CN108034809B

CN108034809B - 一种红土镍矿的烧结方法

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Publication number: CN108034809B
Application number: CN201810025669.4A
Authority: CN
Inventors: 潘建; 朱德庆; 李启厚; 郭正启; 梁钟仁; 李紫云; 李思唯; 杨聪聪; 薛钰霄; 师本敬; 田宏宇
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2019-12-06
Anticipated expiration: 2038-01-11
Also published as: CN108034809A

Abstract

本发明公开了一种基于中低温冷却热风的红土镍矿烧结的方法，包括以下步骤：将红土镍矿、返矿粉、燃料和生石灰混合得到混合料；调节混合料水分为16 wt%～18 wt%，混合制粒得到烧结料；将烧结料进行点火、烧结得到热烧结矿；烧结过程中将温度低于300℃的热风通入烧结机料面烟罩中；将冷风与热烧结矿进行热交换得到热风和冷烧结矿；冷烧结矿经破碎筛分得到成品烧结矿。本发明将低于300℃的中低温热风返回烧结机，改善烧结矿成矿条件，提高红土镍矿烧结矿强度；同时，达到对烧结矿冷却热废气的有效利用，降低固体燃耗，减少CO₂排放。

Description

一种红土镍矿的烧结方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体来说，涉及一种基于中低温冷却热风的红土镍矿的烧结方法。

背景技术

世界范围内镍资源分为硫化镍矿和氧化镍矿两类，氧化镍矿即红土镍矿。目前世界上40%左右的镍产品来产自红土镍矿，其余都来自硫化镍矿，但随着高品位、易开采的硫化镍矿的过度开发以及红土镍矿冶炼工艺日渐成熟等因素的影响，运用红土镍矿生产镍产品正逐步成为世界主流。

世界范围内红土镍矿主要分布在赤道线南北30°以内的热带国家，已探明陆地上的镍矿资源储量约 8000万t，主要有古巴（2300万t）、印度尼西亚（1300万t）、菲律宾（1100万t）、澳大利亚（1100万t）、新喀里多尼亚（1400万t）等，其中硫化镍矿仅占20%，红土镍矿约占75%，而硅酸镍矿占5%。我国的红土镍矿主要分布在四川省的会理、云南省的元江和墨江以及青海省的元石山等地区。红土镍矿储量约占全国镍资源保有储量的9.6%，而硫化镍矿占全国镍资源保有储量的86%。由于国内红土镍矿储量相对较少，我国每年从菲律宾和印度尼西亚进口大量的红土镍矿，相当大部分依赖进口。

目前，我国采取火法冶炼镍铁较为普遍，大致分为烧结-高炉法，生产中镍和低镍产品；回转窑电炉法（RKEF法），生产高镍铁。由于高品位红土镍矿资源大多数被西方大国所控制，而且价格很贵，我国大多数镍铁生产厂家只能使用中低品位红土镍矿资源。但由于低品位红土镍矿物理水和结晶水含量高，烧损大，烧结速度快，烧结矿高温保持时间短，烧结终点温度低，料面冷却速度快，导致烧结成矿条件急剧恶化，烧结矿强度远低于普通铁矿烧结矿。另外，烧结矿冷却时产生大量低温烟气，未达到有效利用。烧结冷却热废气在普通铁矿烧结生产中得到相应的应用。专利CN101024143、CN101832572B、CN104132550A、CN104748567B均是采用烧结过程产生的热废气，从烧结机主烟道抽取烟气用于热风烧结，其烧结过程或多或少都会受到烟气中氧含量及水汽含量的影响而恶化。专利CN101893384A、CN 102808080 A则都是将烧结机尾高温废气与环冷机的热废气混合，控制用于热风烧结的氧含量和气体温度。如专利CN 102808080 A在烧结时将烧结机尾部的100～400℃热废气与环冷机的100～400℃热废气混合后加入一定量的空气或氧气，保持循环气体中的氧含量在17～21%，然后将温度控制在80～400℃的混合热废气送至烧结机料层表面用于热风烧结；与此同时，在配料时降低固体燃料的配比。该方法采用混和烟气的方法可以调整烟气成分和温度，但管路长，散热多，生产调控繁琐。

上述热风烧结针对对象皆为普通铁矿粉，而且多数需要用到冷却时的高温热风，对冷却时的中低温热风利用较少。目前还未有对高烧损的红土镍矿烧结利用烧结矿冷却的热风进行强化烧结的专利或报道，更未见利用冷却时温度低于300℃的热风用于红土镍矿烧结的先例。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提供一种红土镍矿的烧结方法，将烧结矿冷却得到的低于300℃的中低温热风返回烧结机，改善烧结矿成矿条件，提高红土镍矿烧结矿强度，同时，达到对烧结矿冷却热废气的有效利用，降低固体燃耗，减少CO₂排放。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种红土镍矿的烧结方法，包括以下步骤：

