CN116875759A - 一种从红土镍矿高压浸出渣中回收铁的资源化回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从红土镍矿高压浸出渣中回收铁的资源化回收方法，包括以下步骤：(1)将红土镍矿高压浸出渣、粘结剂混合搅拌后通过制团工艺得到球团，并进行干燥处理得到干燥球团；(2)将干燥球团与黄铁矿混合，在氧气气氛下进行加热焙烧得到焙烧料和烟气，所述烟气经过制酸工艺得到硫酸；(3)将焙烧料、助熔剂和还原剂混合，再加热熔炼后得到铁水、熔炼渣和烟气。本发明的资源化回收方法通过加热焙烧工序与加热熔炼工序相结合的方法处理红土镍矿高压浸出渣，实现红土镍矿高压浸出渣中铁的高效回收利用，可有效减少产物中硫元素，便于产物的资源化利用，且能提高烟气中SO2的浓度，使该步骤中除去的硫元素也得到充分利用。
Description
技术领域
本发明属于废渣利用领域，尤其涉及一种红土镍矿高压浸出渣的回收方法。
背景技术
镍是新能源战略金属，随着新能源产业快速发展，动力电池需求急剧增长，对镍需求更加迫切，镍资源高效提取对推动我国新能源产业可持续性发展具有重要意义。红土镍矿是重要提镍资源。高压酸浸法是处理红土镍矿的主流工艺之一，该方法是在高温高压的特殊条件下采用酸性溶液浸出红土镍矿中有价金属，适用于处理镍含量大于1.3％的褐铁矿型红土镍矿。在高压酸浸过程中，生产1万吨金属镍会产生130-160万吨的高压浸出渣。
目前，红土镍矿高压浸出渣处理途径主要是直接堆存，高压浸出渣含有重金属，使其堆存不仅导致资源浪费，还存在有害离子浸出等生态安全隐患。铁是红土镍矿高压浸出渣中的主要成分，若将渣中的铁高效回收并用于炼铁/炼钢，可大大降低铁资源浪费，提高资源利用率的同时还有利于生态安全。但目前，针对红土镍矿高压浸出渣，并没有一种有效的铁回收路径，因此亟需开发红土镍矿高压浸出渣处理以回收铁的新方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种从红土镍矿高压浸出渣中回收铁的资源化回收方法，该回收方法具有铁回收率高、硫利用率高等优点。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种从红土镍矿高压浸出渣中回收铁的资源化回收方法，包括以下步骤：
(1)将红土镍矿高压浸出渣、粘结剂混合搅拌后通过制团工艺得到球团，并进行干燥处理得到干燥球团；
(2)将所述干燥球团与黄铁矿混合，在氧气气氛下进行加热焙烧得到焙烧料和烟气，所述烟气经过制酸工艺得到硫酸；
(3)将所述焙烧料、助熔剂和还原剂混合，再加热熔炼后得到铁水、熔炼渣和烟气。上述熔炼渣可作为水泥熟料。
上述资源化回收方法中，优选的，所述红土镍矿高压浸出渣包含质量含量为40-60％的铁、0.8-1.5％的铬、0.5-1.5％的铝、0.1-0.5％的镁、1-2.5％的硫，且硫主要以硫酸盐的形式存在；所述粘结剂包括膨润土、消石灰和生石灰中一种或多种，所述红土镍矿高压浸出渣和粘结剂的质量比为(80-90)：(10-20)；干燥处理时控制干燥温度为100-150℃，干燥时间为1-3h。因为红土镍矿高压酸浸渣粒度很小，若不经过制团直接冶炼，会造成烟尘量大，资源利用率低，通过加入粘结剂造球可以很好的规避上述问题。粘结剂既可以改善物料的成球性，又因为粘结剂中可含有氧化钙等成分，加入粘结剂可以调整球团的化学组成。粘结剂加入量过多，造成生球内部的透气性降低，阻碍水蒸汽逸出，且使生产成本增加；粘结剂加入量过少，球团的抗压强度低，易破碎。干燥处理目的主要是蒸发球团的水分；为了保持粘结剂的活性，干燥温度应不超过150℃。
上述资源化回收方法中，优选的，控制所述干燥球团与黄铁矿的质量比为(90-95)：(5-10)。黄铁矿的加入量要合理控制，黄铁矿加入量过多，会造成成本增加，增加后续制酸工艺压力，且黄铁矿加入过多，可能出现黄铁矿未充分反应的情况，反而会增加焙烧料中的硫含量，反而不利于步骤(3)中得到硫含量低的铁水；黄铁矿加入量过少，烟气中二氧化硫浓度过低，不能用其制酸，且对硫酸盐的分解促进作用有限。
