CN107574316A - 处理红土镍矿的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了处理红土镍矿的系统和方法，其中，系统包括气基竖炉、竖炉排料斗、储料缓冲罐、密封输送装置、微波加热装置、水淬装置和磨矿磁选装置。其中，气基竖炉具有红土镍矿入口、还原气入口、金属化球团出口和炉顶气出口；竖炉排料斗与金属化球团出口相连；储料缓冲罐与竖炉排料斗相连；密封输送装置与储料缓冲罐相连；微波加热装置包括本体、第一焦炭布料罐、球团布料罐和第二焦炭布料罐；多个微波加热器沿输送方向上依次设置在微波加热区的本体顶壁上；水淬装置设置在微波加热装置的物料出口下方；磨矿磁选装置与水淬装置相连。采用该系统能够有效回收红土镍矿中的镍铁，显著提高镍铁的回收率，得到低硫磷的高品质镍铁合金。

Description

处理红土镍矿的系统和方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体而言，本发明涉及处理红土镍矿的系统和方法。

背景技术

镍具有耐腐蚀、熔点高、强磁性等优良性能，是各种特殊钢、耐热合金、抗腐蚀合金、磁性合金、硬质合金生产的重要原料，在钢铁、军工、航天、机械制造、化学工业、通讯器材等方面有广泛的用途，是重要的战略资源。可开采的矿床主要为硫化镍矿和红土镍矿。随着硫化镍矿的逐渐消耗以及镍需求的不断增长，开发利用红土镍矿资源显得日益必要。红土镍矿是由含铁镁硅酸盐矿物的超镁铁质岩经长期风化变质形成的，上层是褐铁矿类型，主要由铁的氧化物组成，中间为过渡层，下层是硅镁镍矿层。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、镍铁等多种中间产品，是未来镍资源的主要来源。

目前处理红土镍矿工艺主要分为火法、湿法和火湿结合工艺三种，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，能够直接应用于不锈钢生产。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，但能耗较高。湿法工艺主要处理中低品位红土镍矿，其成本比火法低，但湿法处理的工艺比较复杂、流程长、工艺条件对设备要求高。采用直接还原竖炉，以CO和H₂为还原剂，在800℃即可将红土镍矿中镍还原，铁选择性部分还原，经过熔分得到高品位镍铁合金，由于红土镍矿中硅镁等氧化物含量高，熔分需要大量热量将渣铁分离，能耗较高。竖炉还原红土镍矿，还原温度低，镍铁晶粒粒度较小，不易于磁选分离。

由此，处理红土镍矿的方法还有待进一步提高。

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红土镍矿的系统和方法。采用该系统不仅能够有效回收红土镍矿中的镍铁，还能显著提高镍铁的回收率，得到低硫磷的高品质镍铁合金。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种处理红土镍矿的系统，包括：

气基竖炉，所述气基竖炉具有红土镍矿入口、还原气入口、金属化球团出口和炉顶气出口；

竖炉排料斗，所述竖炉排料斗与所述金属化球团出口相连；

储料缓冲罐，所述储料缓冲罐与所述竖炉排料斗相连；

密封输送装置，所述密封输送装置由壳体和设置在所述壳体内的热料输送机组成，所述密封输送装置与所述储料缓冲罐相连；

微波加热装置，微波加热装置包括：

本体，所述本体内限定有腔室，所述本体具有保护气入口、保护气出口，所述腔室内具有链板输送机，所述链板输送机上沿输送方向设置有多个依次相连的料车，所述腔室沿所述链板输送机的输送方向上被限定出布料区和微波加热区，位于所述布料区的所述本体顶壁上沿输送方向的上游至下游依次设置有第一焦炭入口、球团入口和第二焦炭入口，

第一焦炭布料罐，所述第一焦炭布料罐的底端设置有第一焦炭给料机，所述第一焦炭给料机设置在所述第一焦炭入口内且适于向所述料车内进行第一布料，以便在所述料车内形成底层焦炭层；

球团布料罐，所述球团布料罐的入料口与所述密封输送装置相连，所述球团布料罐的底端设置有球团给料机，所述球团给料机设置在所述球团入口内且适于向所述料车内进行第二布料，以便在所述底层焦炭层上形成金属化球团层；

第二焦炭布料罐，所述第二焦炭布料罐的底端设置有第二焦炭给料机，所述第二焦炭给料机设置在所述第二焦炭入口内且适于向所述料车内进行第三布料，以便在所述金属化球团层上形成顶层焦炭层；以及

多个微波加热器，所述多个微波加热器沿输送方向上依次设置在所述微波加热区的所述本体顶壁上，所述微波加热器适于对所述料车内的物料进行加热；

水淬装置，所述水淬装置设置在所述微波加热装置的物料出口下方；以及磨矿磁选装置，所述磨矿磁选装置与所述水淬装置相连。

本发明上述实施例的处理红土镍矿的系统首先利用气基竖炉对红土镍矿进行还原处理得到金属化球团，再利用密封输送装置将金属化球团送至球团布料罐，使金属化球团和焦炭均被送至微波加热装置进行微波加热，利用焦炭作为微波吸收体，实现金属化球团的高温焙烧，最后利用水淬装置和磨矿磁选装置对焙烧后的球团进行水淬处理和磨矿磁选处理，得到粉状的镍铁合金。其中，本发明中通过利用微波加热装置对红土镍矿金属化球团进行高温焙烧，可以使金属化球团中的铁氧化物进一步被还原，并促进镍铁晶粒形核和长大，进而有利于实现后续磁选处理过程中镍铁与渣的分离。由此，通过采用本发明上述实施例的处理红土镍矿的系统，不仅能够有效回收红土镍矿中的镍铁，还能显著提高镍铁的回收率，得到低硫磷的高品质镍铁合金。

另外，根据本发明上述实施例的处理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，所述储料缓冲罐的底端出口内设置有星型给料机。由此，可以有效控制金属化球团的给料速度。

