CN107227401B - 铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法 - Google Patents

铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法，包括以下步骤：将红土镍矿、铜渣和复合粘结剂混合、造球得到生球；将生球干燥后预热，进入回转窑，加入还原煤进行还原得到还原产物；将还原产物磨矿、磁选得到含铜、镍铁粉。本发明的方法可以一步实现铜渣和红土镍矿的综合利用，获得含铜、镍铁粉，为冶炼耐候钢提供优质炉料；同时利用铜渣优良的软熔特性，强化还原过程液相的生成，促进铁晶粒的聚集长大，提高铜、镍回收率。

Description

铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法
技术领域
本发明涉及冶金及材料科学技术领域，具体来说，涉及一种铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法。
背景技术
耐候钢，是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列，耐候钢由普碳钢添加少量Cu、Ni等耐腐蚀元素而成，具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性；耐候性为普碳钢的2～8倍，涂装性为普碳钢的1.5～10倍，广泛应用于建筑、车辆、桥梁、塔架、集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台等结构件中。在生产耐候钢过程中，通常需要加入电解铜、电解镍调节化学成分，因而生产成本较高。
世界上约有80%以上的铜通过火法冶炼生产，通常生产1吨冰铜大约产生2.2吨铜渣。目前，我国每年铜冶炼渣产出量在1500万吨以上；而堆存的冶炼渣累计1.2亿吨以上。铜冶炼渣堆存不仅占用大量土地，造成严重的重金属二次污染，而且浪费铜、铁等宝贵资源。其中渣含铁40%左右，含铜0.6～1.0%左右，具有重大的利用价值。但是，铜渣中铜、铁矿物嵌布关系复杂，铁主要以橄榄石形式存在于渣中，因此常规方法难以回收。科研人员为此做了大量研究，如直接还原法、磨矿-磁选、高温熔融还原和选择性析出等。其中，直接还原是处理这类复杂资源的有效手段，因此用直接还原法回收渣中铁引起了大量的关注。
与此同时，红土镍矿具有占镍总储量大，开采成本低，可以直接生产氧化镍、镍锍、镍铁等产品等优势，尤其镍铁用于制造不锈钢，生产流程短、成本低，已引起全世界的高度关注和重视。已探明世界红土镍矿镍金属储量1. 6亿吨，但我国仅80万吨，且属于低品位矿。国外高品位红土镍矿资源已大部分被日本和欧美等公司控制，而占储量70%的低品位红土镍矿尚无有效的提取技术。因此，迫切需要开发低品位红土镍矿高效利用的关键技术。
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，本发明提出一种铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法，可以一步实现铜渣和红土镍矿的综合利用，获得含铜、镍铁粉，为冶炼耐候钢提供优质炉料；同时利用铜渣优良的软熔特性，强化还原过程液相的生成，促进铁晶粒的聚集长大，提高铜、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：
一种铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法，所述方法包括以下步骤：
S1、将红土镍矿、铜渣和复合粘结剂混合、造球得到生球；
S2、将所述生球进入回转窑，加入还原煤进行还原得到还原产物；
S3、将所述还原产物磨矿、磁选得到含铜、镍铁粉。
进一步的，所述S2步骤中，将所述生球干燥后预热，再进入回转窑。
上述的方法，优选的，所述复合粘结剂包括40wt%～50wt%的石灰石、45wt%～55wt%碳酸钠和5wt%～10wt %腐植酸钠。
上述的方法，优选的，所述红土镍矿为经过预处理后的红土镍矿，所述预处理方法为：将红土镍矿干燥至水分含量10%～15%，破碎至粒径-3mm，再经过高压辊磨磨细，直至红土镍矿比表面积不低于1500cm2/g，其中80%以上颗粒粒径小于0.074mm。
上述的方法，优选的，所述铜渣为经过预处理后的铜渣，预处理方法为：将铜渣经过高压辊磨，直至铜渣粒径80%以上小于0.074mm，比表面积不低于2000cm2/g。
上述的方法，优选的，所述S1步骤中，铜渣和红土镍矿质量比为3～4∶6～7。
上述的方法，优选的，所述S1步骤中，采用中圆盘造成球机造球，造球水分15%～20%，造球时间10min～15min。
上述的方法，优选的，所述S1步骤中，所述复合添加剂的添加量为铜渣质量的15wt%～20wt%。
上述的方法，优选的，所述S2步骤中，所述还原过程中按C/Fe质量比0.8添加还原煤，在900℃～1100℃预热10 min～20min，然后在1200℃～1250℃下还原60min～80min。
