CN114540614A - 一种褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，包括：S1.将粗粒级的红土镍矿进行球磨处理，与预定比例的红土镍矿磁选尾渣、消石灰混合均匀，得到混合料；S2.将步骤S1所得混合料进行造球，得到预定粒度的生球；S3.对步骤S2所得生球进行外滚固体燃料，得到外裹固体燃料的生球；S4.将步骤S3所得外裹固体燃料的生球依次进行布料、点火烧结、保温，烧结矿冷却后经破碎和整粒，获得成品球团。本发明一种褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，在实际红土镍矿烧结生产中易于实现，操作简单方便，红土镍矿预磨处理成本低，无需新增配套设施即可明显改善烧结矿产质量，具有很大推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，涉及一种褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法。
背景技术
随着世界范围内不锈钢产品的持续供不应求，中国不锈钢产量呈逐年增加趋势，2018年达到2671万吨，占全球不锈钢产量的比例持续多年在50％以上。而镍的生产主要用于冶炼不锈钢，2018年其在全球不锈钢领域占比为69％，在我国不锈钢领域占比则高于全球水平，达到81％，不锈钢行业是镍市场增长的主要动力。这也就造成了世界范围内镍品位高、易于富集的硫化镍矿资源的日益枯竭。因此，镍资源的开发利用逐渐集中到储量丰富、冶炼成本低的红土镍矿上来。
红土镍矿按成矿类型可分为褐铁矿型红土镍矿、过渡型红土镍矿及腐殖土型红土镍矿，其中褐铁矿型红土镍矿镍金属储量约6050万t，占世界红土镍矿资源总量的60％以上。同时，由于我国镍资源贫乏，尤其是红土镍矿，需大量进口来满足国内生产需求，原料对外依存度持续多年超过80％，而国外对红土镍矿富矿的出口限制使得我国绝大部分进口的仍为低品位红土镍矿资源，即褐铁矿型红土镍矿。因此，如何有效利用褐铁矿型红土镍矿对我国红土镍矿资源的开发至关重要。
目前，红土镍矿火法工艺主要包括回转窑-电炉工艺(RKEF)和烧结-高炉工艺，前者主要通过抑制铁的还原以提高镍的品位，更适合于处理高品位红土镍矿，而褐铁矿型红土镍矿高铁低镍的特点使其并不适用于目前较为成熟的RKEF工艺。因此，相关研究工作者采用烧结-高炉工艺，进行了一系列的烧结杯试验及工业实践，但由于褐铁矿型红土镍矿结晶水含量高(一般在30％以上)、烧失量大(高于10％)，使烧结矿产量低(小于1.0t·m-2·h-1)，转鼓强度差(低于50％)，固体能耗高(140-160kg/t)，烧结矿产质量往往不能满足高炉的需要。同时，硅镁含量高的褐铁矿型红土镍矿烧结进入高炉后，会导致冶炼渣量大、能耗高、铁水流动性差，如果不有效提高其烧结性能，将加剧后续高炉冶炼的负担。因此，必须开发相应的烧结强化技术以有效改善褐铁矿型红土镍矿烧结性能。
发明内容
针对褐铁矿型红土镍矿烧结矿产量低、转鼓强度差、固体能耗高的技术问题，本发明的目的在于通过开发褐铁矿型红土镍矿球团烧结烧结技术，以有效改善褐铁矿型红土镍矿烧结矿的转鼓强度和利用系数，降低其固体燃耗，最终获得烧结性能更为优异的含镍烧结矿。
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，包括以下步骤：
S1.将粗粒级的红土镍矿进行球磨处理，与预定比例的红土镍矿磁选尾渣、消石灰混合均匀，得到混合料；
S2.将步骤S1所得混合料进行造球，得到预定粒度的生球；
S3.对步骤S2所得生球进行外滚固体燃料，得到外裹固体燃料的生球；
S4.将步骤S3所得外裹固体燃料的生球依次进行布料、点火烧结、保温，烧结矿冷却后经破碎和整粒，获得成品球团。
作为优选，步骤S1中，混合料中各组分的质量百分比为：
红土镍矿80.0～95.0wt％；
红土镍矿磁选尾渣1.0～6.0wt％；
消石灰5.0～15.0wt％；
各组分质量百分比之和为100％。
