CN107881349A - 一种红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺，所述红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺包括以下步骤：红土镍矿矿粉、煤粉、粘结剂和脱硫剂经过混匀、压块和烘干后与还原剂和脱硫剂混合，通过炉顶布料装置将混合料装入煤基竖炉的还原室中，混合料在煤基竖炉的还原室中经过预热段、还原段和冷却段，通过排料装置排出炉外，经过筛分、磨粉和磁选后，最终得到镍铁。本发明具有原燃料适应性广、产品质量好、规模化生产、作业率高、生产操作方便、能耗低、成本低、环保好等显著优点。

Description

一种红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺

技术领域

本发明涉及金属火法冶炼的技术领域，具体涉及一种红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺，目的用于生产镍铁，从而为不锈钢的生产提供一种重要的原料。

背景技术

目前国内外生产镍铁主要采用熔融还原和直接还原两种工艺，熔融还原中又分为高炉工艺、RKEF工艺、鼓风炉工艺，三种熔融还原工艺均存在能耗高、成本高和投资大等缺点，所以现在生产厂越来越看好通过直接还原工艺来生产高品质的镍铁。

在直接还原工艺中，目前有日本大江山回转窑直接还原工艺和中国神雾转底炉直接还原工艺，日本大江山回转窑直接还原工艺存在如下问题：

1)回转窑经常结圈、处理结圈的工作量很大、造成作业率低，推高了生产成本；

2)窑内气氛和炉料难以控制，产品质量不稳定；

3)大量的高温烟气没有得到很好的利用造成能耗高、成本高；

4)回转窑产能小，很难实现大规模生产；

5)产品冷却采用水淬，环保差。

中国神雾转底炉直接还原工艺存在如下问题：

1)还原时间短、产品金属化率低、很难满足后面工序对质量的要求；

2)炉床圆周运动过程中床体耐材易损坏、床体结构件易变形；

3)转底炉产能低，难以大规模生产；

4)产品冷却采用水淬，环保差。

发明内容

本发明的发明目的在于，提供了一种红土镍矿煤基竖炉的直接还原工艺，该工艺具有原燃料适应性广、产品质量好、规模化生产、作业率高、生产操作方便、能耗低、成本低、环保好等显著优点。

本发明所采用的技术方案使用了如图2所示的煤基竖炉，所示煤基竖炉由还原室和燃烧室模块化组合而成，多个还原室1布置在一个很大的燃烧室2中，所述还原室中的混合料通过隔墙与燃烧室隔离。还原室1从上到下分为预热段4、还原段5和冷却段7，每个还原室1和燃烧室2之间设有传热隔墙6，还原室和燃烧室之间的隔墙采用高导热复合材料。通过燃烧室2中的燃烧器3燃烧煤气产生还原室1所需要的热量，各还原室1内温度基本一致，混合料从顶部加入后经过预热段4、还原段5和冷却段7后，在排料装置8的控制下按照合理流量排出。

本发明所采用的技术方案如下：

一种红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺，具体包括以下步骤：

(1)红土镍矿矿粉、煤粉、粘结剂和脱硫剂经过混匀、压块和烘干后与还原剂和脱硫剂混合形成混合料；

(2)将混合料通过运输和布料装置装入煤基竖炉的还原室中，混合料在还原室中向下运行，先经过预热段预热，预热段的温度在200-400℃，再经过还原段完成还原，还原温度控制在500-1250℃；

(3)还原完成后，混合料经过冷却段冷却至50-120℃后，通过煤基竖炉的排料装置排出炉外；

(4)上述冷却至50-120℃的混合料经过筛分，获得筛上料和筛下物，筛上料经过磨粉和磁选，最终得到镍铁，镍铁主要作为不锈钢生产的原料；

(5)筛下物经过磁选，磁选后的含铁颗粒和残煤全部回收利用。

优选地，所述步骤一中红土镍矿矿粉与煤粉、还原剂的质量比为1：(0～0.25)：(0～0.45)。

优选地，所述步骤(1)中煤粉为粉状的无烟煤、烟煤、褐煤、焦炭、兰炭或木炭的一种或多种，所述步骤(1)中还原剂为粒状和/或粉状的无烟煤、烟煤、褐煤、焦炭、兰炭或木炭的一种或多种。