在本发明的一些实施例中，所述微波加热器包括微波发生器和波导管，所述微波发生器设置在所述本体外，所述波导管贯穿所述本体顶壁且与所述微波发生器相连。由此，可以有效实现对金属化球团的微波加热。

在本发明的一些实施例中，所述料车由底壁和两侧的侧壁组成，所述多个料车首尾相连形成储料槽。由此，可以有效盛放金属化球团，避免金属化球团散落。

在本发明的一些实施例中，所述料车的顶端与所述本体顶壁的距离为1cm。由此，可以对料车产生一定的密封和保温作用，进而显著提高微波加热器对料车内金属化球团的焙烧效率。

在本发明的一些实施例中，所述料车的内壁和所述本体的内壁上均设置有保温层，所述保温层由内保温层和外保温层组成，所述内保温层由高铝质保温材料形成，所述外保温层由陶瓷材料形成。由此，可以进一步提高对金属化球团的加热效果，提高焙烧效率。

根据本发明的第二个方面，本发明还提出了一种处理红土镍矿的方法，包括：

将红土镍矿供给至气基竖炉中进行还原，以便得到金属化球团；

将所述金属化球团经过竖炉排料斗进入储料缓冲罐内；

利用密封输送装置将所述储料缓冲罐内的金属化球团输送至微波加热装置中的球团布料罐内；

向第一焦炭布料罐和第二焦炭布料罐中供给焦炭并进行密封；

启动链板输送机并使料车进入布料区，利用第一焦炭布料罐向料车内进行第一布料，以便在所述料车内形成底层焦炭层；

利用所述球团布料罐向所述料车内进行第二布料，以便在所述底层焦炭层上形成金属化球团层；

利用第二焦炭布料罐向所述料车内进行第三布料，以便在所述金属化球团层上形成顶层焦炭层；

使所述料车进入微波加热区，所述金属化球团被微波加热器加热发生还原焙烧反应，以便得到焙烧后球团；

使所述料车运动至所述链板输送机的一端，将所述焙烧后球团倾倒出并落入水淬装置内进行水淬处理；

利用磨矿磁选装置对经过所述水淬处理的焙烧后球团进行磨矿磁选处理，以便得到镍铁粉。

本发明上述实施例的处理红土镍矿的方法首先利用气基竖炉对红土镍矿进行还原，得到金属化球团，再将金属化球团送入微波加热装置，利用焦炭作为微波吸收体对其进行微波加热，实现金属化球团的高温焙烧，最后将焙烧后的球团进行水淬处理和磨矿磁选处理，得到镍铁合金。其中，本发明中通过利用微波加热装置对红土镍矿金属化球团进行高温焙烧，可以使金属化球团中的铁氧化物进一步被还原，并促进镍铁晶粒形核和长大，进而有利于实现后续磁选处理过程中镍铁与渣的分离。由此，通过采用本发明上述实施例的处理红土镍矿的方法，不仅能够有效回收红土镍矿中的镍铁，还能显著提高镍铁的回收率，得到低硫磷的高品质镍铁合金。

另外，根据本发明上述实施例的处理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，所述气基竖炉内发生的所述还原反应是在甲烷含量为10-15体积％的还原气氛下进行的。由此，可以有效控制金属化球团的含碳量。

在本发明的一些实施例中，所述金属化球团的含碳量为4-6重量％。由此，可以有效提高后续还原焙烧反应的效率。

在本发明的一些实施例中，所述底层焦炭层的厚度为15-20mm，所述金属化球团层的厚度为30-40mm，所述顶层焦炭层的厚度为15-20mm。由此，可以进一步提高对金属化球团的加热效果，提高焙烧效率。

在本发明的一些实施例中，所述金属化球团的平均粒径为6-15mm，所述焦炭的平均粒径为20-25mm。由此，可以进一步提高对金属化球团的加热效果，提高焙烧效率。

在本发明的一些实施例中，所述金属化球团被微波加热器加热至1100-1200摄氏度，且所述金属化球团在所述微波加热区内的时间为20-30min。由此，可以进一步提高焙烧效率。

在本发明的一些实施例中，所述还原焙烧反应是在氮气保护下进行的。由此，可以有效避免金属化球团在焙烧过程中被再次氧化。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的处理红土镍矿的系统结构示意图。

图2是根据本发明一个实施例的处理红土镍矿的系统微波加热区的部分截面图。

图3是根据本发明一个实施例的处理红土镍矿的方法流程图。

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。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种处理红土镍矿的系统，如图1所示，包括：气基竖炉100、竖炉排料斗200、储料缓冲罐300、密封输送装置400、微波加热装置500、水淬装置600和磨矿磁选装置700。

其中，气基竖炉100具有红土镍矿入口110、还原气入口120、金属化球团出口130和炉顶气出口140；竖炉排料斗200与金属化球团出口130相连；储料缓冲罐300与竖炉排料斗200相连；密封输送装置400由壳体410和设置在壳体410内的热料输送机420组成，密封输送装置400与储料缓冲罐300相连；微波加热装置500包括本体510、第一焦炭布料罐520、球团布料罐530、第二焦炭布料罐540和多个微波加热器550，本体510内限定有腔室511，本体510具有保护气入口512、保护气出口513，腔室511内具有链板输送机514，链板输送机514上沿输送方向设置有多个依次相连的料车515，腔室511沿链板输送机514的输送方向上被限定出布料区5111和微波加热区5112，位于布料区5111的本体510顶壁516上沿输送方向的上游至下游依次设置有第一焦炭入口517、球团入口518和第二焦炭入口519。第一焦炭布料罐520的底端设置有第一焦炭给料机521，第一焦炭给料机521设置在第一焦炭入口517内；球团布料罐530的入料口531与密封输送装置400相连，球团布料罐530的底端设置有球团给料机532，球团给料机532设置在球团入口518内；第二焦炭布料罐540的底端设置有第二焦炭给料机541，第二焦炭给料机541设置在第二焦炭入口519内；以及多个微波加热器550沿输送方向上依次设置在微波加热区5112的本体510顶壁516上；水淬装置600设置在微波加热装置500的物料出口下方；以及磨矿磁选装置700与水淬装置600相连。

