CN111996391A - 一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼炉及冶炼方法 - Google Patents
一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼炉及冶炼方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼炉及冶炼方法，包括具有炉腔的炉体，所述炉体由下至上依次分为炉缸段、炉身段和炉顶段；所述炉缸段的底侧连通有电热前床，所述电热前床上设有排渣口和虹吸口，所述虹吸口内端所在位置低于排渣口内端所在位置，所述电热前床内腔的底面积为炉缸段内腔的底面积的1/2‑3/2；所述炉缸段的内底面朝电热前床所在方向倾斜，炉缸段的内底面与水平面的夹角为5‑20°。本发明中红土镍矿与添加剂、熔剂等进行配料后，可直接入冶炼炉熔炼，不需进行造球处理，简化了冶炼工艺。本发明的冶炼炉可对低品位的红土镍矿进行直接高效、低能耗的富氧熔炼生成具有经济价值的冰镍、镍锍等。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼炉及冶炼方法，属于有色金属综合回收技术领域。
背景技术
目前的红土镍矿大多为镍品位为0.8%~1.8%，铁品位为15~45%的低品位红土镍矿。红土镍矿开发利用工艺主要三大类，湿法浸出工艺、火法冶金工艺以及还原焙烧－磁选工艺。湿法浸出工艺包括还原焙烧一氨浸工艺、加压酸浸、常压酸浸和微生物浸出，这些方法均能对红土镍矿进行有效的处理，但仍有成本高、投资大、维护难等不可避免的缺点。
由于中国不锈钢行业的大量镍需求，目前市面上70%的镍均由火法冶炼工艺加工生产，火法冶炼工艺可根据其生成产品不同被分为还原熔炼镍铁与还原熔炼镍锍工艺，还原熔炼镍铁工艺能耗高、对原矿要求高，还原熔炼制备镍锍工艺则处理难度大。因此，寻求一种能解决能耗高的问题且行之有效的火法工艺，是目前急需解决的问题。
中国发明专利申请CN105463214A公布了一种采用低贫品味红土镍矿生产镍铁的方法，其采用一段还原、二段熔炼的技术处理低品位红土矿，生成镍铁产品。但其两段处理工艺流程长，熔炼生成镍铁合金需要温度高，造成了能源消耗量增大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼炉，以解决现有技术难以高效利用低品位红土镍矿的问题；本发明的目的之二在于提供一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼炉，包括具有炉腔的炉体，所述炉体由下至上依次分为炉缸段、炉身段和炉顶段；所述炉缸段的底部一侧连通有电热前床，所述电热前床上设有排渣口和虹吸口，所述虹吸口内端所在位置低于排渣口内端所在位置，所述电热前床内腔的底面积为炉缸段内腔的底面积的1/2-3/2；所述炉缸段的内底面朝电热前床所在方向倾斜，炉缸段的内底面与水平面的夹角为5-20°。
本发明的冶炼炉分为熔炼区与贫化区两部分，红土镍矿经熔炼区侧吹熔炼进入电热前床中，熔炼物料经电热前床贫化，沉降分层生成镍锍等，可成功解决低品位红土镍矿渣量大的问题。
电热前床采用电极加热，红土镍矿经炉腔内熔炼后，金属被熔融，转移至电热前床进行沉降分层，在电热前床中设置排渣口与虹吸口，分层后的渣相与金属分别从排渣口和虹吸口排出。这是由于红土镍矿中镍品位低，渣量大，常规炉腔体积小，物料在炉腔停留时间短，难以获得明显的冰镍层，而炉腔设置过大则造价高、工程复杂。为解决该问题，本发明将熔炼物料转移至电热前床中进行沉降，延长镍锍沉降时间以及增加前床中镍锍的量使之足够生成明显的镍锍层，从而达到渣锍分层的目的，使得低品位红土镍矿中渣相和有价金属相得以有效分离、富集。
炉缸段与电热前床连通，这样低品位红土镍矿进过侧吹炉熔炼，渣相与金属相共同进入电热前床澄清分层，该炉型的电热前床体积较大，电热前床的内腔底部的表面积为炉缸内腔底部的表面积的1/2-3/2，这样可以保证放置渣相较多，从而更易积累更多的金属液相，使渣相与金属相有明显分层，从而达到渣液分离的目的，低品位红土镍矿中有价金属的高效提取利用。
