CN112029992B - 一种促进镍渣还原的物料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种促进镍渣还原的物料及其制备方法，属于冶金、工业废渣资源化利用技术领域，其目的在于高效低成本的改善镍渣物相结构，达到强化还原的目的。所述方法为在镍渣中添加适量的复合氧化剂，控制气氛为弱氧化性条件，高温焙烧改善镍渣中含铁物相组成。所述复合氧化剂以质量百分数计，由45％‑85％固体氧化剂、8％‑30％辅助剂和7％‑25％强化剂组成。所述复合氧化剂组分分配合理、生产工艺简单、使用方便，具有均衡氧化镍渣含铁物相，改善镍渣物相组成及微观结构的作用。复合氧化剂与低浓度含氧气体配合，避免了直接使用高浓度含氧气体氧化镍渣过程产生的高温板结现象；该工艺避免了镍渣中铁以铁橄榄石存在难以直接还原的窘境，实现了镍渣的资源化利用。

Description

一种促进镍渣还原的物料及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金、工业废渣资源化利用技术领域，具体涉及一种促进镍渣还原的物料及其制备方法。

背景技术

镍渣是闪速炉或富氧顶吹炉冶炼镍过程中排出的废渣，含有铁、铬、镍等有价金属且铁品位较高，是重要的含铁二次资源。目前，由于缺乏高效处理技术，镍渣大量堆存占用土地，污染环境，因此，开展对镍冶炼渣资源化利用技术研究具有重要的经济价值和环保效益。直接还原-磁选工艺是近年发展起来的一种有效处理复杂铁矿资源的技术，但由于镍渣中铁以铁橄榄石的形式存在，还原难度较大，若采用煤基还原的方式难以获得较好的还原效果。因此，如何改善镍渣中铁橄榄石的高温还原过程，促进金属铁的形成是提高直接还原-磁选工艺中铁回收率的关键因素。预氧化技术是含铁炉渣高温物相重构的重要方式，能够有效提高铁橄榄石相的还原效果。如东北大学学报发表的预氧化对钒钛磁铁矿球团矿相及内部结构的影响和钢铁钒钛发表的预氧化对岩矿型钛铁矿还原行为的作用机理研究，提出了在空气中高温氧化钒钛磁铁矿球团和钛铁矿；然而，直接空气预氧化技术易造成炉渣高温板结，影响含铁炉渣后续资源化利用，特别是对于高硅体系炉渣，影响程度更大。因此，针对SiO₂含量大于22％的镍渣，开发一种新的促进镍渣还原的预氧化方法具有积极的意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种促进镍渣还原的物料及其制备方法，本发明能够改善镍渣的还原，解决镍渣直接还原过程中铁橄榄石难还原的问题，进而提高镍渣中铁的回收率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种促进镍渣还原的物料，其原料包括：镍渣和复合氧化剂，复合氧化剂的含量为镍渣质量的0.25％-3％；以质量百分数计，复合氧化剂中包含45％-85％的固体氧化剂、8％-30％的辅助剂和7％-25％的强化剂，所述固体氧化剂为氯酸钾、高锰酸钾和氯酸钠中的一种或几种的混合物，所述强化剂采用碳酸氢锂，辅助剂采用氢氧化钙、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或几种的混合物。

