CN112210634B - 一种利用低品位镍钼矿制备镍钼铁合金的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用低品位镍钼矿制备镍钼铁合金的方法及装置，属于镍钼矿冶炼工艺，用于解决低品位镍钼矿利用率不高的问题，所述方法包括以下步骤：步骤1：将镍钼矿预处理，制备成颗粒大小为5‑20mm的球团或矿块，用作待熔炼混合物；步骤2：将所述待熔炼混合物放入真空炉内还原、熔炼，炉内温度1400‑1700℃，压力1‑500Pa；步骤3：熔炼完成后得到镍钼铁合金液和挥发物；步骤4：所述挥发物在温度1000‑1100℃和真空的条件下进行除去粉尘处理后，回收挥发物中的硫磺和硫化物；步骤5：所述镍钼铁合金液浇铸成合金块。本发明提供的技术方案能够高效地以镍钼铁合金的方式回收镍、钼、铁等金属，并以硫磺的形式回收硫元素，减少SO₂的排放量。

Description

一种利用低品位镍钼矿制备镍钼铁合金的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种镍钼矿冶炼工艺，尤其涉及一种利用低品位镍钼矿制备镍钼铁合金的方法及装置。

背景技术

在目前优质镍钼资源不断消耗、国家对镍钼需求不断增大的情况下，此种镍钼资源的开发意义重大。

现有镍钼矿的冶炼方法可分为焙烧处理和湿法处理。焙烧处理工艺：镍钼矿先经过氧化焙烧，然后再采用矿热炉还原熔炼方式生产镍钼铁合金，但得到的产品为高杂质镍钼铁合金(Mo6％～16％、Ni4％～8％、Fe48～58％、P5％～7％、Si2％～4％)，该工艺钼和镍的回收率均在80％左右。镍钼矿经过氧化焙烧后也可再采用湿法浸出的工艺处理，将焙烧后的镍钼矿采用水或者碱浸出，提取出其中的钼，使镍进入渣中，然后再将渣中的镍提出。虽然钼的浸出率很高，但是提取钼后含镍渣往往难溶于盐酸、硝酸、硫酸，利用难度较大。镍钼矿氧化焙烧过程中释放的大量SO₂烟气，治理成本高。湿法处理工艺：在酸性介质或者碱性介质中通过加入氧化剂的方式使镍钼矿中的钼以钼氧离子形态进入溶液，Ni、Fe等金属进入溶液或渣中，然后再进一步分离Fe、Ni等，可用来冶炼镍铁或者进一步浸出纯化。湿法浸出过程试剂消耗量大，分离净化困难，选择性较差，元素收得率较低。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种利用低品位镍钼矿制备镍钼铁合金的方法及装置，能够高效地以镍钼铁合金的方式回收镍、钼、铁等金属，并以硫磺的形式回收硫元素，减少SO₂的排放量。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明实施例提供了一种利用低品位镍钼矿制备镍钼铁合金的方法，包括：

