CN114686699A

CN114686699A - 一种红土镍矿的冶炼工艺

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Publication number: CN114686699A
Application number: CN202210274698.0A
Authority: CN
Inventors: 贺毅林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-03-21
Filing date: 2022-03-21
Publication date: 2022-07-01

Abstract

本发明的目的在于提供一种回收率高、投资省、节能效果明显、炉料备料简单、环保好的富氧侧吹双区炉红土镍矿冶炼工艺。将高温焙烧后的红土镍矿加入熔炼区内，熔剂、硫铁矿、低冰镍、粒煤等物料通过计量后用胶带机输送至熔炼区内。富氧空气鼓入熔炼区。生成的冰镍和炉渣在静止渣层中沉淀分离，冰镍沉降在炉缸底层，热渣通过中间隔墙下部空间排出流入贫化区；熔剂、硫铁矿、粒煤等物料通过计量后用胶带机输送贫化区内。富氧空气鼓入贫化区。贫化区内生成的低冰镍和炉渣在静止渣层中沉淀分离，低冰镍沉降在炉缸底层，与熔炼区的冰镍混合后由虹吸口排出。渣通过贫化区端墙渣孔放出水碎。从炉体中排出含SO₂的高温烟气冷却、除尘后送制酸。

Description

一种红土镍矿的冶炼工艺

技术领域

本发明涉及一种有色金属冶金行业的红土镍矿的冶炼工艺，具体是一种用于红土镍矿采用富氧侧吹双区熔池熔炼炉冶炼工艺，产出低品位冰镍。该工艺渣含镍低、镍回收率高、节能、烟气能制酸、环保效果好、自动化程度高。

背景技术

红土镍矿床通常是分层存在于地表以下0～40米范围，矿床的地质结构为：覆盖层；褐铁矿层；过渡层；腐泥层；橄榄岩层。有价元素镍和钴主要分布在褐铁矿层，过渡层和腐泥土矿层。红土矿中铁的含量随深度的增加稳定降低；而镁和二氧化硅含量随深度增加；钴含量分布与铁相似，在褐铁矿层最高；镍的分布与镁和二氧化硅一致，在腐泥矿层含量最高。红土矿含水量都很高，一般为30％～50％。

目前，国内外采用的红土镍矿处理方法，高硅高镍高镁的腐泥土矿层红土镍矿主要是采用转窑电炉即RKEF法，产出镍铁。低硅高铁含钴红土镍矿多采用湿法提取。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投资省、节能效果明显、床能力高、环保好的富氧侧吹双区处理红土镍矿的冶炼工艺。

本发明提供的富氧侧吹双区熔池熔炼法冶炼红土镍矿工艺包括如下步骤：

1)配料

将褐铁矿层、过渡层、腐泥层红土镍矿配料，配料后的混合料Fe:SiO₂达到0.8～1.0。将混合物料进行干燥和焙烧，然后在高温下，加入富氧侧吹双区炉熔炼区。

硫铁矿、石英石、碎煤、低冰镍等物料由汽车或其他运输方式运至原料仓库，各种物料经抓斗抓入配料仓待用。

硫铁矿、低冰镍、石灰石、碎煤和其它冷料按工艺要求计量后，经过皮带转运加入富氧侧吹双区炉熔炼区，在熔炼区中进行富氧造锍熔炼；硫铁矿、碎煤和其它冷料按工艺要求计量后，经过皮带转运加入富氧侧吹双区炉贫化区，在贫化区进行贫化熔炼。电子皮带秤可以瞬时计量和累计，给料量可以根据生产的需要及时调整。