进一步，所述红土镍矿磁选尾渣的成分为：CaO 20wt％～40wt％；MgO 30wt％～50wt％；总铁10wt％～30wt％。
作为优选，步骤S1中，采用球磨机将红土镍矿磨细至颗粒粒度-0.074mm占60％以上。
进一步，所述的球磨机规格为Φ305×305mm，转速为70r/min，内装285个不同规格的钢球，共重20.125kg，磨矿时间为10～60min。
作为优选，步骤S1中，所述红土镍矿磁选尾渣、消石灰的粒度-0.074mm占95％以上。
作为优选，步骤S1中，控制混合料的二元碱度(CaO/MgO质量比)为1.0～1.8。
作为优选，步骤S2中，采用圆盘造球机进行造球，造球时间9～15min，生球水分15～25％，生球粒度10～12.5mm。
进一步，所述的圆盘造球机规格为直径1000mm，边高150mm，转速25r/min，倾角47°。
作为优选，步骤S3中，所述固体燃料为无烟煤，无烟煤的粒度为-3mm占70％以上，其用量为总物料的4.0wt％～6.0wt％。
作为优选，步骤S4中，料层厚度为500～1000mm，铺底料厚度应为20～30mm，铺底料粒度应为10～16mm。通常，料层厚度越高，固体能耗降低，但是产量下降，应该根据实际情况，选择合适的料层厚度。
作为优选，步骤S4中，点火温度1050～1150℃、点火时间1.0～3.0min、点火负压5～7kPa；保温温度900～1100℃、保温时间8～12min；烧结负压10～12kPa；冷却负压4～6kPa。
进一步，步骤S4中，烧结机规格Φ160mm×700mm。
作为优选，步骤S4中，破碎和整粒后，颗粒以2m高度连续落下三次，经筛分分级，+5mm部分为成品球团，-5mm部分为返矿，最终检测相关烧结指标。
球团烧结工艺将混合料预先造球，这可以有效改善烧结料层的透气性；同时，其将固体燃料外裹于球团表面，避免了矿粉颗粒深裹燃料颗粒的发生，使固体燃料的燃烧条件及效果大为改善，进而有效降低了烧结矿的固体燃耗；此外，球团烧结工艺中生球的强度要高于普通工艺的混合料，这更有利于形成强度更高的烧结矿。
本发明通过进行普通烧结工艺及球团烧结工艺，对比说明球团烧结技术强化褐铁矿型红土镍矿烧结的可行性，提供一种可有效改善红土镍矿烧结性能的球团烧结方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：
(1)本发明一种褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，针对褐铁矿型红土镍矿烧结性能差的问题，通过将褐铁矿型红土镍矿磨细后，与熔剂一起造球，并将固体燃料外裹于生球表面，再进行烧结试验，试验中生球强度明显高于一般烧结混合料，加之将固体燃料外裹，可充分改善烧结料层的透气性及固体燃料的燃烧条件和效果，进而有效提高烧结矿强度和产量及降低其固体燃耗。
(2)本发明一种褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，在实际红土镍矿烧结生产中易于实现，操作简单方便，红土镍矿预磨处理成本低，无需新增配套设施即可明显改善烧结矿产质量，具有很大推广价值。
(3)本发明一种褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，利用焦粉外裹，避免了普通烧结过程，大部分焦粉包裹在矿粉内部，导致燃烧不充分的现象，从而改善了焦粉燃烧的动力学和热力学条件，促进其充分燃烧，提高其放热效果。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例和附图对本发明技术方案进行详细的阐述。
以下实施例及对比例，除特别声明外，所使用的原料，其化学成份如下：
红土镍矿为褐铁矿型红土镍矿，镍品位0.86wt％，铬品位2.36wt％。
红土镍矿磁选尾渣：CaO 30wt％，MgO 40wt％；总铁20wt％。
对比例1
普通褐铁矿烧结工艺，包括以下步骤：
(1)配料：将54.50wt％的褐铁矿型红土镍矿、30wt％的返矿粉、8.5wt％的无烟煤、1.5wt％的红土镍矿磁选尾渣及5.5wt％的生石灰混合，得到混合料；