步骤1：将镍钼矿预处理，制备成颗粒大小为5-20mm的球团或矿块，用作待熔炼混合物；

步骤2：将所述待熔炼混合物放入真空炉内还原、熔炼，炉内温度1400-1700℃，压力1-500Pa；

步骤3：熔炼完成后得到镍钼铁合金液和挥发物；

步骤4：所述挥发物在温度1000-1100℃和真空的条件下进行除去粉尘处理后，回收挥发物中的硫磺和硫化物；

步骤5：所述镍钼铁合金液浇铸成合金块。

进一步地，所述步骤4中，在温度120-260℃，压力1-500Pa条件下回收挥发物中的硫磺和硫化物。

进一步地，所述步骤1包括：

步骤11：将镍钼矿、还原剂、粘结剂均匀混合，各种物料的平均粒度细于100目；

步骤12：将混合均匀的镍钼矿、还原剂、粘结剂通过圆盘造球机或者压球机制备成直径为5-20mm的球团或颗粒大小为5-20mm的矿块；

步骤13：将球团或矿块放入干燥设备中干燥，控制温度100-400℃，水含量≤3％。

进一步地，所述步骤4中，在所述除去挥发物中的粉尘之后，所述方法还包括：

将所述粉尘与镍钼矿、还原剂、粘结剂均匀混合进行循环利用。

进一步地，所述步骤11中，还原剂为碳质材料，所述碳质材料包括焦粉、活性炭粉、无烟煤、烟煤中的至少一种；还原剂的加入量为镍钼矿质量的0-20％。

进一步地，所述粉尘和炉渣混合制备建材。

进一步地，所述步骤11中，粘结剂包括：无机粘结剂和/或有机粘结剂；

粘结剂的加入量为镍钼矿质量的0.5％-5％。

进一步地，所述步骤1包括：将镍钼矿粉碎成颗粒大小为5-20mm的矿块；

将矿块放入干燥设备中干燥，控制温度100-400℃，水含量≤3％。

进一步地，所述步骤1中，所述镍钼矿为镍钼矿、含镍钼页岩矿、含镍钼共生矿、镍钼硫化矿中的一种或多种，其中，所述镍钼矿中镍钼的总含量不大于15％。

进一步地，在所述将所述待熔炼混合物放入真空炉内还原、熔炼之前，包括：

在所述待熔炼混合物中掺入废钢，所述废钢的加入量为所述镍钼矿质量的0-60％。

进一步地，回收硫磺和硫化物的条件为温度160-220℃，压力50-200Pa。

另一种方面，本发明实施例提供了一种利用低品位镍钼矿制备镍钼铁合金的装置，

包括：矿石预处理单元、还原炉、除尘器和冷凝器；

所述矿石预处理单元用于将镍钼矿制备成颗粒大小为5-20mm的球团或矿块，用作待熔炼混合物；

所述还原炉用于在温度1400-1700℃，压力1-500Pa条件下，还原和熔炼所述待熔炼混合物；熔炼完成后得到镍钼铁合金液和挥发物，其中挥发物进入所述除尘器；

所述除尘器用于在温度1000-1100℃和真空条件下，除去所述挥发物中的粉尘；

所述冷凝器用于在温度120-260℃，压力1-500Pa条件下回收除去粉尘后的挥发物中的硫磺和硫化物。

进一步地，所述矿石预处理模块包括：混料机、造球机和干燥机或混料机、造块机和干燥机；

所述混料机用于均匀混合镍钼矿、还原剂、粘结剂，各种物料的平均粒度细于100目；

所述造球机或所述造块机用于将混匀的镍钼矿、还原剂、粘结剂备成直径为5-20mm的球团或颗粒大小为5-20mm的矿块；

所述干燥机用于干燥所述球团或所述矿块，得到所述待熔炼混合物。

本发明提供的技术方案具有如下有效效果：

1、在真空高温条件下对镍钼矿石进行熔炼得到硫磺蒸气和硫化物挥发物。再除去挥发物中的粉尘，以得到纯度较高的单质硫甚至可以直接作为产品的单质硫。通过上述方式，既能避免二氧化硫的排放，又能为企业增加收益。因此，本发明实施例提供的技术方案有较高的经济价值。

2、针对易碎的钼镍矿石采用成团或成球的预处理，以减少挥发气体将带出的原料粉尘的量，并将回收的粉尘用于成团或成球的过程中，以实现了原料的循环利用，从而提高了钼镍铁合金的产能。

3、针对不易碎的且碳含量较高的钼镍矿石采用破碎预处理，并将回收的粉尘和炉渣用于制备建材，实现了废物利用，为企业增加了收益，因此本发明实施例提供的技术方案有较高的经济价值。

4、针对不易碎的且碳含量较低的钼镍矿石采用成团或成球的预处理，以便于还原剂和矿石均匀，从而提高反应效率。并将回收的粉尘用于成团或成球的过程中，以实现了原料的循环利用，从而提高了钼镍铁合金的产能。

5、由于钼镍矿石成分复杂分布广泛，本发明实施例根据钼镍矿石的成分和力学性质，提出了矿石预处理-真空条件下熔炼-真空条件下回收粉尘-冷凝挥发物的工艺流程，以适应于各种类型的钼镍矿石。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明提供的实施例1的工艺流程图；

图2为本发明提供的实施例2的工艺流程图；

图3为本发明提供的实施例3的工艺流程图；

图4为本发明提供的实施例4的工艺流程图；

图5为本发明提供的实施例5的工艺流程图。

具体实施方式

下面具体描述本发明的优选实施例。

镍和钼都是重要的战略金属，因其独特的物理和化学性质，成为先进结构材料和功能材料的基体、主要成分和添加剂，被广泛应用于冶金、电子、喷涂、航空航天等各个行业。镍钼矿属于沉积型黑色页岩矿床，是我国特有的一种多金属矿物资源，主要分布在贵州遵义、湖南张家界、云南沾益和浙江富阳等地区。镍钼矿成分比较复杂，除镍和钼外还含有其它有多种金属和非金属元素，如V，Cu，Se，Zn，Fe，Ca，Mg，Al及贵金属、稀土、C有机等，通常含钼0.1％～7.0％，含镍0.1％～8.0％。

