存在，在金属化球团进行水淬处理时，氧化钙与水反应，放热膨胀，使金属化球团破碎，经磁选处理后可直接得到部分镍铁粒，减少工艺的能耗。具体的，水淬-磁选装置为水淬装置和磁选装置的联用装置。

根据本发明的一个具体实施例，磁选处理中磁场强度可以为600Oe-1000Oe。由此，可有效回收镍铁粒，磁场强度过大会造成镍铁粒不纯，掺杂部分一次渣，磁场强度过小会降低镍铁粒回收率。

根据本发明的实施例，磨选装置800具有一次尾渣入口801、镍铁粉出口802和二次尾渣出口803，一次尾渣入口801与一次尾渣出口703相连，且适于将水淬-磁选装置700得到的一次尾渣进行磨选处理，以便得到镍铁粉和二次尾渣。发明人发现，通过将一次尾渣送至磨选装置中进行磨矿和磁选处理，可将一次尾渣中的镍铁粉充分回收，从而进一步提高镍铁的回收率。

根据本发明的一个具体实施例，一次尾渣磨选过程中控制磨矿粒度为-200目达到80％，磁场强度为2500-3000Oe。

根据本发明实施例的利用红土镍矿制备镍铁的系统通过将红土镍矿颗粒、还原煤颗粒与石灰石颗粒进行混合，其中，石灰石颗粒是由粗粒度和细粒度按一定比例混匀组成的，由于混合物料中配入粗粒度石灰石在高温还原焙烧过程中分解成氧化钙，其中的一部分并没有充分参与反应，仍以CaO形式存在，水淬时金属化球团中未反应的氧化钙与水反应生成氢氧化钙，放热膨胀使金属化球团破裂，碎裂的金属化球团可直接经磁选得到部分镍铁粒；同时可通过调节石灰石颗粒的配入量来保证混合物料的碱度，当碱度在一定范围内时，既可提高镍还原率又可降低炉渣黏度，有利于镍铁粒的聚集和长大；此外，通过调整还原煤颗粒的配入量来控制混合物料的碳氧比，进而控制混合球团的还原度，使混合球团内的镍全部被还原，而铁部分被还原为金属铁，部分被还原为氧化亚铁，当还原反应结束后混合球团中的脉石和氧化亚铁结合生成低熔点的铁橄榄石，可使得金属化球团在相对较低的还原温度下实现渣、铁分离并促进镍铁的聚集形成镍铁粒，并且所得尾渣经磨选处理后可以得到镍铁粉，从而实现镍铁的高效回收。由此，该系统可在不影响镍铁粒品质的前提下，降低石灰石预处理的能源消耗，减少后续金属化球团破碎工序，进而缩短工艺流程、降低设备投资，具有处理流程短、设备投资低、能耗低、应用范围广泛等优点。

需要说明的是，上述针对利用红土镍矿制备镍铁的方法所描述的特征和优点同样适用于该利用红土镍矿制备镍铁的系统，此处不再赘述。

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

依次分别将红土镍矿(27.6wt％和Ni含1.44wt％)、还原煤和石灰石进行烘干、破碎和筛分处理，分别得到粒度为不高于2mm的红土镍矿颗粒、粒度为不高于1mm的还原煤颗粒以及粒度为3～5mm的粗粒度石灰石颗粒与粒径不高于0.5mm的细粒度石灰石颗粒，将上述红土镍矿颗粒、还原煤颗粒和石灰石颗粒按照质量比100：7：10进行混合，得到碳氧比为0.6、碱度为0.5的混合物料，其中，石灰石颗粒中粗粒度石灰石颗粒与细粒度石灰石颗粒的质量比为0.4：1，然后将此混合物料制球后陆续布入转底炉进行还原焙烧，在混合球团布入转底炉之前，在转底炉炉底步入一层10mm厚的兰炭，还原处理的温度为1250摄氏度，时间为50min，还原反应结束后，将转底炉出料得到的金属化球团送入水淬-磁选装置中依次进行水淬和磁选处理，磁场强度600Oe，得到镍铁粒(含Ni 6.62wt％，Fe 89.66wt％)和一次尾渣，一次尾渣再送入磨选装置进行处理得到镍铁粉(含Ni 3.92wt％，TFe 69.57％)和二次尾渣，二次尾渣细磨粒度-200目达到80％，磁选磁场强度2500Oe，整个流程镍回收率94.9％。

实施例2

依次分别将红土镍矿(TFe含25.7wt％和Ni含1.52wt％)、还原煤和石灰石进行烘干、破碎和筛分处理，分别得到粒度为不高于2mm的红土镍矿颗粒、粒度为不高于1mm的还原煤颗粒以及粒度为3～5mm的粗粒度石灰石颗粒与粒径不高于0.5mm的细粒度石灰石颗粒，将上述红土镍矿颗粒、还原煤颗粒和石灰石颗粒按照质量比100：16：13进行混合，得到碳氧比为0.8、碱度为0.6的混合物料，其中，石灰石颗粒中粗粒度石灰石颗粒与细粒度石灰石颗粒的质量比为0.6：1，然后将此混合物料制球后陆续布入转底炉进行还原焙烧，在混合球团布入转底炉之前，在转底炉炉底步入一层8mm厚的兰炭，还原处理的温度为1300摄氏度，时间为30min，还原反应结束后，将转底炉出料得到的金属化球团送入水淬-磁选装置中依次进行水淬和磁选处理，磁场强度800Oe，得到镍铁粒(含Ni 6.32wt％，Fe90.26wt％)和一次尾渣，一次尾渣再送入磨选装置进行处理得到镍铁粉(含Ni 2.83wt％，TFe 65.76％)和二次尾渣，二次尾渣细磨粒度为-200目达到80％，磁选磁场强度2700Oe，整个流程镍回收率95.6％。

