CN107217155A - 一种红土镍矿还原冷却方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种红土镍矿还原冷却方法，包括以下步骤：将红土镍矿的还原产物经过竖式冷却炉，与氮气进行热交换，将还原产物冷却；将冷却后的还原产物破碎、磨矿和磁选得到高镍精矿。本发明的方法可以使得红土镍矿还原矿出窑时的余热得到充分利用和回收，节约水资源，保护环境，并促进冷却过程中铁晶粒长大，降低磨矿成本，提高镍回收率。

Description

一种红土镍矿还原冷却方法
技术领域
本发明涉及冶金及材料科学技术领域，具体来说，涉及一种红土镍矿的还原冷却方法。
背景技术
镍是一种重要的金属材料，在现代工业中有着广泛的应用。镍主要消费于不锈钢生产，不锈钢用镍约占全球镍消费总量的 65%。镍原料成本约占奥氏体不锈钢生产总成本的 70%，用占世界陆基镍资源 72%的红土镍矿作为冶炼不锈钢的原料，其成本明显低于使用电解镍，大幅度降低不锈钢生产成本，是保障不锈钢工业可持续发展的有效途径之一。
但是红土矿中镍铁矿物紧密共生，嵌布粒度微细的特点，不能采用常规选矿方法进行分选富集，也无法采用湿法工艺经济有效地提取镍。大量的研究表明，回转窑直接还原-磁选工艺是处理这种难冶难选矿物的有效手段。因此，近年来利用此种工艺生产镍铁为不锈钢提高原料成为主流。红土镍矿在窑内还原温度高达1200℃，甚至更高，其排出窑口时，温度仍然可达1100℃。通常，在回转窑直接还原-磁选工艺中，红土镍矿还原矿的冷却主要通过水淬冷的方式进行。此种方式不仅消耗大量的水资源，还原矿显然无法有效利用，而且还原矿经过水急冷后，不利于铁晶粒长大，势必要求后续磨矿粒度过细，导致磨矿成本升高且镍回收率亦有所降低。
因此，迫切需要开发出新的红土矿还原矿冷却方式，有效利用其显热，节省水耗，降低成本，提高冷却效率，减少污染。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种红土镍矿还原矿冷却方法，该方法可以使得红土镍矿还原矿出窑时的余热得到充分利用和回收，节约水资源，保护环境，并促进冷却过程中铁晶粒长大，降低磨矿成本，提高镍回收率。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种红土镍矿还原冷却方法，包括以下步骤：
S1、将红土镍矿的还原产物经过竖式冷却炉，与氮气进行热交换，将所述还原产物冷却；
S2、将冷却后的还原产物破碎、磨矿和磁选得到高镍精矿。
上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述红土镍矿的还原产物采用以下方法制备得到：
S1-1、将红土镍矿和复合添加剂混合后压制成团块，所述复合添加剂包括5wt%～15wt%的水玻璃、40wt%～65wt%的无烟煤、5%wt%～20wt%的腐植酸钠和15wt%～30wt%的石灰石；
S1-2、将所述团块干燥、预热后进入回转窑内，加入还原煤，在还原气氛下进行还原得到还原产物。
进一步优选的，所述复合添加剂，包括15wt%的水玻璃、40wt%的无烟煤、20wt%的腐植酸钠和25wt%的石灰石。
上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述S1-1步骤中具体为：
所述红土镍矿和复合添加剂，在转速为17r/min的混合机中混合3min，然后加入10wt%的水，继续混合5分钟得到混合物；将所述混合物放入对辊压团机料盒中，在60MPa的压力下压制成团块。
上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述水玻璃的模数为2.00～3.55，水分为40wt%～49.5wt%，密度为1.297 kg•m-3～1.418 kg•m-3；无烟煤平均粒度0.074mm～3mm，腐植酸钠平均粒度-0.074mm，石灰石平均粒度0.074mm～3mm。
上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述复合添加剂的添加量为15wt%～30wt%。
上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述S1-2步骤中具体为：
S1-2-1、将团块干燥、利用S1步骤中经热交换后的氮气将所述团块预热至850℃～950℃；
S1-2-2、预热后的团块进入回转窑内，根据C/Fe质量比0.5～1.0喷入还原煤；
S1-2-3、在氮气气氛下，以1200℃～1250℃还原30min～60min。
上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述S1-2-2步骤中，所述还原煤喷入回转窑之前先经过S3步骤中经热交换后的氮气预热至850℃～900℃，利用热气流喷入窑内。
上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述氮气的浓度为99%以上。
上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述S2步骤中，所述冷却后的还原产物经破碎，磨矿后，90%以上颗粒粒度小于0.074mm。