优选地，步骤(2)中所述煤基竖炉中还原室内的预热和还原所需的热量，均来源于还原室隔墙外燃烧室燃料燃烧产生的热量，热量通过隔墙传给还原室中的混合料。

优选地，步骤(2)中所述煤基竖炉混合料的运输和布料装置采用皮带组合式装备。

优选地，步骤(3)中所述冷却段的水冷采用冷却水套冷却装置。

所述燃烧室燃烧产生的高温烟气排出燃烧室后，通过换热器来预热燃烧室燃烧用助燃气体和/或烘干原料。

实施本发明红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺，具有以下有益效果：

1)产品质量好：该工艺还原室和燃烧室各自独立，各自的还原气氛和氧化气氛互不干涉，能够实现温度场均匀，同时该工艺根据原料的差异能够有效控制和调整还原温度和还原时间，从而得到高金属化率的产品；

2)规模化生产：该工艺可以实现100万吨以上规模化生产的高产量，原因在于：还原室和燃烧室可以根据产量需要进行模块化组合，另外煤基竖炉前后先进、合理和完善的工艺为规模化生产创造了条件；

3)生产稳定、作业率高：该工艺还原过程中采用缓慢向下的连续运动，能够很好地避免还原室中物料的粘接，不至于造成排料困难和中断生产，还原完毕在冷却段能够冷却到需要的温度；

4)传热效果好：该工艺还原室和燃烧室之间的隔墙采用高导热复合材料，具有高导热、低气孔、耐高温、耐磨损等性能，比其它材料还原效率更高、使用寿命更长；

5)能量利用好：该工艺燃烧室最终排出的高温烟气采用高温热交换器进行热量回收，用来预热燃烧室用的助燃空气和原料，降低了能耗，提高了能源利用效率；还原室预热段排出的还原性气体返回至燃烧室再利用，可节约能源、降低能源消耗；

6)环保效果好：该工艺的产品采用水冷，并设有完善的除尘设施，环保效果好。

附图说明

图1为本发明红土镍矿煤基竖炉直接还原工艺的流程图；

图2为本发明红土镍矿直接还原的煤基竖炉的示意图。

具体实施方式

为了使本发明技术方案更容易理解，现结合附图采用具体实施例的方式，对本发明的技术方案进行清晰、完整的描述。应当注意，在此所述的实施例仅为本发明的部分实施例，而非本发明的全部实现方式，所述实施例只有示例性，其作用只在于为审查员及公众提供理解本发明内容更为直观明了的方式，而不是对本发明所述技术方案的限制。在不脱离本发明构思的前提下，所有本领域普通技术人员没有做出创造性劳动就能想到的其它实施方式，及其它对本发明技术方案的简单替换和各种变化，都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种红土镍矿煤基竖炉直接还原工艺，其主要生产步骤包括：

1)红土镍矿矿粉和粘结剂经过充分混匀后压块，压块的粒度大小为25-35mm，然后进行烘干，烘干后与还原剂和脱硫剂混合；红土镍矿矿粉和粘结剂混匀过程中，根据需要可以加入少量的煤粉，以提高还原效率；

2)混合料由煤基竖炉的布料装置从还原室顶部进料，还原室被混合料全部填充，物料呈分散、均匀分布状态，料面高出还原炉本体一定高度，还原剂为无烟煤、烟煤、褐煤、焦炭、兰炭或木炭等的至少一种；

3)混合料在还原室中靠重力向下运行，经过预热段、还原段后完成还原过程，还原室内温度为1150℃，还原室中进行预热和还原所需的热量，来源于还原室隔墙外燃烧室燃烧产生的热量，热量通过隔墙传给还原室中的混合料；

4)燃烧室位于还原室四周或两侧，燃烧室内设置若干个烧嘴，燃料和助燃气体燃烧会产生1100～1400℃的高温烟气，高温烟气的热量整体均匀通过隔墙加热还原室隔墙内的混合料；燃料为煤制煤气、高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、天然气、石油液化气或页岩气等的至少一种；

5)混合料在还原室内进行充分的还原反应；根据原料条件和工艺需要，还原室内的温度和还原反应的时间均能实现可调、可控；

6)燃烧室排出的烟气温度较高，约900～1200℃，排出后的高温烟气通过换热器进行热量回收，预热进入燃烧室的助燃气体，助燃气体可预热至500～700℃，换热后的烟气温度降低至400～600℃，用于烘干压块料，烘干后的100～150℃烟气通过烟囱外排；

