CN110527848A - 一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及火法冶炼技术领域，具体为一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法，闪速还原熔炼时间短、速度快，还原时间在1分钟之内完成，生产效率高，节能环保；炉渣中的铁还原出来，制得含铁的半钢合金，再冶炼成合格钢水，同时还得到矿热炉渣，该矿热炉渣可以作为水泥熟料送水泥厂生产优质水泥，工艺简单，流程短，且能够冶炼回收合格的钢水和制造水泥，经济效益好且利于环保，经多级旋风干燥、预还原的热物料直接进入回转窑进行焙烧，一方面取到物料缓冲作用，可避免热物料直接入炉时的堵料问题；另一方面，通过回转窑的进一步预还原焙烧，可实现物料的团聚，避免粉状物料直接入炉引发的设备与操作安全。

Description

一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法
技术领域
本发明涉及火法冶炼技术领域，具体为一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法。
背景技术
含镍红土矿是由含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经长期风化淋滤变质而成的。由于风化淋滤，矿床一般形成几层，顶部是一层崩积层(铁帽)，含镍较低，一般弃置堆存；下面是褐铁矿层，含铁多、硅镁少、镍低、钴较高，一般采用湿法工艺回收金属；再下层是混有脉石的腐植土层(包括硅镁性镍矿)，含硅镁高、低铁、镍较高、钴较低，这类矿一般采用火法工艺处理。
目前，较成熟的湿法工艺流程有：Caron流程(还原焙烧氨浸)和HPAL流程(HighPressure Acid Leach)。Caron流程用于处理褐铁矿或褐铁矿和腐植土的混合矿，矿石先干燥，然后矿石中的镍在700℃时选择性还原成金属镍(钴和一部分铁被一起还原)，还原的金属镍经过氨浸回收。
Caron流程的缺点有：矿石处理采用干燥、还原、焙烧等工序，消耗能量大，生产效率低，不够环保；回收金属采用湿法工艺，消耗多种化学试剂，经济效益低；镍和钴的回收率比火法流程和HPAL流程低闪速熔炼是近代发展起来的硫化铜镍精矿氧化造锍熔炼的新工艺。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明提供一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法。
本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：
本发明所述的一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法，包括以下步骤：
S1:备料，包括红土镍矿石干矿、还原剂无烟煤、调质剂石灰、燃料烟煤的制备；Ⅰ红土镍矿石通过破碎、磨矿、干燥三个分工序后，制取粒度小于0.1mm，通过多级悬浮干燥煅烧装置使物料在悬浮状态下进行干燥脱水，送干矿仓备用；Ⅱ还原剂无烟煤通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的还原剂无烟煤，将该还原剂无烟煤送还原煤仓备用；Ⅲ调质剂石灰通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的调质剂石灰，将该调质剂石灰送调质剂仓备用；Ⅳ燃料烟煤通过球磨机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的燃料烟煤，将该燃料烟煤送燃料烟煤仓备用；
S2:根据干红土镍矿的量，按比例配入还原剂无烟煤和调质剂石灰；按干红土镍矿量100％计算，计量配入还原剂无烟煤的量为干红土镍矿量的1％～30％，计量配入调质剂石灰的量为干红土镍矿量的1％～20％；
S3:按步骤二进行配料计量，然后连续喷入破碎、磨矿、干燥后的红土镍矿、还原剂无烟煤和调质剂石灰的混合料，将干燥脱水后的热物料先直接进入预还原装置，并加入碳还原剂焙烧并部分烧结，将燃料煤和空气喷入闪速还原炉中，保持闪速还原炉温度在1450℃～1550℃；将烧结完成后的混合料投入闪速炉中，保持红土镍矿在闪速炉内的还原气氛条件下充分熔炼，红土镍矿在闪速炉中完成闪速还原熔炼后产生的熔体落在闪速炉底部；还原产生的烟气一氧化碳含量大于5％，氧气含量小于1％，闪速炉内有过量的还原煤存在，烟气在经余热锅炉回收余热和降至300℃～400℃后，回收到的一氧化碳用于红土镍矿干燥；