S1、将红土镍矿、返矿粉、燃料和生石灰混合得到混合料；

S2、调节所述混合料水分为16wt%～18wt%，混合制粒得到烧结料；

S3、将所述烧结料进行点火、烧结得到热烧结矿；烧结过程中将温度低于300℃的热风通入烧结机料面烟罩中；

S4、将冷风与热烧结矿进行热交换得到热风和冷烧结矿；

S5、所述冷烧结矿经破碎筛分得到成品烧结矿。

上述的烧结方法，优选的，所述红土镍矿的铁品位44%～50%，镍含量0.8%～1.4%，红土镍矿的烧损为10%～15%，粒度小于10mm；

和/或，所述燃料为无烟煤，所述无烟煤中粒径-5mm＞85%，粒径-0.5mm<10%。

上述的烧结方法，优选的，所述混合料的二元碱度为1.2～1.4。

上述的烧结方法，优选的，所述S1中，所述红土镍矿的质量百分含量为51.5wt%～59wt%、所述返矿粉的质量百分含量为29wt%～31wt%、所述燃料的质量百分含量为5.5wt%～8.0wt%，所述生石灰的质量百分含量为6wt%～10wt%。

上述的烧结方法，优选的，所述S2中，所述混合制粒过程中，混合机转速25r·min^-1，充填率15%，制粒时间5min；所述烧结料中的粒径大于0.5mm为95%以上，粒径大于1mm的颗粒为 80%以上。

上述的烧结方法，优选的，所述S3中，点火温度为1050±50℃，点火负压4kPa～6kPa，点火时间为1.5min～2.5min。

上述的烧结方法，优选的，所述S3中，所述烧结过程，高温带温度为1350℃～1480℃，烧结时间为22min～27min。

上述的烧结方法，优选的，所述S3步骤中，所述温度低于300℃的热风来自所述S4步骤中与热烧结矿进行热交换得到的热风。进一步的，所述温度低于300℃的热风，具体温度为200～260℃。

上述的烧结方法，优选的，所述S3步骤中，所述热风通入烧结机的时间占烧结时间长度的35%～45%。

上述的烧结方法，优选的，所述S4步骤中，所述冷风与热烧结矿进行单次热交换的时间为5min～15min，所述热风温度为200℃～260℃。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明提供了一种中低温冷却热风的红土镍矿烧结方法，针对低品位红土镍矿烧损大，烧结速度及料面冷却快，烧结成矿性能差等问题，提出利用红土镍矿烧结矿冷却热交换的废气，通过管道输送进入烧结机烟罩，将常规烧结时抽入的冷风替换为热风，从而降低烧结速度，提高烧结高温保持时间及烧结终点温度，进而降低料面冷却速度，改善烧结矿成矿条件，有效调控烧结矿微观结构，与矿物组成，提高烧结矿强度，同时，降低固体燃耗，减少CO₂排放，保护环境。其余热风用于余热发电。烧结产生的烟气经除尘和脱硫系统处理后排入大气。

（2）本发明提供了一种中低温冷却热风的红土镍矿烧结方法，本发明利用烧结矿冷却的中低温热废气强化高烧损的红土镍矿烧结，揭示了中低温热风烧结的影响规律，即随热风温度的提高或热风时间的延长，红土镍矿烧结产质量指标先升高后明显降低。并优化出适宜的热风烧结制度，在热风温度为200～260℃，所述热风通入烧结机的时间占烧结时间长度的35%～45%时，可提高烧结矿强度17.72%以上，降低固体燃耗9%以上，CO₂减排显著。

（3）本发明提供了一种基于中低温冷却热风的红土镍矿烧结方法，就地取材，提高了红土镍矿烧结的能源利用水平，降低烧结成本，减少了中低温余热废气的直接排放，有利于环保。

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的工艺流程图。

图2为本发明对比例1中采用常规烧结方法得到的烧结矿的微观结构图。

图3为本发明实施例3中采用热风烧结的方法得到的烧结矿的微观结构图。

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。其中低品位红土镍矿的铁品位44%～50%，镍含量0.8%～1.4%。