镍钼矿中镍、钼的赋存状态也较复杂，多以硫化矿形态存在，其中镍主要是硫化矿，少量以氧化矿形态存在，钼则主要是硫化矿，另有少量以复合硫化物、氧化物的形式存在。镍钼矿中各种有用矿物共生、伴生，嵌布无规律，目前通过选矿方法将其分离富集，还未有重大的技术进展。

基于上述背景，针对镍钼的总含量不大于15％的镍钼矿(优选地，镍钼矿中Ni的质量百分含量为1％-8％，Mo的质量百分含量为1-7％，镍钼的总含量为2％-15％，如镍钼的总含量为4％，6％，8％，10％，12％)，包括：镍钼矿、含镍钼页岩矿、含镍钼共生矿、镍钼硫化矿中的一种或多种，本发明实施例提供了一种利用低品位镍钼矿制备镍钼铁合金的方法，包括以下步骤：

步骤1、将镍钼矿预处理，制备成颗粒大小为5-20mm的球团或矿块，作为待熔炼混合物。

如前所述镍钼矿主要分布在滇、黔、湘、浙等地区，由于各地区的环境差异较大，因此镍钼矿的形态各不相同，大体分为块状和粉末状。在本发明实施例中，针对不同镍钼矿的形态给出了不同的预处理方法，具体如下：

对于粉末状的矿石，其容易碎裂成小颗粒。因此，在熔炼时，真空炉内的挥发气体容易将未反应的镍钼矿粉末带出到真空炉外，从而降低镍钼矿的熔炼效率。为了解决上述问题，在本发明实施例中，将镍钼矿、还原剂、粘结剂均匀混合，其中混合前需要将镍钼矿、还原剂、粘结剂研磨至100目以下，以便于均匀混合。将混匀的镍钼矿、还原剂、粘结剂通过圆盘造球机或者压球机等方式制备成直径为5-20mm的球团或颗粒大小为5-20mm的矿块。将球团或矿块放入干燥设备中干燥，控制温度100-400℃，水含量≤3％，示例性地，控制温度150℃，水含量2.5％。将温度控制在上述温度，以实现快速脱水。控制含水量不大于3％以降低熔炼时水分气化消耗的能量，以及减少得到的硫单质中的水分。通过加入粘结剂将易碎的粉末与还原剂制成5-20mm的球团或颗粒大小为5-20mm的矿块，既能防止矿粉被带出真空炉，又能有利于矿粉与还原剂充分反应。其中，还原剂为碳质材料，碳质材料包括：焦粉(末)、活性炭粉、无烟煤或烟煤；还原剂的加入量为镍钼矿质量的0-20％，如2％，5％，8％，10％，12％，15％，18％，具体根据原矿中的碳含量及镍钼含量确定。粘结剂包括：无机粘结剂和/或有机粘结剂，优选地，无机粘结剂包括：粉状膨润土、水玻璃和石灰无机粘结剂中的至少一种。有机粘结剂包括：羧甲基纤维素钠、废糖浆、淀粉中的至少一种。粘结剂的加入量为镍钼矿质量的0.5％-5％，如1％，2％，3％，4％，具体根据矿物是否容易黏聚成颗粒来确定。

需要说明的是，还原剂的加入量与镍钼矿中的单质碳含量有关。通常情况下，镍钼矿中会含有一部分单质碳，而单质碳刚好可以作为还原材料，因此可以利用矿石中的单质碳替代部分还原剂，从而节省成本。当镍钼矿中单质碳的质量百分含量不小于15％时，甚至可以不用添加还原剂。例如，实施例1中镍钼矿中单质碳的质量百分含量为8.6％，因此需要加入还原剂和粘结剂，实施例2中镍钼矿中单质碳的质量百分含量为15.6％，因此只需要加入粘结剂而不需要加入还原剂。优选地，加入的还原剂与矿石中的单质碳总和不小于镍钼矿质量的15％。

对于单质碳的质量百分含量不小于15％的块状矿石，不容易碎裂成小颗粒且不需要加入还原剂，因此只要将矿石破碎得到颗粒大小为5-20mm的矿块，再将矿块放入干燥设备中干燥，控制温度100-400℃，水含量≤3％。