上述资源化回收方法中，优选的，加热焙烧时控制焙烧温度为800-1000℃，焙烧时间为1-4h。焙烧温度过高和焙烧时间过长，会增加能耗；焙烧温度过低和焙烧时间过少，会影响黄铁矿的充分反应，硫酸盐分解不完全，进而导致焙烧料中含硫量高。
上述资源化回收方法中，优选的，加热焙烧时通入氧气，氧气的通入量为标准大气压下每吨干燥球团通入30-100m3。
上述资源化回收方法中，优选的，步骤(2)中得到的烟气中SO2的体积浓度大于3.5％，焙烧料中硫的质量含量为小于0.25％。上述烟气可直接用于制酸，焙烧料中的硫含量低，后续得到的铁水中硫含量更低，可直接用于炼钢工序。
本发明的目的为从红土镍矿高压酸浸渣回收得到铁水直接用于炼钢工序，硫在炼钢过程中是有害元素，一般铁水中含硫量越低越好，为了使其成为资源化，需要预处理原料中的硫，一般要求铁水含硫质量分数小于0.04％。炼钢过程中虽可以去硫，但会降低炉子生产率，增加原材料消耗。本发明中采用加热焙烧的目的主要是使硫酸盐的分解，除去原料中的部分硫，以免对后续的冶炼产生不利影响。且本发明在加热焙烧时还加入黄铁矿协同处理，加入黄铁矿有两个主要作用，一是黄铁矿在氧化条件下可分解含有镍、铁等金属硫酸盐，促进硫酸盐的分解，减少焙烧料中的硫含量；二是黄铁矿在氧化气氛分解产生SO2，可提高焙烧烟气中SO2浓度，利于制酸，使原本不宜利用的低浓度烟气(若不加入黄铁矿，直接加热焙烧产生的烟气中SO2低，不宜用于制酸工序)充分利用起来，减轻尾气处理成本的同时也使尾气得到了资源化利用。
上述资源化回收方法中，优选的，所述助熔剂包括石灰石、生石灰和熟石灰中的一种或多种，所述助熔剂的加入量为焙烧料质量的5-10％。助熔剂的作用主要是调节渣型，保持熔渣具有良好的流动性，便于渣金分离。
上述资源化回收方法中，优选的，所述还原剂包括固体还原剂和气态还原剂，所述固态还原剂包括无烟煤、烟煤和焦炭中的一种或多种，所述气态还原剂包括氢气、一氧化碳、水煤气和天然气的一种或多种；所述还原剂的加入量单独以固体还原剂计时，还原剂的加入量为焙烧料质量的4-8％；所述还原剂的加入量单独以气态还原剂计时，还原剂的通入量为标准大气压下每吨焙烧料通入150-300m3。
上述资源化回收方法中，优选的，加热熔炼时控制熔炼温度为1400-1550℃，熔炼时间为2-4h。熔炼温度过低，存在物料不能完全熔融，导致粘度大，回收效果差；熔炼温度过高，会导致，熔体流动性过好，加剧对炉衬的侵蚀，减少炉子的使用寿命。
上述资源化回收方法中，优选的，所述铁水中单质铁的质量含量在95％以上，硫的质量含量低于0.04％。上述铁水中铁含量高，硫含量低，可直接用于炼钢工序，有利于产品的直接利用。
上述资源化回收方法中，优选的，步骤(3)产生的烟气返回至干燥处理过程中。烟气返回至干燥处理可起到两方面作用，一方面为干燥处理工艺提供热量，降低能耗；另一方面可利用烟气中的还原性气体，提高还原剂利用率。
本发明的加热焙烧过程涉及的主要化学反应方程式如下：
FeS2+1.25Fe2(SO4)3＝3.5FeO+5.75SO2(g)；
Fe2(SO4)3＝Fe2O3+3SO2(g)+1.5O2(g)；
1.5Fe2(SO4)3＝Fe3O4+4.5SO2(g)+2.5O2(g)；
Fe2(SO4)3＝2FeO+3SO2(g)+2O2(g)。
本发明中铁氧化物利用氢气还原机理如下：
3Fe2O3+H2(g)＝2Fe3O4+H2O(g)；
Fe3O4+H2(g)＝3FeO+H2O(g)；