S4:在闪速炉底部末端，用电炉保温方法保持温度持续在1450℃～1550℃，在此条件氛围下，将还原后的镍铁和熔渣进行分离；通过低位放镍铁口排放熔炼完成后的镍铁，将熔渣预留在闪速炉内。
S5:用压缩空气将煤粉和焦炭的混合物吹入闪速炉内，同时往闪速炉内添加CaO，煤粉和焦炭的混合物使炉渣中的铁还原出来，制得含铁的半钢合金，再将半钢合金输送到转炉或电炉内，冶炼成合格钢水，同时还得到矿热炉渣，该矿热炉渣可以作为水泥熟料送水泥厂生产优质水泥，所述原料的重量比为，熔渣：焦炭：煤粉：CaO=60-80：2-10：5-8：20-30。
优选的，在步骤S3中加入碳还原剂焙烧并部分烧结的烧结率≥30wt%，物料团聚为1.0-30mm的粒径。
优选的，所述焙烧的温度为770-1070℃，所加入的碳还原剂量为3-10wt%，焙烧时间0.5-2.0h，金属还原率≥10wt%。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述的一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法，通过对闪速熔炼工艺的改进即改变现有的氧化熔炼铜镍精矿为还原熔炼红土镍矿原矿，用于红土镍矿闪速还原熔炼生产镍铁，闪速还原熔炼时间短、速度快，还原时间在1分钟之内完成，生产效率高，节能环保；炉渣中的铁还原出来，制得含铁的半钢合金，再将半钢合金输送到转炉或电炉内，冶炼成合格钢水，同时还得到矿热炉渣，该矿热炉渣可以作为水泥熟料送水泥厂生产优质水泥，工艺简单，流程短，且能够冶炼回收合格的钢水和制造水泥，经济效益好且利于环保，经多级旋风干燥、预还原的热物料直接进入回转窑进行焙烧，一方面取到物料缓冲作用，可避免热物料直接入炉时的堵料问题；另一方面，通过回转窑的进一步预还原焙烧，可实现物料的团聚，避免粉状物料直接入炉引发的设备与操作安全；另外，物料经回转窑进一步预还原焙烧后入炉熔炼，可减少熔炼时间，有利于降低熔炼能耗和提高技术经济指标。
具体实施例
下面将结合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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
S1:备料，包括红土镍矿石干矿、还原剂无烟煤、调质剂石灰、燃料烟煤的制备；Ⅰ红土镍矿石通过破碎、磨矿、干燥三个分工序后，制取粒度小于0.1mm，通过多级悬浮干燥煅烧装置使物料在悬浮状态下进行干燥脱水，送干矿仓备用；Ⅱ还原剂无烟煤通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的还原剂无烟煤，将该还原剂无烟煤送还原煤仓备用；Ⅲ调质剂石灰通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的调质剂石灰，将该调质剂石灰送调质剂仓备用；Ⅳ燃料烟煤通过球磨机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的燃料烟煤，将该燃料烟煤送燃料烟煤仓备用；
S2:根据干红土镍矿的量，按比例配入还原剂无烟煤和调质剂石灰；按干红土镍矿量100％计算，计量配入还原剂无烟煤的量为干红土镍矿量的10％，计量配入调质剂石灰的量为干红土镍矿量的10％；
S3:按步骤二进行配料计量，然后连续喷入破碎、磨矿、干燥后的红土镍矿、还原剂无烟煤和调质剂石灰的混合料，将干燥脱水后的热物料先直接进入预还原装置，并加入碳还原剂焙烧并部分烧结，将燃料煤和空气喷入闪速还原炉中，保持闪速还原炉温度在1550℃；将烧结完成后的混合料投入闪速炉中，保持红土镍矿在闪速炉内的还原气氛条件下充分熔炼，红土镍矿在闪速炉中完成闪速还原熔炼后产生的熔体落在闪速炉底部；还原产生的烟气一氧化碳含量大于5％，氧气含量小于1％，闪速炉内有过量的还原煤存在，烟气在经余热锅炉回收余热和降至400℃后，回收到的一氧化碳用于红土镍矿干燥；
S4:在闪速炉底部末端，用电炉保温方法保持温度持续在1550℃，在此条件氛围下，将还原后的镍铁和熔渣进行分离；通过低位放镍铁口排放熔炼完成后的镍铁，将熔渣预留在闪速炉内。