上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述S2步骤中，所述磁选时，磁场强度为0.06T～0.10T。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明提供了一种红土镍矿还原矿的冷却方法，提高了冷却效率，余热能够充分回收。
（2）本发明提供了一种红土镍矿还原矿的冷却方法，节约水资源，且无需对废水进行处理，降低生产成本。
（3）本发明提供了一种红土镍矿还原矿的冷却方法，利用冷却热废气预热团块和还原煤，炉料热装入窑，从而可以保证红土镍矿在窑内高温快速还原，降低还原温度，提高生产效率。
（4）本发明提供了一种红土镍矿还原矿的冷却方法，用竖炉缓冷方式替代水淬急冷，保证还原矿中铁晶粒充分长大，降低后续磨矿成本，提高镍回收率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的还原冷却流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售，其中，水玻璃的模数为2.00～3.55，水分为40wt%～49.5wt%，密度为1.297 kg•m-3～1.418 kg•m-3。无烟煤平均粒度0.074mm～3mm。腐植酸钠平均粒度-0.074mm。石灰石平均粒度0.074mm～3mm。
实施例1
一种本发明的红土镍矿还原冷却方法，包括以下步骤：
（1）取85wt%含铁18.38%，含镍1.72%的低品位红土镍矿，添加15wt%的复合添加剂在转速为17r/min的混合机中混合3min，然后加入10wt%的水，继续混合5分钟得到混合物，将混合物放入对辊压团机料盒中，在60MPa的压力下压制成团块。复合添加剂包括15wt%的水玻璃、40wt%的无烟煤、20wt%的腐植酸钠和25wt%的石灰石。该生团的成品率81.35%，落下强度95%，团块抗压强度138N/个，热爆裂指数0.60%。
（2）在生团矿预热系统中，利用热氮气将团块预热至900℃得到热团块。将热团块进入回转窑，然后在回转窑内以1250℃的还原40min得到热还原块（即还原产物）。同时，在还原过程中，将预热至900℃的还原煤喷入窑内，其喷入量按照C/Fe质量比0.8∶1确定。热还原块出窑温度1000℃以上。
（3）将热还原块从竖式冷却炉的顶部流入，冷却氮气由外部加压风机从底部引入，上升的氮气流和下降的还原矿在竖式冷却器内进行热交换，热氮气由上部通过排出管导出，经过惯性除尘器后，可以用作余热发电、预热红土镍矿团矿或者作为喷煤介质。冷还原块经过出料机、上排料阀和下排料阀从下部排出，还原产物冷却至40℃。循环风机为罗茨风机，加压风机采用离心加压风机。
（4）将冷还原块磨矿至90%以上颗粒的细度-0.074mm，然后在磁场强度为0.08T的条件下磁选获得铁粉和镍粉。铁品位为63.33%，铁回收率64.72%，镍品位6.55%，镍回收率为85.33%。
实施例2
一种本发明的红土镍矿还原冷却方法，包括以下步骤：
（1）取80wt%含铁18.38%，含镍1.72%的低品位红土镍矿，添加20wt%的复合添加剂在转速为17r/min的混合机中混合3min，然后加入10wt%的水，继续混合5分钟得到混合物，将混合物放入对辊压团机料盒中，在60MPa的压力下压制成团块。将混合物放入对辊压团机料盒中，在60MPa的压力下压制成团块。复合添加剂包括15wt%的水玻璃、40wt%的无烟煤、20wt%的腐植酸钠和25wt%的石灰石。该生团的成品率83.05%，落下强度96%，团块抗压强度149N/个，热爆裂指数0.40%。
（2）在生团矿预热系统中，利用热氮气将生团块预热至950℃得到热团块。将热团块进入回转窑，然后在回转窑内以1250℃的还原60min得到热还原块。同时，在还原过程中，将预热至850℃的还原煤喷入窑内，其喷入量按照C/Fe质量比0.8∶1确定。热还原块出窑温度1000℃以上。
（3）将热还原块从竖式冷却炉的顶部流入，冷却氮气由外部加压风机从底部引入，上升的氮气流和下降的还原矿在竖式冷却器内进行热交换，热氮气由上部通过排出管导出，经过惯性除尘器后，可以用作余热发电、预热红土镍矿团矿或者作为喷煤介质。冷还原块经过出料机、上排料阀和下排料阀从下部排出，还原产物冷却至40℃。
（4）将冷还原块磨矿至90%以上颗粒的细度-0.074mm，然后在磁场强度为0.08T的条件下磁选获得铁粉和镍粉。铁品位为64.58%，铁回收率66.76%，镍品位6.34%，镍回收率为85.78%。
实施例3
一种本发明的红土镍矿还原冷却方法，包括以下步骤：
（1）取85wt%含铁18.38%，含镍1.72%的低品位红土镍矿，添加15wt%的复合添加剂得在转速为17r/min的混合机中混合3min，然后加入10wt%的水，继续混合5分钟得到混合物，将混合物放入对辊压团机料盒中，在60MPa的压力下压制成团块。复合添加剂包括15wt%的水玻璃、40wt%的无烟煤、20wt%的腐植酸钠和25wt%的石灰石。该生团的成品率82.15%，落下强度96%，团块抗压强度142N/个，热爆裂指数0.50%。