实施例1

一种红土镍矿热风烧结的方法，参见图1，包括以下步骤：

（1）配料：将53wt%含镍品位1.2%的低品位红土镍矿、30wt%的返矿粉、7.3wt%无烟煤、9.7wt%的生石灰混合，得到混合料。

（2）混匀、制粒：在混合料中加入水，调节混合料的水分位为17.0%。在圆筒混合机中混合，控制混合机转速25 r·min^-1，充填率15%，制粒时间5min，得到水分为17.0%的烧结料，烧结料中粒径大于0.5mm为96%，粒径大于1mm的颗粒为87%。

（3）点火烧结：将步骤（2）的烧结料装入烧结机中，烧结料层的填充高度为680mm。控制点火负压为5kPa，点火温度为1100℃，点火时间为1.5min，对烧结料进行点火。

（4）烧结：在烧结负压12kPa下烧结，料层最高烧结温度1380℃，烧结时间23min，得到热烧结矿。在烧结过程中，将160℃的冷却热风通入烧结机烟罩10min。选取低于300℃的中低温热风引入烧结机料面烟罩中，中低温热风利用烧结自身形成的负压让热风穿透烧结料层，实现红土镍矿的热风烧结。

（5）冷却：将热烧结矿通过冷却机冷却，冷却负压为5kPa，冷却时间为15min，得到冷烧结矿。冷却后产生160℃冷却热风，将160℃的冷却热风用于步骤（4）的烧结过程，具体为将160℃的冷却热风通入烧结机烟罩10min。

（6）破碎、筛分：将冷烧结矿破碎，筛分，得到+5mm的成品烧结矿和-5mm的返矿粉。

烧结矿转鼓强度51.60%，成品率65.33%，利用系数1.00t·m^-2·h^-1，固体燃耗130.54Kg/t。

实施例2

一种红土镍矿热风循环烧结的方法，包括以下步骤：

（2）混匀、制粒：在混合料中加入水，调节混合料的水分位为17.0%。在圆筒混合机中混合，控制混合机转速25r·min^-1，充填率15%，制粒时间5min，得到水分为17.0%的烧结料，烧结料中粒径大于0.5mm为96%，粒径大于1mm的颗粒为87%。

（4）烧结：在烧结负压12kPa下烧结，料层最高烧结温度1420℃，烧结时间25min，得到烧结矿。在烧结过程中，将210℃的冷却热风通入烧结机烟罩10min。

（5）冷却：将热烧结矿通过烧结冷却机冷却，冷却负压为5kPa，冷却时间为12min，得到冷烧结矿。冷却后产生210℃冷却热风，将210℃的冷却热风用于步骤（4）的烧结过程，具体为将210℃的冷却热风通入烧结机烟罩10min。

烧结矿转鼓强度52.40%，成品率66.93%，利用系数1.01t·m^-2·h^-1，固体燃耗126.85Kg/t。

实施例3

一种红土镍矿热风循环烧结的方法，包括以下步骤：

（3）点火烧结：将步骤（2）的烧结料装入烧结机中，烧结料层的填充高度为680mm。控制点火负压为5kPa，点火温度为1100℃，，点火时间为1.5min，对烧结料进行点火。

（4）烧结：在烧结负压12kPa下烧结，料层最高烧结温度1435℃，烧结时间26.8min，得到热烧结矿。在烧结过程中，将260℃的冷却热风通入烧结机烟罩10min。

（5）冷却：将热烧结矿通过烧结冷却机冷却，冷却负压为5kPa，冷却时间为9min，得到冷烧结矿。冷却后产生260℃冷却热风，将260℃的冷却热风用于步骤（4）的烧结过程，具体为将260℃的冷却热风通入烧结机烟罩10min。

烧结矿转鼓强度54.00%，成品率67.08%，利用系数1.03t·m^-2·h^-1，固体燃耗122.02Kg/t。

实施例4

一种红土镍矿热风循环烧结的方法，包括以下步骤：

（1）配料：将53wt%含镍品位1.2%的低品位红土镍矿、30wt%的返矿粉、7.5wt%无烟煤、9.7wt%的生石灰混合，得到混合料。

（4）烧结：在烧结负压12kPa下烧结，料层最高烧结温度1470℃，烧结时间28min，得到热烧结矿。在烧结过程中，将310℃的冷却热风通入烧结机烟罩10min。

（5）冷却：将热烧结矿通过烧结冷却机冷却，冷却负压为5kPa，冷却时间为5min，得到冷烧结矿。冷却后产生310℃冷却热风，将310℃的冷却热风用于步骤（4）的烧结过程，具体为将310℃的冷却热风通入烧结机烟罩10min。