优选的，所述镍渣中SiO₂质量含量不低于22％，硅铁质量比为0.84-1.32。

本发明所述促进镍渣还原的物料的制备方法，包括如下过程：

将本发明上述促进镍渣还原的物料混合造球，再进行高温焙烧，高温焙烧时，温度为420-570℃，气氛为弱氧化性气氛。

优选的，弱氧化性气氛中氧的体积含量为3％-12％。

优选的，造球的粒度为3-8mm。

优选的，将镍渣破碎，使粒径≤0.074mm的颗粒质量占至少85％，再用于混合造球。

优选的，焙烧时间为20～60min。

本发明具有如下有益效果：

本发明促进镍渣还原的物料中含有复合氧化剂，其中的固体氧化剂能够分解释放氧气，从原料内部直接氧化，使原料内部出现大量孔隙，降低传质阻力，改善因氧气扩散受阻造成原料内部氧化效果不佳的问题，进一步有效促进镍渣中二价铁向三价转化，解决了镍渣中铁以铁橄榄石存在难以在后期直接还原的问题。此外辅助剂采用氢氧化钙和/或氢氧化钠，其中的钙离子或者钠离子能够弱化硅离子对二价铁离子的束缚，降低FeO氧化难度；强化剂能够高温下分解释放二氧化碳，达到强化氧化的作用。综上，本发明所述物料能够改善镍渣的还原，解决镍渣直接还原过程中铁橄榄石难还原的问题，进而提高镍渣中铁的回收率。

本发明促进镍渣还原的物料在制备时先进行混合造球，然后对造球颗粒进行焙烧，在焙烧时，420-570℃能够使固体氧化剂分解释放氧气，从而使得颗粒内部直接发生氧化，使颗粒内部出现大量孔隙，破坏了镍渣原有的紧密结构，以降低颗粒内部的传质阻力，改善因氧气扩散受阻造成样品内部氧化效果不佳以及在后期还原过程中还原气体在颗粒内部的扩散问题，有效地促进了二价铁向三价转化，解决了铁橄榄石难还原的问题；在420-570℃下焙烧，还有利于强化剂分解释放二氧化碳，达到强化氧化的作用，以及辅助剂中的钙离子或者钠离子能够弱化硅离子对二价铁离子的束缚，降低FeO氧化难度。气氛为弱氧化性气氛，既避免了在上述温度下焙烧时氧化速率过快造成的板结问题，也实现了烧结烟气热能的有效利用。

进一步的，造球的粒度为3-8mm，保证与烧结圆筒制粒物料粒径相近，有利于布料均匀性，降低粒度偏析。

进一步的，将镍渣破碎，使粒径≤0.074mm的颗粒质量占至少85％，再用于混合造球，保证造球后获得的生球质量满足工艺控制要求。

具体实施方式

下面结合实施例来对本发明作进一步的说明。

本发明针对镍冶炼渣中铁主要以铁橄榄石存在，还原难度大的问题，根据还原过程中的物相转变及还原动力学原理，设计一种促进镍渣还原的物料及其制备方法。本发明的机理简述如下：

由于镍渣中铁橄榄石含量较高，在高温直接还原过程中易产生板结现象，阻碍了还原气体的扩散。本发明利用固体氧化剂能够在较低温度下分解释放氧气，从颗粒样品内部直接发生氧化，使颗粒内部出现大量孔隙，降低还原过程中气体在颗粒内部的传质阻力，改善因氧气扩散受阻造成样品内部氧化效果不佳的问题；选用氧含量较低的氧化性气体，既避免了高温下氧化速率过快造成的板结问题，也实现了烧结烟气热能的有效利用。辅助剂中的钙离子或者钠离子能够弱化硅离子对二价铁离子的束缚，降低FeO氧化难度；中的碳酸盐高温下分解释放二氧化碳，达到强化氧化的作用。

本发明促进镍渣还原的物料在制备时，通过在镍渣中配加复合氧化剂在氧化性气氛下进行焙烧，有效地促进了二价铁向三价转化，解决了铁橄榄石难还原的问题；同时，破坏了镍渣原有的紧密结构，降低还原过程中气体在颗粒内部的传质阻力，改善还原动力学条件，有利于后续还原分离回收，提高了铁的收率和品位，具有环保、经济及社会效益。

基于上述原理，本发明的实施方案如下：

本发明促进镍渣还原的物料的制备方法如下：

将镍渣碎至≤0.074mm占85％，在镍渣中配加复合氧化剂，配加量为镍渣质量的0.25％-3％，混匀后，通过圆盘造球机制粒，成粒度为3-8mm的小球，将小球烘干。选择低浓度氧化性气氛(弱氧化性气氛中氧体积含量为3％-12％)进行高温焙烧，改善镍渣物相结构，达到强化还原的目的，焙烧温度控制为420-570℃。复合氧化剂中，按质量百分比计，包括45％-85％的固体氧化剂、8％-30％的辅助剂和7％-25％的强化剂；所述固体氧化剂为氯酸钾、高锰酸钾和氯酸钠中的一种或几种的混合物，辅助剂为氢氧化钙、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或两种的混合，强化剂为碳酸氢锂。