本发明上述实施例的处理红土镍矿的系统首先利用气基竖炉100对红土镍矿进行还原处理得到金属化球团，再利用密封输送装置400将金属化球团送至球团布料罐530，使金属化球团和焦炭均被送至微波加热装置500进行微波加热，利用焦炭作为微波吸收体，实现金属化球团的高温焙烧，最后利用水淬装置600和磨矿磁选装置700对焙烧后的球团进行水淬处理和磨矿磁选处理，得到粉状的镍铁合金。其中，本发明中通过利用微波加热装置500对红土镍矿金属化球团进行高温焙烧，可以使金属化球团中的铁氧化物进一步被还原，并促进镍铁晶粒形核和长大，进而有利于实现后续磁选处理过程中镍铁与渣的分离。由此，通过采用本发明上述实施例的处理红土镍矿的系统，不仅能够有效回收红土镍矿中的镍铁，还能显著提高镍铁的回收率，得到低硫磷的高品质镍铁合金。

下面参考图1-2对本发明上述实施例的处理红土镍矿的系统进行详细描述。

气基竖炉100

根据本发明的实施例，气基竖炉100具有红土镍矿入口110、还原气入口120、金属化球团出口130和炉顶气出口140。气基竖炉100适于对红土镍矿进行还原，以便得到金属化球团。

根据本发明的具体实施例，利用气基竖炉100对红土镍矿进行还原，得到的金属化球团的含碳量可以为4-6重量％。发明人发现，当金属化球团的含碳量过高时，金属化球团的强度较低，还原后低强度金属化球团在竖炉下部破碎、粉化，导致竖炉下部透气性变差，还原后球团金属化率偏低。而当金属化球团的含碳量过低时，又会影响后续还原焙烧反应的效率，而当金属化球团的含碳量为4-6重量％时，不仅能使金属化球团具有较好的强度，还能进一步提高后续在微波加热装置500中进行的还原焙烧反应的效率。

根据本发明的具体实施例，气基竖炉100内发生的还原反应可以在甲烷含量为10-15体积％的还原气氛下进行。发明人发现，通过控制还原气氛中甲烷含量可以有效控制金属化球团的含碳量，还原气氛中高CH₄比例可有效实现在还原过程对红土镍矿金属化球团进行渗碳，以利于后续采用微波加热对金属化球团进行焙烧。而当金属化球团的含碳量过高时，金属化球团的强度较低，还原后低强度金属化球团在竖炉下部破碎、粉化，导致竖炉下部透气性变差，还原后球团金属化率偏低。而当金属化球团的含碳量过低时，又会影响后续还原焙烧反应的效率。由此，本发明中通过控制还原气氛中甲烷含量为10-15体积％，可以有效控制金属化球团的含碳量为4-6重量％。使金属化球团具有较好的强度，并进一步提高后续在微波加热装置500中进行的还原焙烧反应的效率。

根据本发明的具体实施例，气基竖炉100内还原气氛中一氧化碳和氢气的含量不少于70体积％，反应温度可以为800-900℃。由此，可以有效实现对红土镍矿的还原处理，并得到金属化球团。

竖炉排料斗200

根据本发明的实施例，竖炉排料斗200与金属化球团出口130相连。竖炉排料斗200适于完成在气基竖炉100中还原得到的金属化球团的连续出料。

根据本发明的具体实施例，竖炉排料斗200的个数不受特别限制，且可以连接同一个储料缓冲仓，由此，可以有效实现气基竖炉100内得到的金属化球团的连续出料。

储料缓冲罐300

根据本发明的实施例，储料缓冲罐300与竖炉排料斗200相连。储料缓冲罐300适于对气基竖炉100中排出的金属化球团进行缓冲和储存。

根据本发明的具体实施例，储料缓冲罐300的底端出口内可以设置有星型给料机310。由此，不仅可以使金属化球团能够顺利稳定加入到热料输送机420上，还能有效控制金属化球团的输送速度。

密封输送装置400

根据本发明的实施例，密封输送装置400由和设置在壳体410内的热料输送机420组成，密封输送装置400与储料缓冲罐300相连。密封输送装置400适于将储料缓冲罐300内的金属化球团输送至微波加热装置500中的球团布料罐530内。

根据本发明的具体实施例，本发明中通过利用密封输送装置400输送金属化球团，不仅能够有效将储料缓冲罐300内的金属化球团输送至微波加热装置500中的球团布料罐530内，还能防止金属化球团滚落，并对金属化球团起到一定的保温作用，金属化球团的温度保持在700-800摄氏度，由此，可以进一步提高后续对金属化球团进行焙烧时的效率。

根据本发明的具体实施例，热料输送机420的输送带可以采用耐高温、耐磨的不锈钢制造。由此，可以进一步提高密封输送装置400的使用寿命。

微波加热装置500

根据本发明的实施例，微波加热装置500包括本体510、第一焦炭布料罐520、球团布料罐530、第二焦炭布料罐540和多个微波加热器550。微波加热装置500适于对金属化球团进行还原焙烧，以便得到焙烧后球团。

根据本发明的实施例，在高温下对金属化球团进行焙烧，若采用烧嘴直接加热，则燃烧后的氧化性气氛容易将金属化球团再氧化。若采用辐射管间接解热，由于焙烧温度需要达到1100-1200℃，现有辐射管材质难以符合温度要求。发明人发现，可以采用微波加热来实现对金属化球团的还原焙烧。微波加热的前提是微波可以透过材料并且被其吸收，这需要材料必须具备两个特性，一是被加热材料的表面不能反射微波能，二是被加热材料能不可逆地将入射电磁波转化为自身热能。一般矿物中所含的CaO、CaCO₃和SiO₂、MgO等物质都是微波透射体，属于惰性材料，不能被微波加热；对于金属铁等导电材料，微波穿透率不高，加热速率慢。而红土镍矿含有大量的SiO₂、MgO和CaO，因此不能直接采用微波加热对金属化球团进行焙烧处理。基于以上问题，发明人发现可以采用炭材料为介质对红土镍矿金属化球团进行微波间接加热方法，实现金属化球团的高温焙烧。由于炭材料为微波吸收体，属于高活性材料，在微波场中升温速率非常快，由此，本发明中采用焦炭对金属化球团进行微波间接加热。