（2）在生团矿预热系统中，利用热氮气将生团块预热至950℃得到热团块。将热团块进入回转窑，然后在回转窑内以1250℃的还原30min得到热还原块。同时，在还原过程中，将预热至900℃的还原煤喷入窑内，其喷入量按照C/Fe质量比0.8∶1确定。热还原块出窑温度1000℃以上。
（3）将热还原块从竖式冷却炉的顶部流入，冷却氮气由外部加压风机从底部引入，上升的氮气流和下降的还原矿在竖式冷却器内进行热交换，热氮气由上部通过排出管导出，经过惯性除尘器后，可以用作余热发电、预热红土镍矿团矿或者作为喷煤介质。冷还原块经过出料机经过出料机、上排料阀和下排料阀从下部排出，还原产物冷却至40℃。
（4）将冷还原块磨矿至90%以上颗粒的细度-0.074mm，然后在磁场强度为0.08T的条件下磁选获得铁粉和镍粉。铁品位为66.55%，铁回收率62.87%，镍品位6.26%，镍回收率为84.88%。
采用实施例1～3的冷却方法，对年处理20万吨的红土镍矿回转窑，采用竖式冷却方法对其还原产物冷却，将还原矿冷却至40℃，氮气余热进行发电，可年发电量达到40 kw/h以上，每年可直接产生经济效益近3亿元，节约水资源1.5万吨。
对比例1
一种本对比例的红土镍矿还原冷却方法，包括以下步骤：
（1）取含铁18.38%，含镍1.72%的低品位红土镍矿，添加15wt%的复合添加剂得到混合物，将混合物压制成生团块。复合添加剂包括15wt%的水玻璃、40wt%的无烟煤、20wt%的腐植酸钠和25wt%的石灰石。
（2）在生团矿预热系统中，将生团块进入回转窑，然后在回转窑内以1250℃的还原80min得到热还原块。在还原过程中，将还原煤喷入窑内，其喷入量按照C/Fe质量比0.8∶1确定。热还原块出窑温度1000℃以上。
（3）将热还原块水淬冷却至10～25℃得到冷还原块。
（4）将冷还原块磨矿至90%以上颗粒的细度-0.074mm，然后在磁场强度为0.08T的条件下磁选获得铁粉和镍粉。铁品位为56.34%，铁回收率54.88%，镍品位5.57%，镍回收率为78.75%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种红土镍矿还原冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将红土镍矿的还原产物经过竖式冷却炉，与氮气进行热交换，将所述还原产物冷却；
S2、将冷却后的还原产物破碎、磨矿和磁选得到高镍精矿。
2.根据权利要求1所述的红土镍矿还原冷却方法，其特征在于，所述红土镍矿的还原产物采用以下方法制备得到：
S1-1、将红土镍矿和复合添加剂混合后压制成团块，所述复合添加剂包括5wt%～15wt%的水玻璃、40wt%～65wt%的无烟煤、5%wt%～20wt%的腐植酸钠和15wt%～30wt%的石灰石；
S1-2、将所述团块干燥、预热后进入回转窑内，加入还原煤，在还原气氛下进行还原得到还原产物。
3.根据权利要求2所述的红土镍矿还原冷却方法，其特征在于，所述S1-1步骤中具体为：
所述红土镍矿和复合添加剂，在转速为17r/min的混合机中混合3min，然后加入10wt%的水，继续混合5分钟得到混合物；将所述混合物放入对辊压团机料盒中，在60MPa的压力下压制成团块。
4. 根据权利要求2所述的红土镍矿还原冷却方法，其特征在于，所述水玻璃的模数为2.00～3.55，水分为40wt%～49.5wt%，密度为1.297 kg•m-3～1.418 kg•m-3；无烟煤平均粒度0.074mm～3mm，腐植酸钠平均粒度-0.074mm，石灰石平均粒度0.074mm～3mm。
5.根据权利要求2所述的红土镍矿还原冷却方法，其特征在于，所述复合添加剂的添加量为15wt%～30wt%。
6.根据权利要求2所述的红土镍矿还原冷却方法，其特征在于，所述S1-2步骤中具体为：
S1-2-1、将团块干燥、利用S1步骤中经热交换后的氮气将所述团块预热至850℃～950℃；
S1-2-2、预热后的团块进入回转窑内，根据C/Fe质量比0.5～1.0喷入还原煤；
S1-2-3、在氮气气氛下，以1200℃～1250℃还原30min～60min。
7.根据权利要求6所述的红土镍矿还原冷却方法，其特征在于，所述S1-2-2步骤中，所述还原煤喷入回转窑之前先经过S3步骤中经热交换后的氮气预热至850℃～900℃，利用热气流喷入窑内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的红土镍矿还原冷却方法，其特征在于，所述氮气的浓度为99%以上。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的红土镍矿还原冷却方法，其特征在于，所述S2步骤中，所述冷却后的还原产物经破碎，磨矿后，90%以上颗粒粒度小于0.074mm。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的红土镍矿还原冷却方法，其特征在于，所述S2步骤中，所述磁选时，磁场强度为0.06T～0.10T。
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