对于单质碳的质量百分含量小于15％的块状矿石，需要加入还原剂。为了保证反应充分进行，需要先用粉碎机将块状矿石弄成粉末状，如粉末的平均粒度细于100目。再按照粉末状的矿石方式进行处理。优选地，加入的还原剂与矿石中的单质碳总和不小于15％。

步骤2、将待熔炼混合物放入真空炉内还原、熔炼，炉内温度1400-1700℃，压力1-500Pa。

通常熔炼镍钼矿的温度为1500-1600℃的，然而在本发明实施例中，由于在真空条件下进行熔炼，因而矿石中各组分熔化温度和升华温度相对降低，所以熔炼温度可以减低到1400℃-1490℃。然而，矿石中钼的属于难熔金属，钼单质熔点更是高达2620℃，因而对于钼含量相对较多的矿石，如钼含量大于5％时，为了能够保证钼在铁中更好的熔解可以提高熔炼温度最多至1700℃。由此可见，在矿石组分相同的条件下，本发明实施例的熔炼温度低于传统工艺，同时可以根据矿石中钼的含量调整钼的熔炼温度，从而实现控制熔炼过程中的能量消耗。

有些镍钼矿石中的含铁量很低或者铁含量不能满足技术要求时，为了提高合金的机械性能，在本发明实施例中，将废弃的钢材和待熔炼混合物一起放入真空炉熔炼。废钢的加入量为镍钼矿质量的0-60％，如5％，10％，15％，20％，25％，30％，40％，50％，具体的量根据原矿中的铁含量及所得产品中的铁含量要求确定。例如，实施例5中加入废钢后，其得到的合金中铁含量高达81.5％明显高于实施例1-4的合金中的铁含量。

步骤3、熔炼完成后得到镍钼铁合金液和挥发物。

如上所述，在本发明实施例中，为了不生成二氧化硫等污染性气体，在真空条件下进行熔炼，如此矿石中的硫元素就会转化成硫单质，而镍钼铁等金属元素会变为镍钼铁合金液。在1400-1700℃高温的真空熔炼条件下，硫单质和以及PdS和ZnS等硫化物会转变为气态的挥发物，使得单质硫和硫化物与熔融镍钼铁合金液完全分离，以提高熔炼效率以及硫单质的回收率。具体化学反应如下：

MoS₂→Mo+S₂

2NiS→2Ni+S₂

步骤4、挥发物在温度1000-1100℃和真空的条件下进行除去粉尘处理后，回收挥发物中的硫磺和硫化物。

为了进一步提高粉末状矿石的熔炼效率，在本发明实施例中在温度1000-1100℃条件下，除去挥发物中的粉尘并回收，即回收矿粉。对于按照粉末状矿石处理的情况，回收的矿粉直接用于与镍钼矿、还原剂、粘结剂均匀混合。对于按照块状矿石处理的情况，回收的矿粉和炉渣一起用于制备建材，如微晶玻璃和胶凝材料。需要说明的是，在不大于1100℃条件下，大部分硫化物为固体，因而上述方法还能起到回收硫化物的作用。由于真空条件下PdS和ZnS等硫化物的化学性质稳定，因此可以通过上述方式，在真空炉中不断富集上述硫化物，既能减低污染又能为企业增加利润。而温度不小于1000℃是减少冷却过程中的能量消耗，以缩短冷却时间和减少冷却剂的用量。

在本发明实施例中，在温度120-260℃，压力1-500Pa条件下回收除去粉尘后的挥发物中的硫磺和硫化物。

在本发明实施例中，提供了回收硫磺和硫化物的优选条件为温度160-220℃，压力50-200Pa。上述条件根据硫的三相图得出，如果温度过高过低有可能会造成单质硫不能回收，或者单质硫的回收率很低。

步骤5、镍钼铁合金液浇铸成合金块。

需要说明的是，在实际的实施过程中，步骤4和步骤5是同时发生的，因而两个步骤之间并不存在绝对的先后关系。因此上述利用低品位镍钼矿制备镍钼铁合金的方法中，“步骤4”和“步骤5”只是用来区分两个过程，不能理解为用来限定两个步骤的顺序。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

实施例1

镍钼矿成分见表1，平均粒度为200目。还原剂用无烟煤粉，成分见表2，平均粒度为100目。粘结剂为废糖浆。

表1镍钼矿粉主要成分/wt％

Ni	Mo	S	SiO<sub>2</sub>	Fe	C	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Zn
								4.28	4.34	24.26	19.63	15.09	8.6	4.95	3.55