2)富氧侧吹熔炼区：

将焙烧好的高温红土镍矿加入富氧侧吹双区炉熔炼区，其它炉料主要包括熔剂、硫铁矿、低冰镍、粒煤通过皮带秤计量后，用胶带机输送至富氧侧吹双区熔炼区上部，通过炉顶盖板上的下料孔进入炉内。从熔炼区两侧的风口鼓入富氧空气，鼓入富氧空气强烈搅动产生鼓泡层，加入的炉料迅速熔化，并与燃料、还原剂、硫铁矿、低冰镍发生强烈反应生成较高品位冰镍和炉渣。熔炼过程所需的热量，主要来自碎煤燃烧热和造渣反应热以及焙烧好的高温红土镍矿的物理热。熔炼生成的冰镍和炉渣在风口以下的静止渣层中沉淀分离，冰镍沉降在炉缸底层，含镍较低的渣浮在熔体上层。渣通过双区炉中间隔墙下部空间排出流入贫化区；冰镍由两侧或炉端的虹吸口排出，部分冰镍返回作为硫化剂加入炉内，其余冰镍送吹炼或作为产品包装后外售。

从熔炼区炉体中产出的含SO₂的高温烟气，其中的还原性气体和单体硫在炉膛空间被鼓入的富氧空气氧化，出炉后经余热锅炉冷却，电收尘器净化除尘后送硫酸车间制酸；

3)富氧侧吹贫化区：高温熔炼渣通过双区炉中间隔墙下部空间排出流入贫化区；其它炉料主要包括硫铁矿、粒煤和其它冷料通过皮带秤计量后，用胶带机输送至富氧侧吹双区炉的贫化区上部，通过炉顶盖板上的下料孔进入炉内。从富氧侧吹炉贫化区炉体两侧的风口鼓入富氧空气，鼓入的富氧空气强烈搅动产生鼓泡层，加入的炉料迅速熔化，并与燃料、还原剂、硫铁矿发生强烈反应生成较低品位冰镍和炉渣。熔炼过程所需的热量，主要来自热渣带来的物理热、碎煤燃烧热。熔炼生成的低冰镍和炉渣在风口以下的静止渣层中沉淀分离，冰镍沉降在炉缸底层，含镍较低的渣浮在熔体上层。贫化区生成的低冰镍与熔炼区生成的冰镍混合一起后由两侧或炉端的虹吸口排出，部分冰镍返回作为硫化剂加入炉内，其余冰镍送吹炼或作为产品包装后外售。渣通过双区炉贫化区端墙渣孔放出水碎；水碎渣堆存或外售。从炉体中产出的含SO₂的高温烟气，其中的还原性气体和单体硫在炉膛空间被鼓入的富氧空气氧化，然后经熔炼区上部与熔炼区烟气混合后一起经余热锅炉冷却，电收尘器净化除尘后送硫酸车间制酸。

本发明工艺特点是：

本发明采用富氧侧吹熔池熔炼双区炉冶炼红土镍矿，产出低品位冰镍、炉渣和含SO₂烟气，烟气送制酸。其中富氧侧吹熔池熔炼炉采用双区结构，中间隔墙将富氧侧吹炉熔池分为两个区，一个熔炼区，一个贫化区。

本发明能够充分利用前端红土镍矿焙烧后的高温物理热，其次能充分利用熔炼区生成的高温熔炼渣的物理热，因而在熔炼和贫化时只需补充少量煤，节能效果非常明显，生产成本低。同时减少了常规的从熔炼到贫化的放渣操作，劳动强度小，环境保护好。由于熔炼过程中鼓入富氧空气氧气浓度高，床能力高。产出的烟气含SO₂浓度高，烟气可以制酸，有利于原料中硫的回收利用，很好地解决了环境污染问题。

在熔炼区，通过控制炉内为弱还原气氛，从原料端控制铁硅比，降低渣中的Fe₃O₄含量。通过加入硫铁矿和低品位冰镍，控制熔炼区的共存冰镍品位在20％左右，从而控制进入贫化区渣的含镍量。

在贫化区控制一个较强的还原性气氛，同时加入适量的硫铁矿，控制贫化区的共存冰镍品位在3～10％范围内。贫化后的渣含镍低，镍回收率高，贵金属金、银和钴等富集在冰铜里，贵金属和钴的回收率也高。