本发明复合氧化剂组分分配合理、生产工艺简单、使用方便，具有均衡氧化镍渣含铁物相，改善镍渣物相组成及微观结构的作用。复合氧化剂与低浓度含氧气体配合，避免了直接使用高浓度含氧气体氧化镍渣过程产生的高温板结现象；该工艺避免了镍渣中铁以铁橄榄石存在难以直接还原的窘境，实现了镍渣的资源化利用。

以下结合实施例及对比例对本发明作进一步说明，所使用的镍冶炼渣主要化学成分(以质量分数计)如下表1所示；

表1

对比例

将镍渣破碎，使粒径≤0.074mm的颗粒质量占至少85％，通过圆盘造球机制粒，成粒度为3-8mm的小球，将小球烘干。然后在氧质量含量为8％的气氛，预氧化温度为450℃下对小球进行氧化焙烧，时间为30分钟，焙烧得到的样品在1200℃下还原30min，冷却。取样分析其全铁和金属铁含量，计算还原产品的金属化率为75.3％。

实施例1

将镍渣破碎，使粒径≤0.074mm的颗粒质量占至少85％，按质量比0.25％将复合氧化剂配入镍渣原料，充分混合并通过圆盘造球机制粒，成粒度为3-8mm的小球，将小球烘干。复合氧化剂中，固体氧化剂采用氯酸钾，辅助剂采用氢氧化钙，强化剂采用碳酸氢锂，以质量百分数计，固体氧化剂含量为45％，辅助剂含量为8％，强化剂含量为7％。然后在氧体积含量为8％的气氛，预氧化温度为450℃下对压块后的原料进行氧化焙烧，时间为40min，焙烧得到的样品在1200℃下还原30min，冷却。取样分析其全铁和金属铁含量，计算还原产品的金属化率为80.6％。

实施例2

将镍渣破碎，使粒径≤0.074mm的颗粒质量占至少85％，按质量比0.75％将复合氧化剂配入镍渣原料，充分混合并通过圆盘造球机制粒，成粒度为3-8mm的小球，将小球烘干。复合氧化剂中，固体氧化剂采用高锰酸钾，辅助剂采用氢氧化钠，强化剂采用碳酸氢锂，以质量百分数计，固体氧化剂含量为65％，辅助剂含量为15％，强化剂含量为13％。然后在氧体积含量为8％的气氛，预氧化温度为420℃下对压块后的原料进行氧化焙烧，时间为60min，焙烧得到的样品在1200℃下还原30min，冷却。取样分析其全铁和金属铁含量，计算还原产品的金属化率为85.6％。

实施例3

将镍渣破碎，使粒径≤0.074mm的颗粒质量占至少85％，按质量比1.5％将复合氧化剂配入镍渣原料，充分混合并通过圆盘造球机制粒，成粒度为3-8mm的小球，将小球烘干。复合氧化剂中，固体氧化剂采用高锰酸钾和氯酸钠两种混合(高锰酸钾70wt％,氯酸钠30wt％)，辅助剂采用氢氧化钾，强化剂采用碳酸氢锂，以质量百分数计，固体氧化剂含量为75％，辅助剂含量为20％，强化剂含量为17％。然后在氧体积含量为8％的气氛，预氧化温度为500℃下对压块后的原料进行氧化焙烧，时间为50min，焙烧得到的样品在1200℃下还原30min，冷却。取样分析其全铁和金属铁含量，计算还原产品的金属化率为88.2％。