FeO+H2(g)＝Fe+H2O(g)。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的从红土镍矿高压浸出渣中回收铁的资源化回收方法通过加热焙烧工序与加热熔炼工序相结合的方法处理红土镍矿高压浸出渣，实现红土镍矿高压浸出渣的资源化和高值化利用，实现红土镍矿高压浸出渣中铁的高效回收利用，避免其堆存造成的环境污染的同时，可缓解国内铁资源的供需矛盾，得到的铁水可直接用于炼钢工序，促进我国钢铁产业发展。
2、本发明的从红土镍矿高压浸出渣中回收铁的资源化回收方法创新性的采用焙烧料与黄铁矿混合后进行加热焙烧，其二者协同作用，可有效减少产物中硫元素，便于产物的资源化利用，且能提高烟气中SO2的浓度，使该步骤中除去的硫元素也得到充分利用，实现资源的充分回收利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的从红土镍矿高压浸出渣中回收铁的资源化回收方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
如图1所示，一种从红土镍矿高压浸出渣中回收铁的资源化回收方法，包括以下步骤：
(1)将红土镍矿高压浸出渣与粘结剂膨润土按质量比为85：15的比例进行混合搅拌后通过制团工艺得到球团；将球团在120℃下进行干燥处理2h得到干燥球团。
(2)将干燥球团与黄铁矿按质量比为90：10的比例混合，在氧气气氛下进行加热焙烧，氧气的通入量为标准大气压下每吨干燥球团通入35m3，焙烧温度900℃，焙烧2.5h后得到焙烧料和烟气，烟气经过制酸工艺得到硫酸。
(3)将焙烧料、焙烧料质量8％助熔剂和焙烧料质量5％固体还原剂碳搭配在1500℃下冶炼3.5h后得到铁水、熔炼渣和烟气，烟气返回干燥处理过程，熔炼渣作为水泥熟料。
本实施例中，红土镍矿高压浸出渣的主要成分的质量含量为45.5％的铁、1.3％的铬、0.85％的铝、0.33％的镁、1.9％的硫，硫主要以硫酸盐的形式存在。经过步骤(2)处理后得到的焙烧料中的硫的含量为0.2％，烟气中二氧化硫的体积浓度为4.88％，可直接用于制酸。经过步骤(3)处理后得到的产物铁水中单质铁含量为95.10％，硫含量为0.020％，铁的回收率为95.43％，可直接用于炼钢工序。
实施例2：
如图1所示，一种从红土镍矿高压浸出渣中回收铁的资源化回收方法，包括以下步骤：
(1)将红土镍矿高压浸出渣与粘结剂膨润土按质量比为85：15的比例进行混合搅拌后通过制团工艺得到球团；将球团在120℃下进行干燥处理2h得到干燥球团。
(2)将干燥球团与黄铁矿按质量比为95：5的比例混合，在氧气气氛下进行加热焙烧，氧气的通入量为标准大气压下每吨干燥球团通入35m3，焙烧温度1000℃，焙烧2.5h后得到焙烧料和烟气，烟气经过制酸工艺得到硫酸。
(3)将焙烧料、焙烧料质量8％助熔剂和焙烧料质量5％固体还原剂碳搭配在1500℃下冶炼3.5h后得到铁水、熔炼渣和烟气，烟气返回干燥处理过程，熔炼渣作为水泥熟料。
本实施例中，红土镍矿高压浸出渣的主要成分的质量含量为45.5％的铁、1.3％的铬、0.85％的铝、0.33％的镁、1.9％的硫，硫主要以硫酸盐的形式存在。经过步骤(2)处理后得到的焙烧料中的硫的含量为0.18％，烟气中二氧化硫的体积浓度为4.01％，可直接用于制酸。经过步骤(3)处理后得到的产物铁水中单质铁含量为96.89％，硫含量为0.017％，铁的回收率为96.53％，可直接用于炼钢工序。
实施例3：
如图1所示，一种从红土镍矿高压浸出渣中回收铁的资源化回收方法，包括以下步骤：
(1)将红土镍矿高压浸出渣与粘结剂膨润土按质量比为88：12的比例进行混合搅拌后通过制团工艺得到球团；将球团在120℃下进行干燥处理3h得到干燥球团。
(2)将干燥球团与黄铁矿按质量比为92：8的比例混合，在氧气气氛下进行加热焙烧，氧气的通入量为标准大气压下每吨干燥球团通入30m3，焙烧温度800℃，焙烧3h后得到焙烧料和烟气，烟气经过制酸工艺得到硫酸。