表2无烟煤粉主要成分/wt％

挥发份	灰份	固定碳	水份	S
					6.72	10.16	82.8	1.1	0.41

表3镍钼铁合金主要成分/wt％

Mo	Ni	固定碳	Fe	P
					18.06	16.87	0.88	62.78	0.02

表4硫磺主要成分/wt％

S	水分	灰分	有机物	As	Zn
						99.1	0.5	0.2	0.01	0.02	0.02

如图1所示，将镍钼矿、还原剂、粘结剂、水按照一定质量比100：5：5：2配料，在混料机中混匀，将混匀的物料在圆盘造球机中制备成直径10mm的球团。将球团放入干燥设备中干燥，干燥温度300℃，控制水含量≤3％。将已干燥的球团放入真空炉内还原、熔炼，1600℃，压力100Pa，熔炼完成后，先将熔渣倒出，然后再将获得的熔融镍钼铁合金液浇铸成符合生产要求的合金块，成分见表3所示。冶炼渣可用于建筑材料制备，还原熔炼过程中产生的挥发物采用高温除尘(1050℃)先除去其中的粉尘，然后挥发物采用液化冷凝回收方式，温度200℃，压力100Pa，回收其中的硫磺和部分硫化物。而粉尘则返回造球工序，作为原料使用。得到的硫磺符合标准的硫磺产品，硫磺主要成分见表4，作为产品售出。

实施例2

镍钼矿成分见表5，平均粒度为200目。粘结剂为水玻璃，成分见表6。

表5镍钼矿粉主要成分/wt％

Ni	Mo	S	SiO<sub>2</sub>	Fe	C	H<sub>2</sub>O
							1.4	3.5	17.5	24.8	15.6	15.6	2.84

表6水玻璃的主要成分/wt％

可溶性固体	Fe	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	模数
				99	≤0.02	≤0.3	3.1-3.5

表7镍钼铁合金的主要成分/wt％

Mo	Ni	固定碳	Fe	P
					15.96	6.33	0.84	72.1	0.03

表8硫磺主要成分/wt％

S	水分	灰分	有机物	As	Zn
						99.4	0.2	0.25	0.01	0.01	0.01

如图2所示，镍钼矿粉、水玻璃、水的质量配比为100：2：2，在连续混料机中混匀，在压球机中压制成块。

将球团放入干燥设备中干燥，控制温度200℃，水含量≤2％。将已干燥的球团放入真空炉内升温至1580℃，压力80Pa，熔炼两个小时，熔炼完成后，先将熔渣倒出，然后再将获得的熔融镍钼铁合金液浇铸成符合生产要求的合金块，成分见表7所示。冶炼渣可用于建筑材料制备，还原熔炼过程中产生的挥发物采用高温除尘(1050℃)先除去其中的粉尘，然后采用液化冷凝回收方式，温度180℃，压力100Pa，回收其中的硫磺和部分硫化物。而粉尘则返回造块工序，作为原料使用。得到的硫磺符合标准的硫磺产品，硫磺主要成分见表8，可作为产品售出。

实施例3

镍钼矿成分见表9。

表9镍钼矿的主要成分/wt％

Ni	Mo	S	SiO<sub>2</sub>	Fe	C	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Zn
								3.54	2.91	16.58	25.12	10.51	15.9	5.65	3.45

表10镍钼铁合金的主要成分/wt％

Mo	Ni	固定碳	Fe	P
					15.91	6.34	0.95	71.26	0.05

表11硫磺主要成分/wt％

S	水分	灰分	有机物	As	Zn
						99.1	0.5	0.2	0.01	0.02	0.02

如图3所示，镍钼矿原矿经破碎后，得到平均粒径10mm的块矿。将块矿放入干燥设备中干燥，干燥温度350℃，控制水含量≤3％。将已干燥的块矿放入真空炉内还原、熔炼，1650℃，压力100Pa，熔炼完成后，先将熔渣倒出，然后再将获得的熔融镍钼铁合金液浇铸成符合生产要求的合金块，成分见表10所示。冶炼渣可用于建筑材料制备，还原熔炼过程中产生的挥发物采用高温除尘(1050℃)先除去其中的粉尘，然后采用液化冷凝回收方式，温度180℃，压力100Pa，回收气态的硫磺和部分硫化物。而回收的粉尘则与冶炼渣一起用于建筑材料制备。得到的硫磺符合标准的硫磺产品，硫磺主要成分见表11，作为产品售出。