(2)混匀、制粒：在步骤(1)中的混合料加入适量水，调节混合料的水分为17.0％。在圆筒混合机(Φ600mm×1400mm)中混合，控制混合机转速25r·min-1，充填率15％，制粒时间5min，得到水分为17.0％的烧结料。烧结料中，粒度大于0.5mm的有98wt％，粒度大于1mm的烧结料为83wt％；
(3)点火：将步骤(2)的烧结料装入烧结机中，烧结料层的填充高度为700mm，压料20mm。控制点火负压为6kPa，点火温度为(1100±50)℃，点火时间为1.5min，对烧结料进行点火；
(4)烧结：在烧结负压10kPa下进行烧结，烧结时间20.75min，得到热烧结矿；
(5)冷却：将热烧结矿通过鼓风冷却，冷却负压为5kPa，冷却时间为5min，得到冷烧结矿，温度低于200℃；
(6)破碎、筛分：将冷烧结矿破碎，筛分，得到+5mm的成品烧结矿和-5mm的返矿粉；
(7)成品矿检测：检测及测定相关烧结指标，包括成品率、利用系数、转鼓强度、固体燃耗等。
普通烧结工艺烧结指标为：转鼓强度45.87％，成品率由64.88％，利用系数由0.97t·m-2·h-1，固体燃耗由140.52kg/t。
实施例1：
本发明一种褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，包括以下步骤：
(1)红土镍矿预处理：在球磨机中将褐铁矿型红土镍矿磨至-0.074mm部分在60％以上，为造球试验做准备；
(2)配料、混匀：将84.75wt％的褐铁矿型红土镍矿、1.5wt％的红土镍矿磁选尾渣及8.75wt％的消石灰混合均匀，得到混合料；
(3)造球：用步骤(2)中的混合料进行造球，造球机转速25r/min，倾角47°，造球时间12min，生球水分20％，生球粒度10-12.5mm。成球后，在造球机中将5wt％的无烟煤外裹于生球表面，得到烧结料；
(4)点火：将步骤(3)的烧结料装入烧结机中，烧结料层的填充高度为700mm，压料20mm。控制点火负压为6kPa，点火温度为(1100±50)℃，点火时间为1.5min，对烧结料进行点火；
(5)保温烧结：在烧结负压10kPa下进行烧结，点火结束后在烧结料层上部设置保温温度1000℃、保温时间10min的保温段，在烧结时间21.33min，得到热烧结矿；
(6)冷却：将热烧结矿通过鼓风冷却，冷却负压为5kPa，冷却时间为5min，得到冷烧结矿，温度低于200℃；
(7)破碎、筛分：将冷烧结矿破碎，筛分，得到+5mm的成品烧结矿和-5mm的返矿粉；
(8)成品矿检测：检测及测定相关烧结指标，包括成品率、利用系数、转鼓强度、固体燃耗等。
球团烧结工艺烧结指标为：转鼓强度49.36％，成品率由68.40％，利用系数由1.10t·m-2·h-1，固体燃耗由93.09kg/t。
由上述实施例及对比例得到的数据可知：与对比例1数据相比，采用本发明的方法，烧结矿转鼓强度提高3.49个百分点，成品率提高3.52个百分点，利用系数提高0.13t·m-2·h-1，固体燃耗降低47.43kg/t，烧结性能改善显著。
实施例2：
本发明一种褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，包括以下步骤：
(1)红土镍矿预处理：在球磨机中将褐铁矿型红土镍矿磨至-0.074mm部分在60％以上，为造球试验做准备；
(2)配料、混匀：将84.75wt％的褐铁矿型红土镍矿、1.5wt％的红土镍矿磁选尾渣及8.75wt％的消石灰混合均匀，得到混合料；
(3)造球：用步骤(2)中的混合料进行造球，造球机转速25r/min，倾角47°，造球时间12min，生球水分20％，生球粒度10-12.5mm。成球后，在造球机中将5wt％的无烟煤外裹于生球表面，得到烧结料；
(4)点火：将步骤(3)的烧结料装入烧结机中，烧结料层的填充高度为800mm，压料20mm。控制点火负压为6kPa，点火温度为(1100±50)℃，点火时间为1.5min，对烧结料进行点火；