上述的方法，优选的，所述S3步骤中，所述磁选采用湿式磁选，所述湿式磁选的磁场强度为0.06T～0.10T。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明提供了一种铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法，从铜渣和红土镍矿共还原入手，铜渣中的铜和红土镍矿中镍经过还原后进入铁相中，形成Fe-Ni-Cu粗合金，为制备耐候钢提供优质的电炉炉料，同时充分利用铜渣优良的软熔特性，强化还原过程中液相的生成，加速金属铁晶粒的扩散、聚集和长大，从而为铜、镍、铁的高效回收利用打下良好基础，一步实现了铜渣和红土镍矿难冶矿物的综合利用。
（2）本发明提供了一种铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法，该方法可以一步实现铜渣和红土镍矿的综合利用，获得含铜、镍铁粉，为冶炼耐候钢提供优质炉料；同时利用铜渣优良的软熔特性，强化还原过程液相的生成，促进铁晶粒的聚集长大，提高铜、镍回收率。
（3）本发明提供了一种铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法，在红土镍矿和铜渣中加入复合添加剂，利用复合添加剂中的腐植酸钠强化铜渣和红土镍矿混合料的成球性能，提高生球强度，减少球团在回转窑内产生粉末，减轻回转窑结圈；利用复合添加剂的石灰石和碳酸钠与硅镁脉石矿物结合性强特征，抑制镍橄榄石和硅酸铜的产生，提高铜、镍金属化率，从而提高金属回收率。
（4）本发明提供了一种铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法，将铜渣和红土镍矿混合，利用铜渣优良的软熔特性，促进红土镍矿和铜渣共还原过程液相生成，从而有利于金属晶粒的聚集，长大，有利于后续磨矿过程的单体解离，提高金属回收率。铜渣和红土镍矿质量比为3～4∶6～7，有利于金属回收率的提高。
具体实施方式
下面将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。
实施例1
一种本发明的铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法，具体包括以下步骤：
（1）红土镍矿预处理：将含铁17.49%、含镍1.7%的低品位红土镍矿干燥至水分含量10%～15%，破碎至粒径小于3mm，再经过高压辊磨磨细，直至红土镍矿比表面积不低于1500cm2/g，80%以上颗粒粒径小于0.074mm，得到预处理的红土镍矿。
（2）铜渣预处理：将含铁40.03%、含铜0.63%的铜渣经过高压辊磨，直至铜渣中80%以上的颗粒粒径小于0.074mm，比表面积不低于2000cm2/g，得到预处理后的铜渣。
（3）配料：将预处理后的铜渣和预处理后的红土镍矿按照质量比为4∶6混合，添加占铜渣质量为15%的复合添加剂（复合添加剂的成分为：45wt%的石灰石、45wt%碳酸钠和10wt %腐植酸钠）得到混合物。
（4）造球：采用中圆盘造成球机对混合物造球，控制造球水分18%～20%，造球时间10min，得到生球。
（5）还原：将干燥后的生球在1000℃预热20min后转入回转窑，在回转窑内按C/Fe质量比0.8添加还原煤，并在1250℃下还原60min得到还原产物。
（6）磨矿：将还原产物磨矿，直至还原产物中90%以上的颗粒细度小于0.074mm。
（7）磁选：在磁场强度0.08T的条件下进行磁选，得到含铜、镍铁粉。
含铜、镍铁粉的铁品位86.39%，铜品位1.04%，镍品位5.05%，铁回收率68.73%，铜回收率82.68%，镍回收率93.37%。
实施例2
一种本发明的铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法，具体包括以下步骤：
（1）红土镍矿预处理：将含铁17.49%、含镍1.7%的低品位红土镍矿干燥至水分含量10%～15%，破碎至粒径小于3mm，再经过高压辊磨磨细，直至红土镍矿比表面积不低于1500cm2/g，80%以上颗粒粒径小于0.074mm，，得到预处理的红土镍矿。
（2）铜渣预处理：将含铁40.03%、含铜0.63%的铜渣经过高压辊磨，直至铜渣中80%以上的颗粒粒径小于0.074mm，比表面积不低于2000cm2/g，得到预处理后的铜渣。
（3）配料：将预处理后的铜渣和预处理后的红土镍矿按照质量比为3∶7混合，添加占铜渣质量为20%的复合添加剂（复合添加剂的成分为：40wt%的石灰石、55wt%碳酸钠和5wt%腐植酸钠）得到混合物。
（4）造球：采用中圆盘造成球机对混合物造球，控制造球水分18%～20%，造球时间10min，得到生球。
（5）还原：将干燥后的生球在1000℃预热20min，后转入回转窑，在回转窑内按C/Fe质量比0.8添加还原煤，并在1250℃下还原60min得到还原产物。
（6）磨矿：将还原产物磨矿，直至还原产物中90%以上的颗粒细度小于0.074mm。
（7）磁选：在磁场强度0.08T的条件下进行磁选，得到含铜、镍铁粉。
含铜、镍铁粉的铁品位81.10%，铜品位0.82%，镍品位5.83%，铁回收率62.17%，铜回收率77.34%，镍回收率86.41%。
实施例3
一种本发明的铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法，具体包括以下步骤：