S5:用压缩空气将煤粉和焦炭的混合物吹入闪速炉内，同时往闪速炉内添加CaO，煤粉和焦炭的混合物使炉渣中的铁还原出来，制得含铁的半钢合金，再将半钢合金输送到转炉或电炉内，冶炼成合格钢水，同时还得到矿热炉渣，该矿热炉渣可以作为水泥熟料送水泥厂生产优质水泥，所述原料的重量比为，熔渣：焦炭：煤粉：CaO=80：10：8：30，通过控制还原熔炼的还原条件既烟气一氧化碳含量，可以控制不同的镍铁含镍品位和镍回收率，镍铁含镍品位 25％，镍回收率 91％，所得的半钢含铁88%，含硫0.41%、含硅7%，产出的水泥熟料含SiO222％，CaO41%。
实施例2
S1:备料，包括红土镍矿石干矿、还原剂无烟煤、调质剂石灰、燃料烟煤的制备；Ⅰ红土镍矿石通过破碎、磨矿、干燥三个分工序后，制取粒度小于0.1mm，通过多级悬浮干燥煅烧装置使物料在悬浮状态下进行干燥脱水，送干矿仓备用；Ⅱ还原剂无烟煤通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的还原剂无烟煤，将该还原剂无烟煤送还原煤仓备用；Ⅲ调质剂石灰通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的调质剂石灰，将该调质剂石灰送调质剂仓备用；Ⅳ燃料烟煤通过球磨机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的燃料烟煤，将该燃料烟煤送燃料烟煤仓备用；
S2:根据干红土镍矿的量，按比例配入还原剂无烟煤和调质剂石灰；按干红土镍矿量100％计算，计量配入还原剂无烟煤的量为干红土镍矿量的1％，计量配入调质剂石灰的量为干红土镍矿量的1％；
S3:按步骤二进行配料计量，然后连续喷入破碎、磨矿、干燥后的红土镍矿、还原剂无烟煤和调质剂石灰的混合料，将干燥脱水后的热物料先直接进入预还原装置，并加入碳还原剂焙烧并部分烧结，将燃料煤和空气喷入闪速还原炉中，保持闪速还原炉温度在1450℃；将烧结完成后的混合料投入闪速炉中，保持红土镍矿在闪速炉内的还原气氛条件下充分熔炼，红土镍矿在闪速炉中完成闪速还原熔炼后产生的熔体落在闪速炉底部；还原产生的烟气一氧化碳含量大于5％，氧气含量小于1％，闪速炉内有过量的还原煤存在，烟气在经余热锅炉回收余热和降至300℃后，回收到的一氧化碳用于红土镍矿干燥；
S4:在闪速炉底部末端，用电炉保温方法保持温度持续在1450℃，在此条件氛围下，将还原后的镍铁和熔渣进行分离；通过低位放镍铁口排放熔炼完成后的镍铁，将熔渣预留在闪速炉内。
S5:用压缩空气将煤粉和焦炭的混合物吹入闪速炉内，同时往闪速炉内添加CaO，煤粉和焦炭的混合物使炉渣中的铁还原出来，制得含铁的半钢合金，再将半钢合金输送到转炉或电炉内，冶炼成合格钢水，同时还得到矿热炉渣，该矿热炉渣可以作为水泥熟料送水泥厂生产优质水泥，所述原料的重量比为，熔渣：焦炭：煤粉：CaO=60：10：5：20，可以控制不同的镍铁含镍品位和镍回收率，镍铁含镍品位 28％，镍回收率 94％，所得的半钢含铁84%，含硫0.41%、含硅5.2%，产出的水泥熟料含SiO225％，CaO45%。
实施例3
一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法，包括以下步骤：
S1:备料，包括红土镍矿石干矿、还原剂无烟煤、调质剂石灰、燃料烟煤的制备；Ⅰ红土镍矿石通过破碎、磨矿、干燥三个分工序后，制取粒度小于0.1mm，通过多级悬浮干燥煅烧装置使物料在悬浮状态下进行干燥脱水，送干矿仓备用；Ⅱ还原剂无烟煤通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的还原剂无烟煤，将该还原剂无烟煤送还原煤仓备用；Ⅲ调质剂石灰通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的调质剂石灰，将该调质剂石灰送调质剂仓备用；Ⅳ燃料烟煤通过球磨机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的燃料烟煤，将该燃料烟煤送燃料烟煤仓备用；
S2:根据干红土镍矿的量，按比例配入还原剂无烟煤和调质剂石灰；按干红土镍矿量100％计算，计量配入还原剂无烟煤的量为干红土镍矿量的30％，计量配入调质剂石灰的量为干红土镍矿量的20％；