同时从熔炼区和贫化区两侧的风口鼓入富氧空气，强烈搅动促进悬浮冰镍颗粒的碰撞聚集沉降。

本发明的工艺主要特点分述如下：

(一)本工艺采用富氧侧吹双区炉贫化含镍炉渣，双区炉的主要特点如下：

1中间隔墙将富氧侧吹双区熔池熔炼炉分为熔炼区与贫化区，隔墙底部高度低于一次风口0～ 350mm。

2熔炼区的底与贫化区的共炉缸，底部平齐，炉缸深度低于一次风口1000mm～1400mm，过深炉底难保温，也没有必要。过浅存贮冰镍量太少，不便于操作。

3贫化区前端墙镍水套上设立排渣口，其中心线高度高于一次风口450±200mm。

4冰镍虹吸放出，虹吸孔可根据工艺需要，设在侧面或端部，可以开设多个虹吸冰镍孔。

5双区炉上部连通，贫化区烟气经过熔炼区上部，一同进入余热锅炉及电收尘后送制酸。

6冰铜虹吸孔内外高度以炉内冰铜面600mm作为计算依据；熔炼区面积以600m³/m²设计大小为宜，贫化区以渣停留时间1.5～2小时为宜。

(二)通过控制煤和氧气的量的比例，控制熔炼区和贫化区的弱还原性气氛。把炉渣中的Fe₃O₄还原成FeO。促使反应(1)～(4)、(8)向右进行。

(三)在熔炼区加入控制原料的铁硅比在0.5～0.95，加入石灰石，控制钙硅比在0.15～ 0.3，以保持渣更好的流动性。提高渣中SiO₂的含量，在一定范围内有利于Fe₃O₄还原，随着渣中SiO₂含量增加，渣含铜不断下降。促使反应(9)、(10)向右进行。

(四)在熔炼区加入适量的硫铁矿，控制在熔炼区与渣共存的冰镍的品位，氧化镍硫化成硫化镍；同时提高烟气的SO₂的浓度。

黄铁矿在高温分解产生的FeS促使反应(5)、(6)、(10)～(12)向右进行，使渣中Fe₃O₄含量降低，减少隔膜层的形成，有利于夹杂冰铜的沉降，并使渣中部分氧化态的镍硫化而进入冰镍相中。通过控制加入硫铁矿的量与加入的红土镍矿的比例来控制较低的与渣共存的冰镍品位，从而降低弃渣含镍。

(五)在熔炼区加入适量的低品位冰镍

加入的低品位冰镍提高了渣中的硫化亚铁浓度，与Fe₃O₄反应生成FeO，促使反应(6)、 (10)～(12)向右进行。未反应的较大粒度的黄铁矿及冰镍，在沉降时把渣中悬浮的小冰镍粒子凝结起来，使其沉降加快，将冰铜颗粒从渣中分离出来。FeS不仅是硫化剂，还是冰镍的优良溶剂，因此可以认为硫化剂既能减少渣中氧化镍损失，又能减少渣中夹杂冰镍颗粒数量，起到很好的贫化作用。

另外，红土镍矿中含镍金属低，产出的冰镍量比较少，冰镍在炉底经过散热温度降低，容易导致炉底部冰镍冻结放不出。适当增加冰镍入炉量后，产出冰镍相应增加，冰镍的热量增大，温度降低慢，炉底冰镍就不容易冻结，生产更加顺畅。

(六)在贫化区继续加入煤和黄铁矿

控制贫化区较强的还原性气氛，同时加入黄铁矿，控制贫化区与渣共存冰镍品位在3～10％范围内。根据镍在渣和冰镍中的平衡浓度遵循分配定律，可以控制渣含镍低于0.1％。由于含镍3～10％的低冰镍量不多，约占冰镍的镍总量的十分之一，故对产出的冰镍的含镍品位影响不大。主要反应见(1)～(14)。

另外，Pb、PbO、PbS在高温条件下易挥发，在还原硫化气氛中，铅主要以硫化铅的形态挥发；ZnO还原成金属锌挥发，在炉膛被鼓入的二次富氧空气氧化成氧化锌。主要反应见(13)、 (14)。