进一步地，所述电热前床内腔的底面积不小于5m2。
进一步地，所述电热前床内腔的底面积为8-12㎡。
进一步地，所述炉身段上设有第一加料口和第二加料口。一般的，第一加料口作为主加料口，第二加料口作为备用加料口。
进一步地，所述炉身段上设有由下至上依次分布的第一水套、第二水套和第三水套。
进一步地，所述冶炼炉还包括一次风管和二次风管，所述一次风管与第一水套对应的炉腔区段连通，所述二次风管与第三水套对应的炉腔区段连通。一般地，二次风管通入空气，一次风管通入天然气与富氧空气，二次风管目的是使炉中CO完全燃烧。
为了便于熔炼后的物料从炉缸段流向电热前床，进行分层，所述炉缸段内腔的底部朝向电热前床倾斜5°-20°，可以保证有一定的流速，但又不至于流的太快。
基于同一发明构思，本发明还提供一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼方法，包括如下步骤：
S1、将红土镍矿、还原剂、造锍剂、熔剂按100:5-20:5-30:5-30的质量比混合，获得混合料；
其中，所述红土镍矿中镍含量为0.5-3wt%；所述熔剂由石灰石与碳酸钠按1-5：1的质量比混合而成；
S2、将S1获得的混合料加入到如上所述的冶炼炉中，熔炼，通过排渣口将渣相排出，通过虹吸口将金属相引出；
其中，熔炼时，控制炉体内温度为1000-1400℃，优选为1000-1200℃。
进一步地，S1之前，还包括对红土镍矿进行干燥的步骤，优选为低温干燥，可选地，干燥后，红土镍矿中水含量低于30wt%，优选为低于20wt%。
进一步地，S1中，红土镍矿、还原剂、造锍剂、熔剂的质量比为100:5-15:10-25:8-20。
还原剂在该造硫熔炼过程中主要目的是供热以及促进镍氧化物与硫化剂的反应生成硫化镍的作用，用量过高则会导致镍氧化物的直接还原，过低则起不到促进反应的作用以及天然气的消耗量增加，因此还原剂的量控制为红土镍矿的5~15wt%。造硫剂用量在控制为红土镍矿的10~25wt%，可保证镍氧化物的完全硫化，并且不造成硫化剂的浪费。石灰石与碳酸钠主要与红土矿中的硅酸盐反应生成熔点低的碱式硅酸盐降低体系熔点，促进镍硫的流动沉积，并且促进赋存于硅酸盐中的镍释放硫化。
进一步地，S1中，所述还原剂为粉煤和/或焦炭；所述造锍剂选自黄铁矿、硫磺、含硫固废中的一种或几种，优选为黄铁矿。
进一步地，S2中，熔炼时，向炉缸段通入天然气和富氧空气。可选地，所述富氧空气中氧气浓度为20-50vol%。
可选地，所述熔剂由石灰石与碳酸钠按1-3：1的质量比混合而成。
熔炼时，随着物料的加入，及渣相、金属相的导出，炉缸段内的熔炼物料自动进入电热前床，电热前床对熔炼物料进行贫化，并分层，形成新的渣相、金属相。
熔炼过程中主要反应如下：
（1）氧化还原反应：
2NiO+FeS2+C=Ni2S+FeS+CO
Ni2S +FeS2=2NiS+FeS
CuO+FeS2+C=Cu2S+FeS+CO
Cu2S +FeS2=2CuS+FeS
2CO+O2=2CO2
（2）造渣反应
CaO+SiO2=CaO·SiO2
Na2O+SiO2=Na2O·SiO2
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1）本发明中红土镍矿与添加剂、熔剂等进行配料后，可直接入冶炼炉熔炼，不需进行造球处理，简化了冶炼工艺。
2）本发明的冶炼炉可对低品位的红土镍矿进行直接高效、低能耗的富氧熔炼生成具有经济价值的冰镍、镍锍等金属相，获得镍品味高于20wt%的金属相。
3）本发明的冶炼炉处理量大、熔炼速度快、有效解决渣量大的问题，可对低品位有色金属进行高效的处理。
4）相对于CN105463214A，本发明直接采用侧吹熔炼生成镍锍，有效降低了熔炼难度，减少了能耗，并且相比于常规侧吹炉处理红土镍矿，由于其品味低、渣量大，固液难以分层，造成镍的回收困难，本发明通过电热前床的配置，成功解决了固液分层的问题，产品镍锍中镍品味高、镍回收率高。