（1）红土镍矿预处理：将含铁17.49%、含镍1.7%的低品位红土镍矿干燥至水分含量10%～15%，破碎至粒径小于3mm，再经过高压辊磨磨细，直至红土镍矿中80%以上颗粒粒径小于0.074mm，比表面积不低于1500cm2/g，得到预处理的红土镍矿。
（2）铜渣预处理：将含铁40.03%、含铜0.63%的铜渣经过高压辊磨，直至铜渣中80%以上的颗粒粒径小于0.074mm占，比表面积不低于2000cm2/g，得到预处理后的铜渣。
（3）配料：将预处理后的铜渣和预处理后的红土镍矿按照质量比为4∶6混合，添加占铜渣质量为20%的复合添加剂（复合添加剂的成分为：40wt%的石灰石、50wt%碳酸钠和10wt %腐植酸钠）得到混合物。
（4）造球：采用中圆盘造成球机对混合物造球，控制造球水分18%～20%，造球时间10min，得到生球。
（5）还原：将干燥后的生球在1000℃预热20min后转入回转窑，在回转窑内按C/Fe质量比0.8添加还原煤，并在1250℃下还原80min得到还原产物。
（6）磨矿：将还原产物磨矿，直至还原产物中90%以上的颗粒细度小于0.074mm。
（7）磁选：在磁场强度0.08T的条件下进行磁选，得到含铜、镍铁粉。
含铜、镍铁粉的铁品位86.89%，铜品位1.09%，镍品位5.13%，铁回收率68.89%，铜回收率83.67%，镍回收率94.65%。
对比例1
一种本对比例的铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法，包括以下步骤：
（1）红土镍矿预处理：将含铁17.49%、含镍1.7%的低品位红土镍矿至水分含量10%～15%，破碎至粒径小于3mm，再经过高压辊磨磨细，直至红土镍矿中80%以上颗粒粒径小于0.074mm，比表面积不低于1500cm2/g，得到预处理的红土镍矿。
（2）配料：在预处理后的红土镍矿中添加占红土镍矿质量为20%的复合添加剂（复合添加剂的成分：40wt%的石灰石、50wt%碳酸钠和10wt %腐植酸钠）得到混合物。
（4）造球：采用中圆盘造成球机对混合物造球，控制造球水分18%～20%，造球时间10min，得到生球。
（5）还原：将干燥后的生球在1000℃预热20min后转入回转窑，在回转窑内按C/Fe质量比0.8添加还原煤，并在1250℃下还原80min得到还原产物。
（6）磨矿：将还原产物磨矿，直至还原产物中90%以上的颗粒细度小于0.074mm。
（7）磁选：在磁场强度0.08T的条件下进行磁选，得到含镍铁粉。
含镍铁粉的铁品位为73.18%，铁回收率39.70%，镍品位8.37%，镍回收率仅为44.75%。
将上述实施例得到的数据分析可知，铁精矿铁品位81%以上，镍品位大于5%，铜品位0.8%以上，实现铜、镍和铁的富集。与对比例1相应数据比较，本发明的方法，镍回收率大幅提高50个百分点。
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 (7)

1.一种铜渣和红土镍矿共还原制备含铜、镍铁粉的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、将红土镍矿、铜渣和复合粘结剂混合、造球得到生球；
S2、将所述生球进入回转窑，加入还原煤进行还原得到还原产物；
S3、将所述还原产物磨矿、磁选得到含铜、镍铁粉；
所述复合粘结剂包括40wt％～50wt％的石灰石、45wt％～55wt％碳酸钠和5wt％～10wt％腐植酸钠；
所述铜渣和所述红土镍矿质量比为3～4∶6～7。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红土镍矿为经过预处理后的红土镍矿，所述预处理方法为：将红土镍矿干燥至水分含量10％～15％，破碎至粒径-3mm，再经过高压辊磨磨细，直至红土镍矿比表面积不低于1500cm2/g，其中80％以上颗粒粒径小于0.074mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铜渣为经过预处理后的铜渣，预处理方法为：将铜渣经过高压辊磨，直至铜渣粒径80％以上小于0.074mm，比表面积不低于2000cm2/g。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述S1步骤中，采用中圆盘造成球机造球，造球水分15％～20％，造球时间10min～15min。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述S1步骤中，所述复合粘结剂的添加量为铜渣质量的15wt％～20wt％。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述S2步骤中，所述还原过程中按C/Fe质量比0.8添加还原煤，在900℃～1100℃预热10min～20min，然后在1200℃～1250℃下还原60min～80min。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述S3步骤中，所述磁选采用湿式磁选，所述湿式磁选的磁场强度为0.06T～0.10T。
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