烧结矿转鼓强度52.13%，成品率65.89%，利用系数0.94t·m^-2·h^-1，固体燃耗136.98Kg/t。

实施例5

一种红土镍矿热风循环烧结的方法，包括以下步骤：

（4）烧结：在烧结负压12kPa下烧结，料层最高烧结温度1455℃，烧结时间26.2min，得到热烧结矿。在烧结过程中，将260℃的冷却热风通入烧结机烟罩13min。

（5）冷却：将热烧结矿通过烧结冷却机冷却，冷却负压为5kPa，冷却时间为9min，得到冷烧结矿。冷却后产生260℃冷却热风，将260℃的冷却热风用于步骤（4）的烧结过程，具体为将260℃的冷却热风通入烧结机烟罩11.79min。

烧结矿转鼓强度53.47%，成品率64.87%，利用系数0.92t·m^-2·h^-1，固体燃耗131.25Kg/t。

对比例1

一种红土镍矿的烧结方法，没有热风烧结步骤，具体为：

（2）混匀、制粒：在混合料中加入水，调节混合料的水分位为17.0%。在圆筒混合机中混合，控制混合机转速25r·min^-1，充填率15%，制粒时间5min，得到水分为17.0%，粒度为96 wt%大于0.5mm，87 wt%大于1mm的烧结料。

（4）烧结：在烧结负压12kPa下烧结，料层最高烧结温度1355℃，烧结时间23.2min，得到热烧结矿。

（5）冷却：将热烧结矿通过烧结冷却机冷却，冷却负压为5kPa，冷却时间为10min，得到冷烧结矿。冷却后产生240℃冷却热风，用于余热发电而不用于热风烧结。

烧结矿转鼓强度45.87%，成品率64.88%，利用系数0.97t·m^-2·h^-1，固体燃耗140.52Kg/t。

由上述实施例得到的数据可知：热风温度、热风时间的变化，烧结矿转鼓强度51.60～54.00%，成品率65.33～67.08%，利用系数0.92～1.03t·m^-2·h^-1，固体燃耗122.02-～136.98Kg/t。与对比例1数据相比，采用本发明的方法，在最优条件下（实施例3），烧结矿转鼓强度可提高17.72%以上，降低固体燃耗9%以上，烧结性能明显改善。

图2和图3分别为常规烧结矿（对比例1）以及采用热风烧结的烧结矿（实施例3）微观结构图，从两者微观结构的对比可知，常规烧结时赤铁矿结晶粒度微细，料层快速冷却出现贯穿性裂纹。热风烧结时赤铁矿结晶互联程度改善，不见贯穿性裂纹。

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

1.一种红土镍矿的烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将红土镍矿、返矿粉、燃料和生石灰混合得到混合料；

S2、调节所述混合料水分为16wt％～18wt％，混合制粒得到烧结料；

S3、将所述烧结料进行点火、烧结得到热烧结矿；烧结过程中将温度为200℃～260℃的热风通入烧结机料面烟罩中；

S4、将冷风与热烧结矿进行热交换得到热风和冷烧结矿；

S5、所述冷烧结矿经破碎筛分得到成品烧结矿；

所述S3中，所述温度为200℃～260℃的热风来自所述S4步骤中与热烧结矿进行热交换得到的热风，所述热风通入烧结机的时间占烧结时间长度的35％～45％；

所述S4步骤中，所述冷风与热烧结矿进行单次热交换的时间为5min～15min，所述热风温度为200℃～260℃。

2.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述红土镍矿的铁品位44％～50％，镍含量0.8％～1.4％，红土镍矿的烧损为10％～15％，粒度小于10mm；

和/或，所述燃料为无烟煤，所述无烟煤中粒径-5mm＞85％，粒径-0.5mm<10％。

3.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述混合料的二元碱度为1.2～1.4。

4.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述S1中，所述红土镍矿的质量百分含量为51.5wt％～59wt％、所述返矿粉的质量百分含量为29wt％～31wt％、所述燃料的质量百分含量为5.5wt％～8.0wt％，所述生石灰的质量百分含量为6wt％～10wt％。

5.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述S2中，所述混合制粒过程中，混合机转速25r〃min^-1，充填率15％，制粒时间5min；所述烧结料中的粒径大于0.5mm为95％以上，粒径大于1mm的颗粒为80％以上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的烧结方法，其特征在于，所述S3中，点火温度为1050±50℃，点火负压4kPa～6kPa，点火时间为1.5min～2.5min。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的烧结方法，其特征在于，所述S3中，所述烧结过程，高温带温度为1350℃～1480℃，烧结时间为22min～27min。