附图说明
图1为本发明的一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼方法的流程图。
图2为本发明的一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼炉的结构示意图（正视方向）。
图3为本发明的一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼炉的结构示意图（侧视方向）。
图中，1-炉基，2-炉缸段，3-一次风口，4-第一水套，5-第二水套，6-第三水套，7-1-第一加料口，7-2-第二加料口，8-炉顶水套，9-第五水套，10-第四水套，10-1-炉顶段，11-炉台水套，12-炉支撑架，13-二次风口，14-观察孔，15-围砖，17-1-排渣口，17-2-虹吸口，17-3-安全口，18-支撑杆，19-二次风管，20-一次风管，21.虹吸道，22-电极，23-电热前床，A-炉身段。
具体实施方式
以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域普通技术人员如何实施和再现本明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域普通技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域普通技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
实施例1
参见图2和图3，一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼炉，包括具有炉腔的炉体，所述炉体由下至上依次分为炉缸段2、炉身段A和炉顶段10-1；所述炉缸段2的底侧连通有电热前床23，所述电热前床23上设有排渣口17-1和虹吸口17-2，所述虹吸口17-2内端所在位置低于排渣口17-1内端所在位置，所述电热前床23内腔的底面积为炉缸段2内腔的底面积的1.3，电热前床23内设有用于加热的电极22；所述炉缸段2的内底面朝电热前床23所在方向倾斜，炉缸段2的内底面与水平面的夹角为5-20°。
所述电热前床23内腔的底面积为8-12 m2。
所述炉身段A上设有第一加料口7-1和第二加料口7-2。
所述炉身段A上设有由下至上依次分布的第一水套4、第二水套5和第三水套6。所述炉顶段10-1上由下至上依次设有第四水套10和第五水套9。
还包括一次风管20和二次风管19，所述一次风管20与第一水套4对应的炉腔区段连通，所述二次风管19与第三水套6对应的炉腔区段连通。一次风管20通过一次风口与相应炉腔区段连通。二次风管19通过二次风口13与相应炉腔区段连通。
一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼方法，包括如下步骤：
S1、将红土镍矿、还原剂、造锍剂、熔剂按100:10:20:8的质量比混合，获得混合料；
其中，所述红土镍矿中镍含量为0.75wt%；所述熔剂由石灰石与碳酸钠按1.5：1的质量比混合而成；
S2、将S1获得的混合料加入到如上所述的冶炼炉中，熔炼，通过排渣口17-1将渣相排出，通过虹吸口17-2将金属相引出；
其中，熔炼时，控制炉体内温度为1200℃。
S1中，所述还原剂为粉煤；所述造锍剂为黄铁矿。
S2中，熔炼时，向炉缸段A通入天然气和富氧空气，富氧气体中氧气浓度为30vol%。
获得的渣相中镍品味为0.14wt%，金属相中镍品味21.5wt%。
实施例2
重复实施例1，不同之处在于，本实施例中，红土镍矿中含Ni1.01wt%，红土镍矿、还原剂、造锍剂、熔剂的质量比为100:8:18:10，其中，还原剂为废活性炭，熔剂由碳酸钙与碳酸钠按质量比2:1混合而成，熔炼温度为1300℃，富氧气体中氧气浓度为32vol%。获得的渣相中镍品味为0.16wt%，金属相中镍品味22.4wt%。