7)各个还原室内部还原物料在反应过程中，产生的还原性气体，如CO、H₂等返回至燃烧室作为燃料；

8)混合料最后经过冷却段，根据需要的温度可以达到50-150℃，通过排料装置连续排出炉外，经过筛分，筛上物通过磨粉和磁选得到镍铁产品，筛下物磁选后的含铁颗粒和残煤全部回收利用。

本发明工艺具有以下优点：

2)该工艺既可以处理压块后的原料，还可以直接处理天然块矿原料；

3)该工艺的能源利用充分，能源浪费很少，并且资源都得到循环利用；

4)该工艺中的还原炉由还原室和燃烧室组成，还原室的数量根据产量要求进行模块化的组合，燃烧室的大小和数量根据还原室的多少进行调整。

实施例2

本发明红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺包括以下步骤：

1)将含镍品位1.9％和含铁品位18％的红土镍矿矿粉、煤粉及粘结剂等充分混匀后压块，压块后的粒度大小约25mm，经过烘干机烘干处理后运至槽下料仓；

2)将以上得到的烘干块料和无烟煤还原剂和石灰石脱硫剂混合，要求混合尽量均匀，块料和还原剂的比例约为1:0.25，混合料由炉顶布料器从还原炉顶部装入还原室，混合料将还原室全部装满，并高出还原炉顶面一定高度；

3)还原室的预热段和还原段为长方形，其宽度为400～800mm，长度为1000～1500mm，高度10000～15000mm；

4)通过管道向燃烧器供应的煤气和预热后达到600℃的助燃空气在燃烧室内燃烧，燃烧产生1350℃的高温烟气，混合料在还原室内进行还原反应；还原室内的温度控制在1150℃，还原反应时间控制在5-6h；

5)燃烧室出来的烟气温度约1000℃，排出后的高温烟气通过热交换器进行热量回收，将进入燃烧室助燃空气预热至600℃，再经过换热器将块状原料烘干，排出的烟气温度降低至100～150℃，最后通过烟囱外排；

6)各还原室混合料反应完毕后，1050～1100℃的混合料经过冷却段后温度达到100℃后从排料装置排出，经过磨粉和磁选后得到镍和铁的金属化率均达到90％的产品。

该工艺作业率高，每天直接还原铁产量为约3000吨，年产量可达105万吨，是目前最大产量的红土镍矿直接还原工艺。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺，其特征在于具体包括以下步骤：

(1)红土镍矿矿粉、煤粉、粘结剂和脱硫剂经过混匀、压块和烘干后与还原剂和脱硫剂混合形成混合料；

(2)将混合料通过运输和布料装置装入煤基竖炉的还原室中，混合料在还原室中向下运行，先经过预热段预热，预热段的温度在200-400℃，再经过还原段完成还原，还原温度控制在500-1250℃；

(3)还原完成后，混合料经过冷却段冷却至50-120℃后，通过煤基竖炉的排料装置排出炉外；

(4)所述冷却至50-120℃的混合料经过筛分，获得筛上料和筛下物，所述筛上料经过磨粉和磁选，最终得到镍铁；

(5)所述筛下物经过磁选，磁选后的含铁颗粒和残煤全部回收利用。

2.根据权利要求1所述红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺，其特征在于，所述步骤(1)中所述红土镍矿矿粉与所述煤粉、所述还原剂的质量比为1：(0～0.25)：(0～0.45)。

3.根据权利要求1或2所述红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺，其特征在于，所述步骤(1)中所述煤粉为粉状的无烟煤、烟煤、褐煤、焦炭、兰炭或木炭的一种或多种，所述步骤(1)中所述还原剂为粒状和/或粉状的无烟煤、烟煤、褐煤、焦炭、兰炭或木炭的一种或多种。

4.根据权利要求1所述红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺，其特征在于，所述步骤(2)中所述煤基竖炉中还原室内的预热和还原所需的热量，均来源于还原室隔墙外燃烧室燃料燃烧产生的热量，热量通过隔墙传给还原室中的混合料。

5.根据权利要求1所述红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺，其特征在于，步骤(2)中所述煤基竖炉混合料的运输和布料装置采用皮带组合式装备。

6.根据权利要求1所述红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺，其特征在于，步骤(3)中所述冷却段的水冷采用冷却水套冷却装置。

7.根据权利要求4所述红土镍矿的煤基竖炉直接还原工艺，其特征在于，所述燃烧室燃烧产生的高温烟气排出燃烧室后，通过换热器来预热燃烧室燃烧用助燃气体和/或烘干原料。