本体510

根据本发明的实施例，本体510内限定有腔室511，本体510具有保护气入口512、保护气出口513，腔室511内具有链板输送机514，链板输送机514上沿输送方向设置有多个依次相连的料车515，腔室511沿链板输送机514的输送方向上被限定出布料区5111和微波加热区5112，位于布料区5111的本体510顶壁516上沿输送方向的上游至下游依次设置有第一焦炭入口517、球团入口518和第二焦炭入口519。

第一焦炭布料罐520、球团布料罐530和第二焦炭布料罐540

根据本发明的实施例，第一焦炭布料罐520的底端设置有第一焦炭给料机521，第一焦炭给料机521设置在第一焦炭入口517内且适于向料车515内进行第一布料，以便在料车515内形成底层焦炭层5151。球团布料罐530的入料口531与密封输送装置400相连，球团布料罐530的底端设置有球团给料机532，球团给料机532设置在球团入口518内且适于向料车515内进行第二布料，以便在底层焦炭层5151上形成金属化球团层5152。第二焦炭布料罐540的底端设置有第二焦炭给料机541，第二焦炭给料机541设置在第二焦炭入口519内且适于向料车515内进行第三布料，以便在金属化球团层5152上形成顶层焦炭层5153。

根据本发明的实施例，通过在微波加热装置500中设置第一焦炭布料罐520、球团布料罐530和第二焦炭布料罐540，可以依次在金属化球团的底部和顶部各形成一层焦炭层，由此，可以利用焦炭层对金属化球团的底部和顶部同时进行加热，进而可以进一步提高对金属化球团的焙烧效率。

根据本发明的具体实施例，可以在第一焦炭布料罐520和第二焦炭布料罐540的下料管位置分别设置氮封装置，具体地，氮封装置可以分别设置在第一焦炭给料机521和第二焦炭给料机541上游。由此，可以利用氮封装置密封进行密封，进而有效防止外界空气进入微波加热装置500内将高温金属化球团再次氧化。

根据本发明的具体实施例，可以分别在第一焦炭给料机521、球团给料机532和第二焦炭给料机541下方设置布料板，使布料板的宽度略小于料车515宽度。由此，不仅可以通过布料板将球团、焦炭均匀分层的布置在料车515里，还能有效控制焦炭、球团在料车515中的高度。

根据本发明的具体实施例，底层焦炭层的厚度可以为15-20mm，金属化球团层的厚度可以为30-40mm，顶层焦炭层的厚度可以为15-20mm。由此，可以进一步提高对金属化球团的焙烧效率。

根据本发明的具体实施例，金属化球团的平均粒径可以为6-15mm，焦炭的平均粒径可以为20-25mm。由此，可以显著提高金属化球团与焦炭的接触面积，进而进一步提高对金属化球团的加热效果，提高焙烧效率。

微波加热器550

根据本发明的实施例，多个微波加热器550沿输送方向上依次设置在微波加热区5112的本体510顶壁516上，微波加热器550适于对料车515内的物料进行加热。

根据本发明的具体实施例，金属化球团可以被微波加热器550加热至1100-1200摄氏度，且金属化球团在微波加热区5112内的时间可以为20-30min。在微波加热区5112，焦炭在多个微波加热器550的加热下迅速升温，同时金属化球团内的碳也被加热，金属化球团依靠内生热和外部高温焦炭层的热量升温至1100-1200℃，并在微波加热区5112内停留20-30min，在此过程中，金属化球团内含有的4-6重量％的碳进一步与球团内铁氧化物反应，生成金属铁，金属化球团内微粒铁、镍金属颗粒完成结晶成核、晶核长大以及晶粒兼并长大的过程。本发明中通过控制对金属化球团的加热温度和加热时间，不仅可以使金属化球团的还原焙烧反应更为彻底，还能促进金属化球团内晶粒的形核和长大，进而有利于后续的磁选处理过程中镍铁与渣的分离，并显著提高镍铁的品质和回收率。

根据本发明的具体实施例，可以通过调节料车515的行驶速度，从而控制料车515在微波加热区5112内的停留时间。

根据本发明的具体实施例，还原焙烧反应可以在氮气保护下进行。由此，可以有效避免金属化球团在焙烧过程中被再次氧化。

根据本发明的具体实施例，如图2所示，微波加热器550可以包括微波发生器551和波导管552，微波发生器551设置在本体510外，波导管552贯穿本体510顶壁516且与微波发生器551相连。由此，可以有效实现对金属化球团的微波加热。

根据本发明的具体实施例，如图2所示，料车515可以由底壁5154和两侧的侧壁5155组成，多个料车首尾相连形成储料槽。由此，不仅可以有效盛放金属化球团，避免金属化球团散落，还能有效实现对焦炭和金属化球团的分层分布。此外，料车515底壁5154和侧壁5155的设置还能对金属化球团起到一定的保温效果。

根据本发明的具体实施例，如图2所示，料车515的顶端与本体510顶壁516的距离可以为1cm。由此，不仅可以对料车515产生一定的密封和保温作用，有效避免料车515内的热量散失，显著提高微波加热器551对料车515内金属化球团的焙烧效率，同时还不影响料车515移动顺畅。