在熔炼区、贫化区，铜冶炼渣硫化贫化过程的主要学反应有：

C+O₂＝CO₂ (1)

C(s)+1/2O₂＝CO (2)

C(s)+CO₂＝2CO (3)

CO+1/2O₂＝CO₂ (4)

FeS₂(s)＝(FeS)+1/2S₂ (5)

(FeS)+3/2O₂＝(FeO)+O₂ (6)

1/2S₂+O₂＝SO₂ (7)

C+Fe₃O₄＝CO₂+FeO (8)

2FeO+SiO₂＝2FeO·SiO₂ (9)

3Fe₃O₄+FeS+5SiO₂＝5(2FeO·SiO₂)+SO₂ (10)

3Fe₃O₄+FeS＝10FeO+SO₂ (11)

3NiO+3FeS＝Ni₃S₂+FeO+S (12)

ZnO+C＝Zn(g)+CO (13)

2Zn(g)+O₂＝2ZnO (14)

附图说明

图1是本发明的工艺流程图

具体实施方式

下面将结合本发明，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。

从图1可以看出，本发明工艺主要包括原料库及配料、富氧侧吹双区炉熔炼区熔炼、富氧侧吹双区炉贫化区渣贫化熔炼等主要过程，具体步骤如下：

(一)配料红土镍矿经过配料，控制Fe:SiO₂在0.8～1，焙烧后的热渣入熔炼区，以280℃为例。焙烧后的红土镍矿流量60t/h，主要成分如下:

表1配料后案例红土镍矿主要成分表

元素	Ni	Co	Fe	S	A<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	SiO<sub>2</sub>	CaO
									成分％	1.63	0.07	24.15	0.09	2.41	13.33	29.76	1.51

(二)其它基本条件：

熔炼区：Fe/SiO₂＝0.87CaO/SiO₂＝0.14加入的煤其碳生成二氧化碳与一氧化碳的比例为9，一次风氧浓85.5％，二次风氧浓40％，一次烟气温度为1500℃，二次烟气温度为1550℃，锍温1250℃，渣温1450℃。煤固定碳78％。石英砂含SiO₂为86％。硫铁矿含铁42％，含硫38％。

(三)通过热平衡计算，主要结果如下：

1加入料单为(物料为干基的量)：硫铁矿8t/h，石灰石2.98t/h,煤5.82t/h。

2一次风氧浓85.5％，混合气量为10000m³/h；二次风氧浓为40％，混合气量为4500m³/h。

3熔炼区产出的主要数据如下：

熔炼区的冰镍流量为：4.52t/h,冰镍主要成分：

表2熔炼区冰镍主要元素成分表

元素	Ni	Co	Fe	S
					成分％	17.91	0.62	33.69	27.66

K＝0.013，熔炼区渣流量为68.66t/h,渣主要成分：

表3熔炼区渣主要成分表

元素	Ni	Co	Fe	S	A<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	SiO<sub>2</sub>	CaO
									成分％	0.24	0.0173	23.95	0.19	2.10	11.62	27.59	3.96

熔炼区烟气主要成分及流量为：

表4熔炼区烟气主要成分及流量表

成分	SO<sub>2</sub>	SO<sub>3</sub>	CO<sub>2</sub>	O<sub>2</sub>	CO	N<sub>2</sub>	H<sub>2</sub>O	合计
									流量m<sup>3</sup>/h	1163.19	35.97	9147.18	616.45	42.40	5005.00	1247.14	17257.33
％	6.74	0.21	53.00	3.57	0.25	29.00	7.23	100.00

4贫化区的料单为：硫铁矿1.5t/h，煤1.16t/h。

5贫化区一次风氧浓65％，混合气量为2450m³/h；二次风氧浓为40％，混合气量为1300m³/h。

6贫化区产出的主要数据如下：

贫化区的冰镍流量为：1.54t/h,冰镍主要成分：

表5贫化区冰镍主要元素成分表

元素	Ni	Co	Fe	S
					成分％	6.32	0.32	44.89	26.97

K＝0.0147,贫化区渣流量为：70.07t/h，渣主要成分：

表6贫化区渣主要成分表

元素	Ni	Co	Fe	A<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	SiO<sub>2</sub>	CaO
								成分％	0.09	0.01	23.40	2.05	11.37	27.37	4.00