实施例3

依次分别将红土镍矿(TFe含28.9wt％和Ni含1.45wt％)、还原煤和石灰石进行烘干、破碎和筛分处理，分别得到粒度为不高于2mm的红土镍矿颗粒、粒度为不高于1mm的还原煤颗粒以及粒度为3～5mm的粗粒度石灰石颗粒与粒径不高于0.5mm的细粒度石灰石颗粒，将上述红土镍矿颗粒、还原煤颗粒和石灰石颗粒按照质量比100：20：15进行混合，得到碳氧比为0.9、碱度为0.8的混合物料，其中，石灰石颗粒中粗粒度石灰石颗粒与细粒度石灰石颗粒的质量比为0.8：1，然后将此混合物料制球后陆续布入转底炉进行还原焙烧，在混合球团布入转底炉之前，在转底炉炉底步入一层5mm厚的兰炭，还原处理的温度为1350摄氏度，时间为20min，还原反应结束后，将转底炉出料得到的金属化球团送入水淬-磁选装置中依次进行水淬和磁选处理，磁场强度1000Oe，得到镍铁粒(含Ni 6.93wt％，Fe91.69wt％)和一次尾渣，一次尾渣再送入磨选装置进行处理得到镍铁粉(含Ni 3.16wt％，TFe 67.35％)和二次尾渣，二次尾渣细磨粒度-200目达到80％，磁选磁场强度3000Oe，整个流程镍回收率95.4％。

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 (9)

1.一种利用红土镍矿制备镍铁的方法，其特征在于，包括：

(1)将红土镍矿进行预处理，以便得到红土镍矿颗粒；

(2)将还原煤进行预处理，以便得到还原煤颗粒；

(3)将石灰石进行预处理，以便得到石灰石颗粒，其中，所述石灰石颗粒包含粗粒度石灰石颗粒和细粒度石灰石颗粒；

(4)将所述红土镍矿颗粒、所述还原煤颗粒和所述石灰石颗粒进行混合处理，以便得到混合物料；

(5)将所述混合物料进行制球，以便得到混合球团；

(6)将所述混合球团进行还原处理，以便得到金属化球团；

(7)将所述金属化球团进行水淬-磁选处理，以便得到镍铁粒和一次尾渣；

(8)将所述一次尾渣进行磨选处理，以便得到镍铁粉和二次尾渣。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述粗粒度石灰石颗粒的粒度不高于5mm，所述细粒度石灰石颗粒的粒度不高于0.5mm。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，在所述石灰石颗粒中，所述粗粒度石灰石颗粒与所述细粒度石灰石颗粒的质量比为(0.4～0.8)：1。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，将所述红土镍矿颗粒、所述还原煤颗粒和所述石灰石颗粒按照质量比为100：(7～20)：(10～15)进行混合。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述还原煤颗粒的配入量以控制上所述混合物料的C/O为0.6～0.9。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中，在将所述混合球团进行还原处理之前，预先铺设厚度为5～10mm的兰炭。

7.一种实施权利要求1-6中任一项所述利用红土镍矿制备镍铁的方法的系统，其特征在于，包括：

红土镍矿预处理单元，所述红土镍矿预处理单元具有红土镍矿入口和红土镍矿颗粒出口；

还原煤预处理单元，所述还原煤预处理单元具有还原煤入口和还原煤颗粒出口；

石灰石预处理单元，所述石灰石预处理单元具有石灰石入口、粗颗粒石灰石颗粒出口和细颗粒石灰石出口；

混合装置，所述混合装置具有红土镍矿颗粒入口、还原煤颗粒入口、石灰石颗粒入口和混合物料出口，所述红土镍矿颗粒入口与所述红土镍矿颗粒出口相连，所述还原煤颗粒入口与所述还原煤颗粒出口相连，所述石灰石颗粒入口分别与所述粗颗粒石灰石颗粒出口和所述细颗粒石灰石颗粒出口相连；

制球装置，所述制球装置具有混合物料入口和混合球团出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连；

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；

水淬-磁选装置，所述水淬-磁选装置具有金属化球团入口、镍铁粒出口和一次尾渣出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连；

磨选装置，所述磨选装置具有一次尾渣入口、镍铁粉出口和二次尾渣出口，所述一次尾渣入口与所述一次尾渣出口相连。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述红土镍矿预处理单元包括依次相连的红土镍矿烘干装置、红土镍矿破碎装置和红土镍矿筛分装置；

所述还原煤预处理单元包括依次相连的还原煤烘干装置、还原煤破碎装置和还原煤筛分装置；

所述石灰石预处理单元包括依次相连的石灰石烘干装置、石灰石破碎装置和石灰石筛分装置。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述还原装置为蓄热式转底炉。