根据本发明的具体实施例，料车515的内壁和本体510的内壁上均可以设置有保温层560。本发明中通过在料车515的内壁和本体的内壁上设置保温层560，可以有效防止料车515内热量的大量散失，并维持料车515内的高温环境，显著提高能量的利用率，从而进一步提高对金属化球团的加热效果，提高焙烧效率。根据本发明的具体实施例，保温层560可以由内保温层561和外保温层562组成，内保温层561可以由高铝质保温材料形成，外保温层562可以由陶瓷材料形成，由此，可以进一步提高对金属化球团的加热效果，提高焙烧效率。需要注意的是，当本体510的内壁上设置有保温层时，料车515的顶端与本体510顶壁保温层的距离为1cm。

根据本发明的具体实施例，可以在料车515的内壁以及位于微波加热区5112内的本体510顶壁设置保温层。由此，不仅能够确保料车515在微波加热区5112内具有较好的保温效果，还能进一步提高保温层的利用率，降低生产成本。

根据本发明的具体实施例，可以在微波加热装置500设置测温热电偶580。由此，可以对料车515内金属化球团层5152的温度进行实时监控。

水淬装置600

根据本发明的实施例，水淬装置600设置在微波加热装置500的物料出口下方。水淬装置600适于对焙烧后球团进行水淬处理。

磨矿磁选装置700

根据本发明的实施例，磨矿磁选装置700与水淬装置600相连。磨矿磁选装置700适于对水淬处理的焙烧后球团进行磨矿磁选处理，以便得到镍铁粉。

根据本发明的具体实施例，通过采用本发明上述实施例的处理红土镍矿的系统，最终得到的镍的回收率大于90％，铁回收率为70～76％，且镍铁粉中磷的含量不超过0.035重量％，硫的含量不超过0.03重量％。

综上，本发明上述实施例的处理红土镍矿的系统至少具有以下优点之一：

1、可以有效解决现有技术中对红土镍矿选择性还原并熔分得到镍铁合金工艺中能耗较高和竖炉还原红土镍矿后直接细磨磁选时由于镍铁晶粒粒度较小不易于磁选分离的问题。

2、能够显著提高镍铁的回收率，得到低硫磷的高品质镍铁合金。最终得到的镍的回收率大于90％，铁回收率为70～76％，且镍铁粉中磷的含量不超过0.035重量％，硫的含量不超过0.03重量％。

3、将高温金属化球团热送微波加热装置进行高温焙烧，促进镍铁金属颗粒形核、长大，金属颗粒粗大，有利于磁选分离。

4、利用炭材料为微波吸收体，通过在气基竖炉还原红土镍矿时对金属化球团渗碳和微波加热过程时在金属化球团上下布置焦炭作为间接加热体，使得金属化球团能快速升温至目标温度。

5、实现金属化球团在惰性气体保护条件下进行焙烧，有效避免直接燃烧加热形成的氧化气氛对金属化球团的再氧化。

根据本发明的第二个方面，本发明还提出了一种处理红土镍矿的方法，包括：将红土镍矿供给至气基竖炉100中进行还原，以便得到金属化球团；将金属化球团经过竖炉排料斗200进入储料缓冲罐300内；利用密封输送装置400将储料缓冲罐300内的金属化球团输送至微波加热装置500中的球团布料罐530内；向第一焦炭布料罐520和第二焦炭布料罐540中供给焦炭并利用安装在第一焦炭布料罐520和第二焦炭布料罐540上的氮封装置进行密封；启动链板输送机514并使料车515进入布料区5111，利用第一焦炭布料罐520向料车515内进行第一布料，以便在料车515内形成底层焦炭层5151；利用球团布料罐530向料车515内进行第二布料，以便在底层焦炭层5151上形成金属化球团层5152；利用第二焦炭布料罐540向料车515内进行第三布料，以便在金属化球团层5152上形成顶层焦炭层5153；使料车515进入微波加热区5112，金属化球团被微波加热器550加热发生还原焙烧反应，以便得到焙烧后球团；使料车515运动至链板输送机514的一端，将焙烧后球团倾倒出并落入水淬装置600内进行水淬处理；利用磨矿磁选装置700对经过水淬处理的焙烧后球团进行磨矿磁选处理，以便得到镍铁粉。

本发明上述实施例的处理红土镍矿的方法首先利用气基竖炉100对红土镍矿进行还原，得到金属化球团，再将金属化球团送入微波加热装置500，利用焦炭作为微波吸收体对其进行微波加热，实现金属化球团的高温焙烧，最后将焙烧后的球团进行水淬处理和磨矿磁选处理，得到镍铁合金。其中，本发明中通过利用微波加热装置500对红土镍矿金属化球团进行高温焙烧，可以使金属化球团中的铁氧化物进一步被还原，并促进镍铁晶粒形核和长大，进而有利于实现后续磁选处理过程中镍铁与渣的分离。由此，通过采用本发明上述实施例的处理红土镍矿的方法，不仅能够有效回收红土镍矿中的镍铁，还能显著提高镍铁的回收率，得到低硫磷的高品质镍铁合金。

下面参考图3对本发明上述实施例的处理红土镍矿的方法进行详细描述。

S100：气基竖炉还原红土镍矿得到金属化球团

根据本发明的实施例，将红土镍矿供给至气基竖炉100中进行还原，以便得到金属化球团；将金属化球团经过竖炉排料斗200进入储料缓冲罐300内。

根据本发明的具体实施例，利用气基竖炉100对红土镍矿进行还原，得到的金属化球团的含碳量可以为4-6重量％。发明人发现，当金属化球团的含碳量过高时，金属化球团的强度较低，还原后低强度金属化球团在竖炉下部破碎、粉化，导致竖炉下部透气性变差，还原后球团金属化率偏低。而当金属化球团的含碳量过低时，又会影响后续还原焙烧反应的效率，而当金属化球团的含碳量为4-6重量％时，不仅能使金属化球团具有较好的强度，还能进一步提高后续在微波加热装置500中进行的还原焙烧反应的效率。