(5)保温烧结：在烧结负压12kPa下进行烧结，点火结束后在烧结料层上部设置保温温度1000℃、保温时间10min的保温段，得到热烧结矿；
(6)冷却：将热烧结矿通过鼓风冷却，冷却负压为5kPa，冷却时间为5min，得到冷烧结矿，温度低于200℃；
(7)破碎、筛分：将冷烧结矿破碎，筛分，得到+5mm的成品烧结矿和-5mm的返矿粉；
(8)成品矿检测：检测及测定相关烧结指标，包括成品率、利用系数、转鼓强度、固体燃耗等。
球团烧结工艺烧结指标为：转鼓强度54.65％，成品率由69.12％，利用系数由1.16t·m-2·h-1，固体燃耗由90.09kg/t。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将粗粒级的红土镍矿进行球磨处理，与预定比例的红土镍矿磁选尾渣、消石灰混合均匀，得到混合料；
S2.将步骤S1所得混合料进行造球，得到预定粒度的生球；
S3.对步骤S2所得生球进行外滚固体燃料，得到外裹固体燃料的生球；
S4.将步骤S3所得外裹固体燃料的生球依次进行布料、点火烧结、保温，烧结矿冷却后经破碎和整粒，获得成品球团。
2.根据权利要求1所述褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，其特征在于，步骤S1中，混合料中各组分的质量百分比为：
红土镍矿80.0～95.0wt％；
红土镍矿磁选尾渣1.0～6.0wt％；
消石灰5.0～15.0wt％；
各组分质量百分比之和为100％。
3.根据权利要求1或2所述褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，其特征在于，所述红土镍矿磁选尾渣的成分为：CaO 20wt％～40wt％；MgO 30wt％～50wt％；总铁10wt％～30wt％。
4.根据权利要求1所述褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，其特征在于，步骤S1中，采用球磨机将红土镍矿磨细至颗粒粒度-0.074mm占60％以上；所述红土镍矿磁选尾渣、消石灰的粒度-0.074mm占95％以上。
5.根据权利要求1所述褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，其特征在于，步骤S1中，控制混合料的二元碱度(CaO/MgO质量比)为1.0～1.8。
6.根据权利要求1所述褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，其特征在于，步骤S2中，采用圆盘造球机进行造球，造球时间9～15min，生球水分15～25％，生球粒度10～12.5mm。
7.根据权利要求1所述褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，其特征在于，步骤S3中，所述固体燃料为无烟煤，无烟煤的粒度为-3mm占70％以上，其用量为总物料的4.0wt％～6.0wt％。
8.根据权利要求1所述褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，其特征在于，步骤S4中，料层厚度为500～1000mm，铺底料厚度应为20～30mm，铺底料粒度应为10～16mm。
9.根据权利要求1所述褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，其特征在于，步骤S4中，点火温度1050～1150℃、点火时间1.0～3.0min、点火负压5～7kPa；保温温度900～1100℃、保温时间8～12min；烧结负压10～12kPa；冷却负压4～6kPa。
10.根据权利要求1所述褐铁矿型红土镍矿球团烧结的方法，其特征在于，步骤S4中，破碎和整粒后，颗粒以2m高度连续落下三次，经筛分分级，+5mm部分为成品球团，-5mm部分为返矿，最终检测相关烧结指标。
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