S3:按步骤二进行配料计量，然后连续喷入破碎、磨矿、干燥后的红土镍矿、还原剂无烟煤和调质剂石灰的混合料，将干燥脱水后的热物料先直接进入预还原装置，并加入碳还原剂焙烧并部分烧结，烧结率≥30wt%，物料团聚为30mm的粒径，焙烧的温度为1070℃，所加入的碳还原剂量为10wt%，焙烧时间2.0h，金属还原率≥10wt%，将燃料煤和空气喷入闪速还原炉中，保持闪速还原炉温度在1550℃；将烧结完成后的混合料投入闪速炉中，保持红土镍矿在闪速炉内的还原气氛条件下充分熔炼，红土镍矿在闪速炉中完成闪速还原熔炼后产生的熔体落在闪速炉底部；还原产生的烟气一氧化碳含量大于5％，氧气含量小于1％，闪速炉内有过量的还原煤存在，烟气在经余热锅炉回收余热和降至400℃后，回收到的一氧化碳用于红土镍矿干燥；
S4:在闪速炉底部末端，用电炉保温方法保持温度持续在1550℃，在此条件氛围下，将还原后的镍铁和熔渣进行分离；通过低位放镍铁口排放熔炼完成后的镍铁，将熔渣预留在闪速炉内。
S5:用压缩空气将煤粉和焦炭的混合物吹入闪速炉内，同时往闪速炉内添加CaO，煤粉和焦炭的混合物使炉渣中的铁还原出来，制得含铁的半钢合金，再将半钢合金输送到转炉或电炉内，冶炼成合格钢水，同时还得到矿热炉渣，该矿热炉渣可以作为水泥熟料送水泥厂生产优质水泥，所述原料的重量比为，熔渣：焦炭：煤粉：CaO=70：7：7：25，可以控制不同的镍铁含镍品位和镍回收率，镍铁含镍品位 26％，镍回收率 96％，所得的半钢含铁90%，含硫0.72%、含硅8.2%，产出的水泥熟料含SiO229％，CaO52%。
虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (3)

1.一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:备料，包括红土镍矿石干矿、还原剂无烟煤、调质剂石灰、燃料烟煤的制备；Ⅰ红土镍矿石通过破碎、磨矿、干燥三个分工序后，制取粒度小于0.1mm，通过多级悬浮干燥煅烧装置使物料在悬浮状态下进行干燥脱水，送干矿仓备用；Ⅱ还原剂无烟煤通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的还原剂无烟煤，将该还原剂无烟煤送还原煤仓备用；Ⅲ调质剂石灰通过磨粉机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的调质剂石灰，将该调质剂石灰送调质剂仓备用；Ⅳ燃料烟煤通过球磨机磨细，获得粒度小于0.1mm，含水小于1％的燃料烟煤，将该燃料烟煤送燃料烟煤仓备用；
S2:根据干红土镍矿的量，按比例配入还原剂无烟煤和调质剂石灰；按干红土镍矿量100％计算，计量配入还原剂无烟煤的量为干红土镍矿量的1％～30％，计量配入调质剂石灰的量为干红土镍矿量的1％～20％；
S3:按步骤二进行配料计量，然后连续喷入破碎、磨矿、干燥后的红土镍矿、还原剂无烟煤和调质剂石灰的混合料，将干燥脱水后的热物料先直接进入预还原装置，并加入碳还原剂焙烧并部分烧结，将燃料煤和空气喷入闪速还原炉中，保持闪速还原炉温度在1450℃～1550℃；将烧结完成后的混合料投入闪速炉中，保持红土镍矿在闪速炉内的还原气氛条件下充分熔炼，红土镍矿在闪速炉中完成闪速还原熔炼后产生的熔体落在闪速炉底部；还原产生的烟气一氧化碳含量大于5％，氧气含量小于1％，闪速炉内有过量的还原煤存在，烟气在经余热锅炉回收余热和降至300℃～400℃后，回收到的一氧化碳用于红土镍矿干燥；
S4:在闪速炉底部末端，用电炉保温方法保持温度持续在1450℃～1550℃，在此条件氛围下，将还原后的镍铁和熔渣进行分离；通过低位放镍铁口排放熔炼完成后的镍铁，将熔渣预留在闪速炉内；
S5:用压缩空气将煤粉和焦炭的混合物吹入闪速炉内，同时往闪速炉内添加CaO，煤粉和焦炭的混合物使炉渣中的铁还原出来，制得含铁的半钢合金，再将半钢合金输送到转炉或电炉内，冶炼成合格钢水，同时还得到矿热炉渣，该矿热炉渣可以作为水泥熟料送水泥厂生产优质水泥，所述原料的重量比为，熔渣：焦炭：煤粉：CaO=60-80：2-10：5-8：20-30。
2.根据权利要求1所述的一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法，其特征在于：在步骤S3中加入碳还原剂焙烧并部分烧结的烧结率≥30wt%，物料团聚为1.0-30mm的粒径。
3.根据权利要求2所述的一种红土镍矿闪速炉还原熔炼生产镍铁的方法，其特征在于：所述焙烧的温度为770-1070℃，所加入的碳还原剂量为3-10wt%，焙烧时间0.5-2.0h，金属还原率≥10wt%。
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