根据本发明的具体实施例，气基竖炉100内发生的还原反应可以在甲烷含量为10-15体积％的还原气氛下进行。发明人发现，通过控制还原气氛中甲烷含量可以有效控制金属化球团的含碳量，还原气氛中高CH₄比例可有效实现在还原过程对红土镍矿金属化球团进行渗碳，以利于后续采用微波加热对金属化球团进行焙烧。而当金属化球团的含碳量过高时，金属化球团的强度较低，还原后低强度金属化球团在竖炉下部破碎、粉化，导致竖炉下部透气性变差，还原后球团金属化率偏低。而当金属化球团的含碳量过低时，又会影响后续还原焙烧反应的效率。由此，本发明中通过控制还原气氛中甲烷含量为10-15体积％，可以有效控制金属化球团的含碳量为4-6重量％。使金属化球团具有较好的强度，并进一步提高后续在微波加热装置500中进行的还原焙烧反应的效率。

根据本发明的具体实施例，气基竖炉100内还原气氛中一氧化碳和氢气的含量不少于70体积％，反应温度可以为800-900℃。由此，可以有效实现对红土镍矿的还原处理，并得到金属化球团。

根据本发明的具体实施例，竖炉排料斗200的个数不受特别限制，且可以连接同一个储料缓冲仓，由此，可以有效实现气基竖炉100内得到的金属化球团的连续出料。

根据本发明的具体实施例，可以在储料缓冲罐300的底端出口内设置星型给料机310。由此，不仅可以使金属化球团能够顺利稳定加入到热料输送机420上，还能有效控制金属化球团的输送速度。

S200：对金属化球团和焦炭进行布料

根据本发明的实施例，利用密封输送装置400将储料缓冲罐300内的金属化球团输送至微波加热装置500中的球团布料罐530内。本发明中通过利用密封输送装置400输送金属化球团，不仅能够有效将储料缓冲罐300内的金属化球团输送至微波加热装置500中的球团布料罐530内，还能防止金属化球团滚落，并对金属化球团起到一定的保温作用，金属化球团的温度保持在700-800摄氏度，由此，可以进一步提高后续对金属化球团进行焙烧时的效率。根据本发明的具体实施例，热料输送机420的输送带可以采用耐高温、耐磨的不锈钢制造。由此，可以进一步提高密封输送装置400的使用寿命。

根据本发明的实施例，向第一焦炭布料罐520和第二焦炭布料罐540中供给焦炭并进行密封。根据本发明的具体实施例，可以在第一焦炭布料罐520和第二焦炭布料罐540的下料管位置分别设置氮封装置。由此，可以有效防止外界空气进入微波加热装置500内将高温金属化球团再次氧化。

根据本发明的实施例，在高温下对金属化球团进行焙烧，若采用烧嘴直接加热，则燃烧后的氧化性气氛容易将金属化球团再氧化。若采用辐射管间接解热，由于焙烧温度需要达到1100-1200℃，现有辐射管材质难以符合温度要求。发明人发现，可以采用微波加热来实现对金属化球团的还原焙烧。微波加热的前提是微波可以透过材料并且被其吸收，这需要材料必须具备两个特性，一是被加热材料的表面不能反射微波能，二是被加热材料能不可逆地将入射电磁波转化为自身热能。一般矿物中所含的CaO、CaCO₃和SiO₂、MgO等物质都是微波透射体，属于惰性材料，不能被微波加热；对于金属铁等导电材料，微波穿透率不高，加热速率慢。而红土镍矿含有大量的SiO₂、MgO和CaO，因此不能直接采用微波加热对金属化球团进行焙烧处理。基于以上问题，发明人发现可以采用炭材料为介质对红土镍矿金属化球团进行微波间接加热方法，实现金属化球团的高温焙烧。由于炭材料为微波吸收体，属于高活性材料，在微波场中升温速率非常快，由此，本发明中采用焦炭对金属化球团进行微波间接加热。

根据本发明的实施例，启动链板输送机514并使料车515进入布料区5111，利用第一焦炭布料罐520向料车515内进行第一布料，以便在料车515内形成底层焦炭层5151；利用球团布料罐530向料车515内进行第二布料，以便在底层焦炭层5151上形成金属化球团层5152；利用第二焦炭布料罐540向料车515内进行第三布料，以便在金属化球团层5152上形成顶层焦炭层5153。

根据本发明的具体实施例，通过在微波加热装置500中设置第一焦炭布料罐520、球团布料罐530和第二焦炭布料罐540，可以依次在金属化球团的底部和顶部各形成一层焦炭层，由此，可以利用焦炭层对金属化球团的底部和顶部同时进行加热，进而可以进一步提高对金属化球团的焙烧效率。

根据本发明的具体实施例，第一焦炭布料罐520的底端设置有第一焦炭给料机521，第一焦炭给料机521设置在第一焦炭入口517内。球团布料罐530的入料口531与密封输送装置400相连，球团布料罐530的底端设置有球团给料机532，球团给料机532设置在球团入口518内。第二焦炭布料罐540的底端设置有第二焦炭给料机541，第二焦炭给料机541设置在第二焦炭入口519内。由此，可以利用第一焦炭给料机521向料车515内进行第一布料，以便在料车515内形成底层焦炭层5151，利用球团给料机向料车515内进行第二布料，以便在底层焦炭层5151上形成金属化球团层5152，利用第二焦炭给料机541向料车515内进行第三布料，以便在金属化球团层5152上形成顶层焦炭层5153。

根据本发明的具体实施例，可以分别在第一焦炭给料机521、球团给料机532和第二焦炭给料机541下方设置布料板，使布料板的宽度略小于料车515宽度。由此，不仅可以通过布料板将球团、焦炭均匀分层的布置在料车515里，还能有效控制焦炭、球团在料车515中的高度。

根据本发明的具体实施例，底层焦炭层的厚度可以为15-20mm，金属化球团层的厚度可以为30-40mm，顶层焦炭层的厚度可以为15-20mm。由此，可以进一步提高对金属化球团的焙烧效率。