实施例3
重复实施例1，不同之处在于，本实施例中，红土镍矿中含Ni1.34wt%，红土镍矿、还原剂、造锍剂、熔剂的质量比为100:10:20:14，其中，还原剂为焦炭，熔剂由碳酸钙与碳酸钠按质量比1:1混合而成，熔炼温度为1300℃。获得的渣相中镍品味为0.12wt%，金属相中镍品味19.5wt%。
实施例4
重复实施例1，不同之处在于，本实施例中，红土镍矿中含Ni0.89wt%，红土镍矿、还原剂、造锍剂、熔剂的质量比为100:15:15:15，其中，还原剂为废活性炭，熔剂由碳酸钙与碳酸钠按质量比3:1混合而成，富氧气体中氧气浓度为35vol%。获得的渣相中镍品味为0.08wt%，金属相中镍品味18.6wt%。
对比例1
采用常规的富氧侧吹炉对红土镍矿进行处理，红土镍矿中含Ni 0.87wt%，将红土镍矿、粉煤、黄铁矿按100:15:20的质量比混合后，加入到所述富氧侧吹炉中，通入氧气浓度为32vol%的富氧气体以及天然气进行熔炼，由于渣量过大，物料在炉腔内无法分层，冰镍不能正常排出。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (10)
1.一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼炉，包括具有炉腔的炉体，所述炉体由下至上依次分为炉缸段（2）、炉身段（A）和炉顶段（10-1）；其特征在于，所述炉缸段（2）的底部一侧连通有电热前床（23），所述电热前床（23）上设有排渣口（17-1）和虹吸口（17-2），所述虹吸口（17-2）内端所在位置低于排渣口（17-1）内端所在位置，所述电热前床（23）内腔的底面积为炉缸段（2）内腔的底面积的1/2-3/2；所述炉缸段（2）的内底面朝电热前床（23）所在方向倾斜，炉缸段（2）的内底面与水平面的夹角为5-20°。
2.根据权利要求1所述的冶炼炉，其特征在于，所述电热前床（23）内腔的底面积不小于5m2。
3.根据权利要求2所述的冶炼炉，其特征在于，所述电热前床（23）内腔的底面积为8-12㎡。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的冶炼炉，其特征在于，所述炉身段（A）上设有第一加料口（7-1）和第二加料口（7-2）。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的冶炼炉，其特征在于，所述炉身段（A）上设有由下至上依次分布的第一水套（4）、第二水套（5）和第三水套（6）。
6.根据权利要求5所述的冶炼炉，其特征在于，还包括一次风管（20）和二次风管（19），所述一次风管（20）与第一水套（4）对应的炉腔区段连通，所述二次风管（19）与第三水套（6）对应的炉腔区段连通。
7.一种用于从红土镍矿中提取有价金属的冶炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将红土镍矿、还原剂、造锍剂、熔剂按100:5-30:10-30:1-20的质量比混合，获得混合料；
其中，所述红土镍矿中镍含量为0.5-3wt%；所述熔剂由石灰石与碳酸钠按1-5：1的质量比混合而成；
S2、将S1获得的混合料加入到如权利要求1-6任一项所述的冶炼炉中，熔炼，通过排渣口（17-1）将渣相排出，通过虹吸口（17-2）将金属相引出；
其中，熔炼时，控制炉体内温度为1000-1400℃。
8.根据权利要求7所述的冶炼方法，其特征在于，S1中，红土镍矿、还原剂、造锍剂、熔剂的质量比为100:10-20:10-20:10-20。
9.根据权利要求7所述的冶炼方法，其特征在于，S1中，所述还原剂为粉煤和/或焦炭；所述造锍剂选自黄铁矿、硫磺、含硫固废中的一种或几种。
10.根据权利要求7所述的冶炼方法，其特征在于，S2中，熔炼时，向炉缸段（A）通入天然气和富氧空气。
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