实施例4

镍钼矿成分见表10，平均粒度为200目。还原剂用焦粉，成分见表11，平均粒度为100目。粘结剂为废糖浆。

表10镍钼矿粉的主要成分/wt％

Ni	Mo	S	SiO<sub>2</sub>	Fe	C	Zn	Cu
								4.73	6.89	25.86	13.5	15.85	9.7	0.38	0.24

MgO	P	Ti	CaO	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Pb
						0.82	0.05	0.21	8.52	1.24	0.05

表11焦粉的主要成分/wt％

挥发份	灰份	固定碳	水份	S
					1.5	10.5	86	1.1	0.8

表12镍钼铁合金的主要成分/wt％

Mo	Ni	固定碳	Fe	P
					23.12	15.87	0.71	55.98	0.06

表13硫磺主要成分/wt％

S	水分	灰分	有机物	As	Zn
						99.1	0.5	0.2	0.01	0.02	0.02

如图4所示，镍钼矿粉、焦粉、废糖浆、水的质量配比为100：5.5：5：2，将镍钼矿、还原剂、粘结剂按照一定质量比配料，在混料机中混匀，将混匀的物料在圆盘造球机中制备成直径10mm的球团。将球团放入干燥设备中干燥，干燥温度300℃，控制水含量≤3％。将已干燥的球团放入真空炉内还原、熔炼，1620℃，压力100Pa，熔炼完成后，先将熔渣倒出，然后再将获得的熔融镍钼铁合金液浇铸成符合生产要求的合金块，成分见表12所示。冶炼渣可用于建筑材料制备，还原熔炼过程中产生的挥发物采用高温除尘(1050℃)先除去其中的粉尘，然后采用液化冷凝回收方式，温度210℃，压力90Pa，回收其中的硫磺和部分硫化物。而粉尘则返回造球工序，作为原料使用。得到的硫磺符合标准的硫磺产品，硫磺主要成分见表13，可以作为产品售出。

实施例5

镍钼矿成分见表14，平均粒度为200目。还原剂用焦粉，成分见表15，平均粒度为100目。粘结剂为膨润土，成分见表16，平均粒度为100目。废钢的碳含量≤2％，硫含量≤0.07％，磷含量≤0.4％。

表14镍钼矿粉的主要成分/wt％

Ni	Mo	S	SiO<sub>2</sub>	Fe	C	Zn	Cu
								4.73	6.89	25.86	13.5	15.85	9.7	0.38	0.24

MgO	P	Ti	CaO	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	Pb
						0.82	0.05	0.21	8.52	1.24	0.05

表15焦粉的主要成分/wt％

挥发份	灰份	固定碳	水份	S
					1.5	10.5	86	1.1	0.8

表16膨润土的主要成分/wt％

SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	K<sub>2</sub>O	Na<sub>2</sub>O	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MnO	烧失量
									69.32	14.27	1.99	2.69	1.04	1.58	1.84	0.1	5.7

表17镍钼铁合金的主要成分/wt％

Mo	Ni	固定碳	Fe	P
					8.78	7.68	0.23	81.5	0.08

表18硫磺主要成分/wt％

如图5所示，镍钼矿粉、焦粉、膨润土、水的质量配比为100：5.5：5：2，将镍钼矿、还原剂、粘结剂按照一定质量比配料，在混料机中混匀，在压球机中压制成块。将球团放入干燥设备中干燥，干燥温度300℃，控制水含量≤3％。将已干燥的球团和废钢放入真空炉内还原、熔炼，球团和废钢的加入质量比为100：35，保持1600℃，压力100Pa，熔炼完成后，先将熔渣倒出，然后再将获得的熔融镍钼铁合金液浇铸成符合生产要求的合金块，成分见表17所示。冶炼渣可用于建筑材料制备，还原熔炼过程中产生的挥发物采用高温除尘(1050℃)先除去其中的粉尘，然后采用液化冷凝回收方式，温度200℃，压力100Pa，回收其中的硫磺和部分硫化物。而粉尘则返回造块工序，作为原料使用。得到的硫磺符合标准的硫磺产品，硫磺主要成分见表18，可以作为产品售出。