根据本发明的具体实施例，金属化球团的平均粒径可以为6-15mm，焦炭的平均粒径可以为20-25mm。由此，可以显著提高金属化球团与焦炭的接触面积，进而进一步提高对金属化球团的加热效果，提高焙烧效率。

S300：微波加热金属化球团得到焙烧后球团

根据本发明的实施例，使料车515进入微波加热区5112，金属化球团被微波加热器550加热发生还原焙烧反应，以便得到焙烧后球团。

根据本发明的具体实施例，金属化球团可以被微波加热器550加热至1100-1200摄氏度，且金属化球团在微波加热区5112内的时间可以为20-30min。在微波加热区5112，焦炭在多个微波加热器550的加热下迅速升温，同时金属化球团内的碳也被加热，金属化球团依靠内生热和外部高温焦炭层的热量升温至1100-1200℃，并在微波加热区5112内停留20-30min，在此过程中，金属化球团内含有的4-6重量％的碳进一步与球团内铁氧化物反应，生成金属铁，金属化球团内微粒铁、镍金属颗粒完成结晶成核、晶核长大以及晶粒兼并长大的过程。本发明中通过控制对金属化球团的加热温度和加热时间，不仅可以使金属化球团的还原焙烧反应更为彻底，还能促进金属化球团内晶粒的形核和长大，进而有利于后续的磁选处理过程中镍铁与渣的分离，并显著提高镍铁的品质和回收率。

根据本发明的具体实施例，可以通过调节料车515的行驶速度，从而控制料车515在微波加热区5112内的停留时间。

根据本发明的具体实施例，还原焙烧反应可以在氮气保护下进行。由此，可以有效避免金属化球团在焙烧过程中被再次氧化。

根据本发明的具体实施例，微波加热器550可以包括微波发生器551和波导管552，微波发生器551设置在本体510外，波导管552贯穿本体510顶壁516且与微波发生器551相连。由此，可以有效实现对金属化球团的微波加热。

根据本发明的具体实施例，料车515可以由底壁5154和两侧的侧壁5155组成，多个料车首尾相连形成储料槽。由此，不仅可以有效盛放金属化球团，避免金属化球团散落，还能有效实现对焦炭和金属化球团的分层分布。此外，料车515底壁5154和侧壁5155的设置还能对金属化球团起到一定的保温效果。

根据本发明的具体实施例，料车515的顶端与本体510顶壁516的距离可以为1cm。由此，不仅可以对料车产生一定的密封和保温作用，有效避免料车515内的热量散失，显著提高微波加热器551对料车515内金属化球团的焙烧效率，同时还不影响料车515移动顺畅。

根据本发明的具体实施例，料车515的内壁和本体510的内壁上均可以设置有保温层560。本发明中通过在料车515的内壁和本体的内壁上设置保温层560，可以有效防止料车515内热量的大量散失，并维持料车515内的高温环境，显著提高能量的利用率，从而进一步提高对金属化球团的加热效果，提高焙烧效率。根据本发明的具体实施例，保温层可以由内保温层561和外保温层562组成，内保温层561可以由高铝质保温材料形成，外保温层562可以由陶瓷材料形成，实现耐高温的效果，波导管552贯穿本体510顶壁516及内保温层561和外保温层562，由此，可以进一步提高对金属化球团的加热效果，提高焙烧效率。需要注意的是，当本体510的内壁上设置有保温层时，料车515的顶端与本体510顶壁保温层的距离为1cm。

根据本发明的具体实施例，可以在料车515的内壁以及位于微波加热区5112内的本体510顶壁设置保温层。由此，不仅能够确保料车515在微波加热区5112内具有较好的保温效果，还能进一步提高保温层的利用率，降低生产成本。

根据本发明的具体实施例，可以在微波加热装置500内设置测温热电偶580。由此，可以对料车515内金属化球团层5152的温度进行实时监控。

S400：水淬处理

根据本发明的实施例，使料车515运动至链板输送机514的一端，将焙烧后球团倾倒出并落入水淬装置600内进行水淬处理。

S500：磨矿磁选处理

根据本发明的实施例，利用磨矿磁选装置700对经过水淬处理的焙烧后球团进行磨矿磁选处理，以便得到镍铁粉。

实施例1

气基竖炉还原气氛中CO+H₂比例为80体积％，CH₄比例为15体积％，竖炉内反应温度900℃，还原后金属化球团含碳量控制在6％。所述红土镍矿，其中镍品位为2.1％，铁品位24％。

还原后的金属化球团经竖炉排料斗在高温状态下排入储料缓冲罐，球团温度为800℃，经过热料输送机运至球团布料罐，在球团布料罐和第一、第二焦炭布料罐下方为料车的布料区，首先由第一焦炭布料罐下方的布料板在料车底部布置15cm厚的焦炭块状颗粒，其次在焦炭层的上方进行金属化球团布料，布料厚度为40cm，最后由第二焦炭布料罐在金属化球团料层上方布料，布料厚度为15cm。

在微波加热区，焦炭在微波加热下迅速升温，同时金属化球团内碳也被加热，球团依靠内生热和外部高温焦炭层热量升温至1200℃，料车在微波加热区停留时间为20min，在此过程中，金属化球团内微粒铁、镍金属颗粒完成结晶成核、晶核长大以及晶粒兼并长大的过程。高温焙烧后的球团进入水淬装置，水淬后的金属化球团再进行磁选，得到高品位(Ni25-35％)和杂质少(C，Si＜0.04％)的镍铁粉，其中镍回收率为94％，铁回收率为76％。

实施例2

气基竖炉还原气氛中比例为85体积％，CH4比例为10体积％，竖炉内反应温度800℃，还原后金属化球团含碳量控制在4％。所述红土镍矿，其中镍品位为1.4％，铁品位18％。