实施例4

将镍渣破碎，使粒径≤0.074mm的颗粒质量占至少85％，按质量比2.5％将复合氧化剂配入镍渣原料，充分混合并通过圆盘造球机制粒，成粒度为3-8mm的小球，将小球烘干。复合氧化剂中，固体氧化剂采用高锰酸钾和氯酸钾两种混合(高锰酸钾65wt％,氯酸钾35wt％)，辅助剂采用氢氧化钠和氢氧化钾两种混合(氢氧化钠55wt％,氢氧化钾45wt％)，强化剂采用碳酸氢锂，以质量百分数计，固体氧化剂含量为80％，辅助剂含量为25％，强化剂含量为20％。然后在氧体积含量为8％的气氛，预氧化温度为500℃下对压块后的原料进行氧化焙烧，时间为30min，焙烧得到的样品在1200℃下还原30min，冷却。取样分析其全铁和金属铁含量，计算还原产品的金属化率为89.7％。

实施例5

将镍渣破碎，使粒径≤0.074mm的颗粒质量占至少85％，按质量比3％将复合氧化剂配入镍渣原料，充分混合并通过圆盘造球机制粒，成粒度为3-8mm的小球，将小球烘干。复合氧化剂中，固体氧化剂采用氯酸钾和氯酸钾两种混合(高锰酸钾55wt％,氯酸钾45wt％)，辅助剂采用氢氧化钠和氢氧化钙两种混合(氢氧化钠55wt％,氢氧化钙45wt％)，强化剂采用碳酸氢锂，以质量百分数计，固体氧化剂含量为85％，辅助剂含量为30％，强化剂含量为25％。然后在氧体积含量为8％的气氛，预氧化温度为570℃下对压块后的原料进行氧化焙烧，时间为20min，焙烧得到的样品在1200℃下还原30min，冷却。取样分析其全铁和金属铁含量，计算还原产品的金属化率为92.8％。

从上述可以看出，本发明操作简单，所述添加剂组分分配合理、生产工艺简单、使用方便，具有强化镍渣还还原，改善还原动力学条件的作用。复合氧化剂与低浓度含氧气体配合，避免了直接使用高浓度含氧气体氧化镍渣过程产生的高温板结现象；该工艺避免了镍渣中铁以铁橄榄石存在难以直接还原的窘境，实现了镍渣的资源化利用。本发明对高效合理利用二次资源起到重要的指导作用，对促进冶炼工艺的可持续发展具有十分重要的指导意义。

Claims (3)

1.一种促进镍渣还原的物料，其特征在于，其原料包括：镍渣和复合氧化剂，复合氧化剂的含量为镍渣质量的0.25%-3%；以质量百分数计，复合氧化剂中包含45%-85%的固体氧化剂、8%-30%的辅助剂和7%-25%的强化剂，所述固体氧化剂为氯酸钾、高锰酸钾和氯酸钠中的一种或几种的混合物，所述强化剂采用碳酸氢锂，辅助剂采用氢氧化钙、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或几种的混合物；

所述促进镍渣还原的物料的制备过程包括：

将所述促进镍渣还原的原料混合造球，再进行高温焙烧，高温焙烧时，温度为420-570℃，气氛为弱氧化性气氛；

弱氧化性气氛中氧的体积含量为3%-12%；

造球的粒度为3-8mm；

将镍渣破碎，使粒径≤0.074mm的颗粒质量占至少85%，再用于混合造球；

焙烧时间为20~60min。

2.根据权利要求1所述的一种促进镍渣还原的物料，其特征在于，所述镍渣中SiO₂质量含量不低于22%，硅铁质量比为0.84-1.32。

3.权利要求1-2任意一项所述促进镍渣还原的物料的制备方法，其特征在于，包括如下过程：

将所述促进镍渣还原的原料混合造球，再进行高温焙烧，高温焙烧时，温度为420-570℃，气氛为弱氧化性气氛；

弱氧化性气氛中氧的体积含量为3%-12%；

造球的粒度为3-8mm；

将镍渣破碎，使粒径≤0.074mm的颗粒质量占至少85%，再用于混合造球；

焙烧时间为20~60min。