对于镍钼的总含量不大于15％的镍钼矿，采用本发明的制备方法，能够得到Fe含量：50-90％(可达60-90％)，Ni含量：2-20％(可达10-20％)，Mo含量：2-20％，且P含量低于0.1％的镍钼铁合金，同时获得S含量：96-99.2％，水分低于0.5％，灰分低于0.3％，有机物含量低于0.05％，其他金属杂质含量低于0.05％的高纯度硫磺。

现有镍钼矿的冶炼方法可分为焙烧处理和湿法处理。焙烧处理工艺：镍钼矿先经过氧化焙烧，然后再采用矿热炉还原熔炼方式生产镍钼铁合金，但得到的产品为高杂质镍钼铁合金再采用矿热炉还原熔炼方式生产镍钼铁合金，但得到的产品为高杂质镍钼铁合金(Mo 6％～16％、Ni 4％～8％、Fe 48～58％、P 5％～7％、Si 2％～4％)，该工艺钼和镍的回收率均在80％左右。具体的，现有镍钼矿的焙烧处理优化工艺包括：

第一步焙烧处理：镍钼矿先粉碎，再与强碱化合物均匀混合，最后氧化焙烧除去矿粉中的硫元素。其中，强碱化合物为镍钼矿粉质量的15％。

第二步还原熔炼，将脱硫后的镍钼矿放入中频炉中在760-1680℃内分步加热依次还原氧化镍、钼酸钙和其他高熔点钼酸盐，直至钼酸盐彻底还原。在还原熔炼过程中要分步加入造渣材料，造渣材料为镍钼矿质量的42％。其镍钼回收率均在超过95％

与现有技术相比，从产品的角度，本发明的制备工艺的钼和镍的回收率均在95％以上，镍钼铁合金的Mo 2％～20％、Ni 2％～20％、Fe 50％～90％、P 0.005％～0.1％。

从工艺的角度，本发明实施例提供的技术方案在真空条件下反应，可以将硫化物中的硫转化成单质硫，因而不需要氧化焙烧；硫化分解熔化以及分解的温度与矿石中各金属及其氧化物的熔化温度相当，因而不需要分步加热；硫化物等杂质气化后，经降温除尘，可将硫化物等杂质与硫单质分开，并使得硫化物等杂质返回还原炉，因而不需要加入造渣材料，因此本发明实施例提供的技术方案精简了工艺步骤并节省大量物料。此外，在真空条件下，根据相图，各物质的熔点通常会变低，因而本发明实施例的技术方案可以根据矿物中各组分的百分含量控制真空炉中熔炼温度，从而实现能源的高效利用。

从经济的角度，现有技术的优化技术只能通过氧化焙烧、造渣材料将矿石中的硫变为SO₂或硫酸盐，而SO₂为污染气体，高温熔炼得到的硫酸盐通常化学性质稳定不易从矿渣中提取，因此矿石中硫元素绝大部分被浪费了。而本发明实施例通过真空和高温条件得到纯度较高的硫单质，通过回收粉尘富集硫化物，实现对矿石中硫元素的高效利用且不污染环境，因而本发明实施例提供的技术方案具有极高的经济价值以及令人意想不到的效果。

综上所述，本发明新工艺与现行镍钼矿冶炼工艺相比，工艺流程大大缩短，无需高压釜等复杂设备，节能减排效果明显，无SO₂烟气排放，减轻了环保压力，可实现镍钼矿中镍、钼、硫以及硫化物等资源的清洁、高效利用，具有显著的经济效益和环境效益。

本发明实施例提供了一种利用低品位镍钼矿制备镍钼铁合金的装置，包括：矿石预处理单元、还原炉、除尘器和冷凝器；

还原炉设置有物料入口、挥发物出口和合金排出口，除尘器设置有挥发物入口、粉尘出口和蒸气出口；冷凝器设置有蒸汽入口和冷凝物出口；

还原炉还设置有废钢入口，当镍钼矿石中的含铁量很低或者铁含量不能满足技术要求时，将废弃的钢材和待熔炼混合物一起放入还原炉进行真空炉熔炼。

矿石预处理单元与还原炉物料入口连接，除尘器的挥发物入口与还原炉的挥发物出口连接，除尘器的蒸气出口与冷凝器的蒸汽入口连接；矿石预处理单元用于将镍钼矿预处理，制备成颗粒大小为5-20mm的球团或矿块，作为待熔炼混合物；