还原后的金属化球团经竖炉排料斗在高温状态下排入储料缓冲罐，球团温度为800℃，经过热料输送机运至球团布料罐，在球团布料罐和第一、第二焦炭布料罐下方为料车的布料区，首先由第一焦炭布料罐下方的布料板在料车底部布置20cm厚的焦炭块状颗粒，其次在焦炭层的上方进行金属化球团布料，布料厚度为30cm，最后由第二焦炭布料罐在金属化球团料层上方布料，布料厚度为20cm。

在微波加热区，焦炭在微波加热下迅速升温，同时金属化球团内碳也被加热，球团依靠内生热和外部高温焦炭层热量升温至1100℃，料车在微波加热区停留时间为30min，在此过程中，金属化球团内微粒铁、镍金属颗粒完成结晶成核、晶核长大以及晶粒兼并长大的过程。高温焙烧后的球团进入水淬装置，水淬后的金属化球团再进行磁选，其中镍回收率为92％，铁回收率为71％。

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)

1.一种处理红土镍矿的系统，其特征在于，包括：

气基竖炉，所述气基竖炉具有红土镍矿入口、还原气入口、金属化球团出口和炉顶气出口；

竖炉排料斗，所述竖炉排料斗与所述金属化球团出口相连；

储料缓冲罐，所述储料缓冲罐与所述竖炉排料斗相连；

密封输送装置，所述密封输送装置由壳体和设置在所述壳体内的热料输送机组成，所述密封输送装置与所述储料缓冲罐相连；

微波加热装置，微波加热装置包括：

本体，所述本体内限定有腔室，所述本体具有保护气入口、保护气出口，所述腔室内具有链板输送机，所述链板输送机上沿输送方向设置有多个依次相连的料车，所述腔室沿所述链板输送机的输送方向上被限定出布料区和微波加热区，位于所述布料区的所述本体顶壁上沿输送方向的上游至下游依次设置有第一焦炭入口、球团入口和第二焦炭入口，

第一焦炭布料罐，所述第一焦炭布料罐的底端设置有第一焦炭给料机，所述第一焦炭给料机设置在所述第一焦炭入口内且适于向所述料车内进行第一布料，以便在所述料车内形成底层焦炭层；

球团布料罐，所述球团布料罐的入料口与所述密封输送装置相连，所述球团布料罐的底端设置有球团给料机，所述球团给料机设置在所述球团入口内且适于向所述料车内进行第二布料，以便在所述底层焦炭层上形成金属化球团层；

第二焦炭布料罐，所述第二焦炭布料罐的底端设置有第二焦炭给料机，所述第二焦炭给料机设置在所述第二焦炭入口内且适于向所述料车内进行第三布料，以便在所述金属化球团层上形成顶层焦炭层；以及

多个微波加热器，所述多个微波加热器沿输送方向上依次设置在所述微波加热区的所述本体顶壁上，所述微波加热器适于对所述料车内的物料进行加热；

水淬装置，所述水淬装置设置在所述微波加热装置的物料出口下方；以及

磨矿磁选装置，所述磨矿磁选装置与所述水淬装置相连。

2.根据权利要求1所述的处理红土镍矿的系统，其特征在于，所述储料缓冲罐的底端出口内设置有星型给料机。

3.根据权利要求1所述的处理红土镍矿的系统，其特征在于，所述微波加热器包括微波发生器和波导管，所述微波发生器设置在所述本体外，所述波导管贯穿所述本体顶壁且与所述微波发生器相连。

4.根据权利要求1所述的处理红土镍矿的系统，其特征在于，所述料车由底壁和两侧的侧壁组成，所述多个料车首尾相连形成储料槽，

任选地，所述料车的顶端与所述本体顶壁的距离为1cm。

5.根据权利要求1所述的处理红土镍矿的系统，其特征在于，所述料车的内壁和所述本体的内壁上均设置有保温层，所述保温层由内保温层和外保温层组成，所述内保温层由高铝质保温材料形成，所述外保温层由陶瓷材料形成。

6.一种处理红土镍矿的方法，其特征在于，包括：

将红土镍矿供给至气基竖炉中进行还原，以便得到金属化球团；

将所述金属化球团经过竖炉排料斗进入储料缓冲罐内；

利用密封输送装置将所述储料缓冲罐内的金属化球团输送至微波加热装置中的球团布料罐内；

向第一焦炭布料罐和第二焦炭布料罐中供给焦炭并进行密封；

启动链板输送机并使料车进入布料区，利用第一焦炭布料罐向料车内进行第一布料，以便在所述料车内形成底层焦炭层；

利用所述球团布料罐向所述料车内进行第二布料，以便在所述底层焦炭层上形成金属化球团层；

利用第二焦炭布料罐向所述料车内进行第三布料，以便在所述金属化球团层上形成顶层焦炭层；

使所述料车进入微波加热区，所述金属化球团被微波加热器加热发生还原焙烧反应，以便得到焙烧后球团；

使所述料车运动至所述链板输送机的一端，将所述焙烧后球团倾倒出并落入水淬装置内进行水淬处理；

利用磨矿磁选装置对经过所述水淬处理的焙烧后球团进行磨矿磁选处理，以便得到镍铁粉。

7.根据权利要求6所述的处理红土镍矿的方法，其特征在于，所述气基竖炉内发生的所述还原反应是在甲烷含量为10-15体积％的还原气氛下进行的，

所述金属化球团的含碳量为4-6重量％。

8.根据权利要求6所述的处理红土镍矿的方法，其特征在于，所述低层焦炭层的厚度为15-20mm，所述金属化球团层的厚度为30-40mm，所述顶层焦炭层的厚度为15-20mm，

任选地，所述金属化球团的平均粒径为6-15mm，所述焦炭的平均粒径为20-25mm。

9.根据权利要求6所述的处理红土镍矿的方法，其特征在于，所述金属化球团被微波加热器加热至1100-1200摄氏度，且所述金属化球团在所述微波加热区内的时间为20-30min。

10.根据权利要求6所述的处理红土镍矿的方法，其特征在于，所述还原焙烧反应是在氮气保护下进行的。