CN111635997B - 氢气直接还原熔炼红土镍矿冶炼镍铁合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢气直接还原熔炼红土镍矿冶炼镍铁合金的方法:S1:将所述红土镍矿和助熔剂、水进行混合,得到原料混合物;S2:将所述原料混合物进行制粒,得到粒径小于1cm的球团;S3:对所述球团进行干燥;S4:将干燥后的球团加入电弧炉中,通入氢气进行还原熔炼处理,得到镍铁合金熔体,冷却后即为镍铁合金。本发明的方法无需红土镍矿预还原焙烧步骤,直接进行液相还原熔炼即可得到高镍含量的镍铁合金,简化了处理工艺,降低处理过程能耗;采用氢气进行还原熔炼,生成物水蒸气直接挥发,获得的镍铁合金镍品位较高,镍品位达到18.86%以上。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域,尤其涉及一种氢气直接还原熔炼红土镍矿冶炼镍铁合金的方法。
背景技术
近年来,我国不锈钢产量快速增长,对镍的需求量大幅增加。长期以来,全球镍资源供应60%来源于硫化镍矿,但随着镍需求量持续增长及硫化镍资源的逐渐枯竭,占镍资源储量70%的红土镍矿已成为重要的镍开发资源。以红土镍矿为原料冶炼镍铁合金,用于不锈钢制造,其成本明显低于使用电解镍,大幅度降低不锈钢生产成本,是保障不锈钢工业可持续发展的有效途径之一。
火法冶炼工艺是成熟的红土镍矿处理工艺,传统的火法工艺需要将红土镍矿在约1000℃温度下进行预还原焙烧,预还原产品通过电炉熔炼得到镍铁,但熔炼温度一般在1600℃以上。因此,传统的预还原—电炉熔炼工艺能耗较高,也要求红土镍矿具有较高的镍品位才能获得良好的经济效益。此外,传统的火法冶炼工艺主要以煤炭为还原剂,无法避免地产生大量二氧化碳排放,当前严格的环保管控形势进一步限制了传统火法冶炼工艺的发展。
中国专利CN201510718540.8公开了一种硅镁型红土镍矿的处理方法,先将红土镍矿、助溶剂和还原剂混合,进行预还原焙烧,然后将预还原产品进行高温熔分处理,熔分过程中加入Fe2O3和造渣剂,得到镍含量较高的镍铁合金。但该处理工艺过程复杂,需分别经过传统的预还原焙烧及熔炼两段高温过程,能耗高,并且以煤炭为还原剂,存在大量二氧化碳排放的问题。高金涛在《北京科技大学学报》发表的论文“红土镍矿富集镍和铁的焙烧、氢气还原和磁选分离”(高金涛,张颜庭,陈培钰,等.红土镍矿富集镍和铁的焙烧、氢气还原和磁选分离.北京科技大学学报.2013,35(10):1289-1296.)中,公开了一种红土镍矿富集镍铁的方法,将红土镍矿与碳酸钠混合,在1000℃下进行焙烧,焙烧产物在H2气氛、500-1100℃条件下进行还原焙烧,获得的产物为镍铁、磁性铁氧化物以及部分夹带的脉石矿物的混合物,需要经过磁选分离才能得到粉状镍铁,该方法采用了两段焙烧,且粉状镍铁产品为镍铁与磁性铁氧化物混合物,镍品位较低,仅为3%左右,且工艺流程复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服以上背景技术中提到的不足和缺陷,提供一种氢气直接还原熔炼红土镍矿冶炼镍铁合金的方法。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种氢气直接还原熔炼红土镍矿冶炼镍铁合金的方法,包括以下步骤:
S1:将所述红土镍矿和助熔剂、水进行混合,得到原料混合物;
S2:将所述原料混合物进行制粒,得到粒径小于1cm的球团;
S3:对所述球团进行干燥;
S4:将干燥后的球团加入电弧炉中,通入氢气进行还原熔炼处理,得到镍铁合金熔体,冷却后即为镍铁合金。
上述的方法,优选的,S4中,还原熔炼处理的温度为1400-1650℃,还原熔炼处理时间为40-60min。
上述的方法,优选的,S4中,氢气的通入量为标准大气压下每吨红土镍矿通入200-400m3氢气。
上述的方法,优选的,S3中,干燥的温度为80-120℃,干燥时间为30-60min。
上述的方法,优选的,S4中,还原熔炼排出的尾气返回S3中用于对球团的干燥。
上述的方法,优选的,S1中,助熔剂包括石灰石、生石灰、熟石灰中的一种或多种,红土镍矿、助熔剂和水的质量比为(75-90):(5-15):(5-10)。
上述的方法,优选的,将S4获得的镍铁合金熔体由流槽排至粒化室内,并向由流槽流下的镍铁熔体喷射高压氮气,使其在下降过程中分散成细小的液滴并冷却凝结,形成镍铁合金颗粒并沉降于粒化室底部,得到粒化镍铁合金。