还原炉用于在温度1400-1700℃，压力1-500Pa条件下，还原和熔炼待熔炼混合物；

除尘器用于在温度1000-1100℃和真空条件下，除去挥发物中的粉尘。冷凝器用于在温度120-260℃，压力1-500Pa条件下回收除去粉尘后的挥发物中的硫磺和硫化物。

熔炼完成后得到镍钼铁合金液和挥发物，镍钼铁合金液从还原炉的合金排出口排出；其中挥发物通过挥发物入口进入除尘器除尘后得到除尘蒸汽，蒸汽通过蒸汽入口进入冷凝器后得到硫磺和硫化物。

需要说明的是，在本发明实施例中矿石预处理单元根据镍钼矿的形态进行选择。

具体地，对于粉末状的矿石，矿石预处理单元包括依次连接的混料机、造球机/造块机和干燥机；

对于块状矿石，当单质碳的质量百分含量不小于15％时，矿石预处理单元包括依次连接的破碎机和干燥机；当单质碳的质量百分含量小于15％时，矿石预处理单元包括依次连接的破碎机、混料机、造球机/造块机和干燥机。

破碎机用于将矿石破碎成所需的粒度；

混料机用于均匀混合镍钼矿、还原剂、粘结剂，各种物料的平均粒度细于100目；

造球机或造块机用于将混匀的镍钼矿、还原剂、粘结剂备成直径为5-20mm的球团或颗粒大小为5-20mm的矿块；

干燥机用于干燥球团或矿块，得到待熔炼混合物。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用低品位镍钼矿制备镍钼铁合金的方法，其特征在于，包括：

步骤1：将镍钼矿预处理，制备成颗粒大小为5-20mm的球团或矿块，用作待熔炼混合物；

步骤2：将所述待熔炼混合物放入真空炉内还原、熔炼，炉内温度1400-1700℃，压力1-500Pa；

步骤3：熔炼完成后得到镍钼铁合金液和挥发物；

步骤4：所述挥发物在温度1000-1100℃和真空的条件下进行除去粉尘处理后，回收挥发物中的硫磺和硫化物；回收硫磺和硫化物的条件为温度160-220℃，压力50-200Pa；

步骤5：所述镍钼铁合金液浇铸成合金块。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述步骤1包括：

步骤11：将镍钼矿、还原剂、粘结剂均匀混合，各种物料的平均粒度细于100目；

步骤12：将混合均匀的镍钼矿、还原剂、粘结剂通过圆盘造球机或者压球机制备成直径为5-20mm的球团或颗粒度为5-20mm的矿块；

步骤13：将球团或矿块放入干燥设备中干燥，控制温度100-400℃，干燥至水含量≤3% 。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述步骤1包括：

步骤11：将镍钼矿破碎成直径为5-20mm的矿块；

步骤12：将矿块放入干燥设备中干燥，控制温度100-400℃，水含量≤3% 。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述步骤4中，在除去挥发物中的粉尘之后，所述方法还包括：

将所述粉尘返回至造球团或矿块工序循环利用。

5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，

所述步骤11中，还原剂为碳质材料，所述碳质材料包括焦粉、活性炭粉、无烟煤、烟煤中的至少一种；还原剂的加入量为镍钼矿质量的0-20%。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述步骤11中，粘结剂包括：无机粘结剂和/或有机粘结剂；

粘结剂的加入量为镍钼矿质量的0.5%-5%。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述步骤1中，所述镍钼矿为镍钼矿、含镍钼页岩矿、含镍钼共生矿、镍钼硫化矿中的一种或多种，其中，所述镍钼矿中镍钼的总含量不大于15%。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述将所述待熔炼混合物放入真空炉内还原、熔炼之前，包括：

在所述待熔炼混合物中掺入废钢，所述废钢的加入量为所述镍钼矿质量的0-60%。

9.一种利用低品位镍钼矿制备镍钼铁合金的装置，用于执行权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，包括：矿石预处理单元、还原炉、除尘器和冷凝器；

所述矿石预处理单元用于将镍钼矿制备成颗粒大小为5-20mm的球团或矿块，用作待熔炼混合物；

所述还原炉用于在温度1400-1700℃，压力1-500Pa条件下，还原和熔炼所述待熔炼混合物；熔炼完成后得到镍钼铁合金液和挥发物，其中挥发物进入所述除尘器；

所述除尘器用于在温度1000-1100℃和真空条件下，除去所述挥发物中的粉尘；

所述冷凝器用于在温度120-260℃，压力1-500Pa条件下回收除去粉尘后的挥发物中的硫磺和硫化物。

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