贫化区烟气主要成分及流量为：

表7贫化区烟气主要成分及流量表

成分	SO<sub>2</sub>	SO<sub>3</sub>	CO<sub>2</sub>	O<sub>2</sub>	CO	N<sub>2</sub>	H<sub>2</sub>O	合计
									流量m<sup>3</sup>/h	170.29	5.27	1666.20	253.47	12.65	1637.50	234.37	3979.74
％	4.28	0.13	41.87	6.37	0.32	41.15	5.89	100.00

7熔炼区与贫化区冰镍合并后的流量为6.06t/h，成分为：

表8合并后的冰镍主要成分表

元素	Ni	Co	Fe	S
					成分％	14.97	0.54	36.53	27.49

8熔炼区与贫化区合并后的烟气主要成分及流量为：

表9合并后的烟气主要成分及流量表

成分	SO<sub>2</sub>	SO<sub>3</sub>	CO<sub>2</sub>	O<sub>2</sub>	CO	N<sub>2</sub>	H<sub>2</sub>O	合计
									流量m<sup>3</sup>/h	1333.48	41.24	10813.38	869.92	55.04	6642.50	1481.51	21237.07
％	6.28	0.19	50.92	4.10	0.26	31.28	6.98	100.00

9实施本发明工艺主要技术经济指标如下：

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员理解和使用本发明，熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.本工艺采用富氧侧吹双区炉冶炼红土镍矿，产出低品位冰镍、炉渣、烟气，烟气余热冷却、电收尘后送制酸。

2.如权利要求1所述的富氧侧吹双区熔炼炉其特征在于：中间隔墙将富氧侧吹双区熔池熔炼炉分为熔炼区与烟化区，隔墙底部高度低于一次风口0～350mm；熔炼区与烟化区的共炉缸，底部平齐，炉缸深度低于一次风口1000mm～1400mm；烟化区前端墙铜水套上设立排渣口，其中心线高度高于一次风口450±200mm；冰铜虹吸放出，虹吸孔可根据工艺需要，设在侧面或端部，可以开设多个虹吸冰铜孔；双区炉上部连通，烟化区烟气经过熔炼区上部与熔炼区烟气一同经过余热锅炉及电收尘后送制酸；冰铜虹吸孔内外高度以炉内冰铜面600mm作为计算依据；熔炼区面积以600m³/m²设计大小为宜，烟化区面积以渣停留时间1.5～2小时为宜。

3.如权利要求1所述的红土镍矿冶炼工艺，其特征在于：将焙烧后的高温红土镍矿加入熔炼区，同时在熔炼区按工艺要求的量加入硫铁矿、低品位冰镍、熔剂，提高渣中的硫化亚铁活度，使渣中Fe₃O₄含量降低，减少隔膜层的形成，有利于夹杂冰镍的沉降，并使渣中部分氧化态的镍硫化而进入冰铜相中；黄铁矿和低品位冰镍中的硫化亚铁可增加渣层中微细粒冰铜被吸附成大颗粒的机会，冰镍颗粒变大后，沉降速度更快；控制熔炼区和贫化区为弱还原性气氛，把物料中的Fe₃O₄还原成FeO，控制熔炼渣的Fe:SiO₂在0.6～0.95的范围内；控制CaO/SiO₂比在0.15～0.3的范围内，以保持渣更好的流动性。在贫化区按工艺要求的量加入煤和硫铁矿，控制贫化区为较强的还原性气氛；控制贫化区的与渣共存冰镍品位降到3～10％。从熔炼区和贫化区排出含SO₂的高温烟气，其中的还原性气体和单体硫在炉膛空间被鼓入的二次富氧空气氧化后，经余热锅炉冷却，电收尘器净化除尘后送硫酸车间制酸。