上述的方法,优选的,所述高压氮气的压力为0.2-2MPa。
本发明采用氢气还原熔炼红土镍矿过程,镍氧化物还原机理:
NiO+H2(g)=Ni+H2O(g);
铁氧化物分步还原机理:
3Fe2O3+H2(g)=2Fe3O4+H2O(g);
Fe3O4+H2(g)=3FeO+H2O(g);
FeO+H2(g)=Fe+H2O(g);
还原熔炼过程中,镍、铁形成合金熔体,而其它氧化物,如SiO2、MgO、未还原的FeO等形成熔渣,通过熔渣与金属熔体的分离直接获得镍铁合金。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明的方法无需红土镍矿预还原焙烧步骤,直接进行液相还原熔炼即可得到高镍含量的镍铁合金,简化了处理工艺,降低处理过程能耗;
(2)本发明采用氢气进行还原熔炼,生成物水蒸气直接挥发,获得的镍铁合金镍品位较高,镍品位达到18.86%以上,且获得的镍铁合金不含碳杂质,纯度高;
(3)本发明利用还原熔炼产生的尾气(主要是水蒸汽)对球团进行干燥,余热充分利用,进一步降低能耗;
(4)本发明使用氢气作为还原熔炼的还原剂,处理过程中不产生二氧化碳排放,无任何废水排放,更加清洁环保;
(5)本发明采用高压氮气对镍铁熔体进行冷却粒化获得粒化镍铁合金,为其他工艺创造条件,如可以更好地为从镍铁合金中萃取提取金属镍创造条件,代替熔体萃取前的破碎工序,简化了工艺,降低了能耗。
附图说明
图1是本发明实施例1中氢气直接还原熔炼红土镍矿冶炼镍铁合金的工艺流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述,但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义,下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的,并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明,本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1:
一种本发明的氢气直接还原熔炼红土镍矿冶炼镍铁合金的方法,工艺流程如图1所示,包括以下步骤:
S1:取含镍1.72%、含铁18.38%的红土镍矿,添加助熔剂(质量比为1:1的石灰石和生石灰)在转速为17r/min的混合机中混合3min,然后加入水,继续混合5min得到混合物,其中,红土镍矿、助熔剂和水的质量比为75:15:10。
S2:将混合物放入对辊压团机料盒中,在60MPa的压力下压制成球团,该球团的落下强度95%、抗压强度143N/个、热爆裂指数0.60%。
S3:在球团干燥系统中,利用还原熔炼热尾气对球团进行干燥处理,干燥温度105℃、干燥时间30min。
S4:将干燥的球团输送至熔炼炉,通入氢气进行还原熔炼,熔炼炉温度范围为1550℃,通入氢气量为标准大气压下200m3/(吨红土镍矿),总熔炼时间为45min,获得镍铁合金,其中,镍品位为19.32%、镍回收率96.12%,铁品位为76.25%、铁回收率55.10%;还原熔炼过程中产生的尾气返回S3中用于对球团的干燥。
实施例2:
一种本发明的氢气直接还原熔炼红土镍矿冶炼镍铁合金的方法,包括以下步骤:
S1:取含镍1.81%、含铁17.69%的红土镍矿,添加助熔剂(质量比为40:60的石灰石和生石灰)在转速为17r/min的混合机中混合3min,然后加入水,继续混合5min,得到混合物,其中,红土镍矿、助溶剂和水的质量比为80:10:10。
S2:将混合物放入对辊压团机料盒中,在60MPa的压力下压制成球团,该球团的落下强度92%、抗压强度135N/个、热爆裂指数0.40%。
S3:在球团干燥系统中,利用还原熔炼热尾气对球团进行干燥处理,干燥温度108℃、干燥时间36min。
S4:将干燥的球团输送至熔炼炉,通入氢气进行还原熔炼,熔炼炉温度范围为1570℃,通入氢气量为标准大气压下250m3/(吨红土镍矿),总熔炼时间为50min,获得镍铁合金,其中,镍品位为19.32%、镍回收率96.12%,铁品位为76.25%、铁回收率55.10%;还原熔炼过程中产生的尾气返回S3中用于对球团的干燥。
实施例3:
一种本发明的氢气直接还原熔炼红土镍矿冶炼镍铁合金的方法,包括以下步骤:
S1:取含镍1.79%、含铁18.18%的红土镍矿,添加助熔剂(35wt%的石灰石和65wt%的生石灰)在转速为17r/min的混合机中混合5min,然后加入水,继续混合5min得到混合物;其中,红土镍矿、助熔剂和水的质量比为80:12:8。
S2:将混合物放入对辊压团机料盒中,在60MPa的压力下压制成团块。该球团的落下强度94%、抗压强度140N/个、热爆裂指数0.50%。
S3:在球团干燥系统中,利用还原熔炼热尾气对球团进行干燥处理,干燥温度100℃、干燥时间40min。
S4:将干燥的球团输送至熔炼炉,通入氢气进行还原熔炼,熔炼炉温度范围为1550℃,通入氢气量为标准大气压下300m3/(吨红土镍矿),总熔炼时间为55min,获得镍铁合金熔体,还原熔炼过程中产生的尾气返回S3中用于对球团的干燥。
S5:将镍铁合金熔体由流槽排至粒化室内,并向由流槽流下的镍铁熔体喷射高压氮气(高压氮气的压力为0.5MPa),使其在下降过程中分散成细小的液滴并冷却凝结,形成镍铁合金颗粒并沉降于粒化室底部,得到粒化镍铁合金,其中,镍品位为19.68%、镍回收率96.38%,铁品位为76.03%、铁回收率54.37%。
实施例4:
一种本发明的氢气直接还原熔炼红土镍矿冶炼镍铁合金的方法,包括以下步骤:
S1:取含镍1.86%、含铁17.97%的红土镍矿,添加助熔剂(60wt%的石灰石和40wt%的生石灰)在转速为17r/min的混合机中混合5min,然后加入水,继续混合5min得到混合物;其中,红土镍矿、助溶剂和水的质量比为82:8:10。
S2:将混合物放入对辊压团机料盒中,在60MPa的压力下压制成团块,该球团的落下强度93%、抗压强度136N/个、热爆裂指数0.40%。
S3:在球团干燥系统中,利用还原熔炼热尾气对球团进行干燥处理,干燥温度100℃、干燥时间50min。
S4:将干燥的球团输送至熔炼炉,通入氢气进行还原熔炼,熔炼炉温度范围为1500-1600℃,通入氢气量为标准大气压下300m3/(吨红土镍矿),总熔炼时间为60min,获得镍铁合金熔体;还原熔炼过程中产生的尾气返回S3中用于对球团的干燥。
S5:将镍铁合金熔体由流槽排至粒化室内,并向由流槽流下的镍铁熔体喷射高压氮气(高压氮气的压力为0.5MPa),使其在下降过程中分散成细小的液滴并冷却凝结,形成镍铁合金颗粒并沉降于粒化室底部,得到粒化镍铁合金,其中,镍品位为19.14%、镍回收率97.02%,铁品位为76.58%、铁回收率53.44%。
Claims (6)
1.一种氢气直接还原熔炼红土镍矿冶炼镍铁合金的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:将所述红土镍矿和助熔剂、水进行混合,得到原料混合物;
S2:将所述原料混合物进行制粒,得到粒径小于1cm的球团;
S3:对所述球团进行干燥;
S4:将干燥后的球团加入电弧炉中,通入氢气进行还原熔炼处理,得到镍铁合金熔体,冷却后即为镍铁合金,其中,还原熔炼处理的温度为1400-1650℃,还原熔炼处理时间为40-60min,氢气的通入量为标准大气压下每吨红土镍矿通入200-400m3氢气。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,S3中,干燥的温度为80-120℃,干燥时间为30-60min。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,S4中,还原熔炼排出的尾气返回S3中用于对球团的干燥。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,S1中,助熔剂包括石灰石、生石灰、熟石灰中的一种或多种,红土镍矿、助熔剂和水的质量比为(75-90):(5-15):(5-10)。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法,其特征在于,将S4获得的镍铁合金熔体由流槽排至粒化室内,并向由流槽流下的镍铁熔体喷射高压氮气,使其在下降过程中分散成细小的液滴并冷却凝结,形成镍铁合金颗粒并沉降于粒化室底部,得到粒化镍铁合金。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述高压氮气的压力为0.2-2MPa。
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