(3)将焙烧料、焙烧料质量8％助熔剂和焙烧料质量5％固体还原剂碳搭配在1450℃下冶炼3h后得到铁水、熔炼渣和烟气，烟气返回干燥处理过程，熔炼渣作为水泥熟料。
本实施例中，红土镍矿高压浸出渣的主要成分的质量含量为45.5％的铁、1.3％的铬、0.85％的铝、0.33％的镁、1.9％的硫，硫主要以硫酸盐的形式存在。经过步骤(2)处理后得到的焙烧料中的硫的含量为0.19％，烟气中二氧化硫的体积浓度为4.22％，可直接用于制酸。经过步骤(3)处理后得到的产物铁水中单质铁含量为95.89％，硫含量为0.020％，铁的回收率为95.51％，可直接用于炼钢工序。
对比例1：
一种从红土镍矿高压浸出渣中回收铁的资源化回收方法，包括以下步骤：
(1)将红土镍矿高压浸出渣与粘结剂膨润土按质量比为85：15的比例进行混合搅拌后通过制团工艺得到球团；将球团在120℃下进行干燥处理2h得到干燥球团。
(2)将干燥球团、干燥球团质量8％助熔剂和干燥球团质量5％固体还原剂碳搭配在1500℃下冶炼3.5h后得到铁水、熔炼渣和烟气，烟气返回干燥处理过程，熔炼渣作为水泥熟料。
本对比例中，红土镍矿高压浸出渣的主要成分的质量含量为45.5％的铁、1.3％的铬、0.85％的铝、0.33％的镁、1.9％的硫，硫主要以硫酸盐的形式存在。经过步骤(3)处理后得到的产物铁水中单质铁含量为91.22％，硫含量为0.10％，铁的回收率为89.21％，不宜直接用于炼钢工序。
对比例2：
一种从红土镍矿高压浸出渣中回收铁的资源化回收方法，包括以下步骤：
(1)将红土镍矿高压浸出渣与粘结剂膨润土按质量比为85：15的比例进行混合搅拌后通过制团工艺得到球团；将球团在120℃下进行干燥处理2h得到干燥球团。
(2)将干燥球团在氧气气氛下进行加热焙烧，氧气的通入量为标准大气压下每吨干燥球团通入35m3，焙烧温度900℃，焙烧2.5h后得到焙烧料和烟气。
(3)将焙烧料、焙烧料质量8％助熔剂和焙烧料质量5％固体还原剂碳搭配在1500℃下冶炼3.5h后得到铁、熔炼渣和烟气，烟气返回干燥处理过程，熔炼渣作为水泥熟料。
本对比例中，红土镍矿高压浸出渣的主要成分的质量含量为45.5％的铁、1.3％的铬、0.85％的铝、0.33％的镁、1.9％的硫，硫主要以硫酸盐的形式存在。经过步骤(2)处理后得到的焙烧料中的硫的含量为0.29％，烟气中二氧化硫的体积浓度为2.03％。经过步骤(3)处理后得到的产物中铁水中单质铁含量为94.65％，硫含量为0.073％，铁的回收率为90.11％，硫含量较高，不宜直接用于炼钢工序。
Claims (10)
1.一种从红土镍矿高压浸出渣中回收铁的资源化回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将红土镍矿高压浸出渣、粘结剂混合搅拌后通过制团工艺得到球团，并进行干燥处理得到干燥球团；
(2)将所述干燥球团与黄铁矿混合，在氧气气氛下进行加热焙烧得到焙烧料和烟气，所述烟气经过制酸工艺得到硫酸；
(3)将所述焙烧料、助熔剂和还原剂混合，再加热熔炼后得到铁水、熔炼渣和烟气。
2.根据权利要求1所述的资源化回收方法，其特征在于，所述红土镍矿高压浸出渣包含质量含量为40-60％的铁、0.8-1.5％的铬、0.5-1.5％的铝、0.1-0.5％的镁、1-2.5％的硫，且硫主要以硫酸盐的形式存在；所述粘结剂包括膨润土、消石灰和生石灰中一种或多种，所述红土镍矿高压浸出渣和粘结剂的质量比为(80-90)：(10-20)；干燥处理时控制干燥温度为100-150℃，干燥时间为1-3h。
3.根据权利要求1所述的资源化回收方法，其特征在于，控制所述干燥球团与黄铁矿的质量比为(90-95)：(5-10)。
4.根据权利要求1所述的资源化回收方法，其特征在于，加热焙烧时控制焙烧温度为800-1000℃，焙烧时间为1-4h。
5.根据权利要求1所述的资源化回收方法，其特征在于，加热焙烧时通入氧气，氧气的通入量为标准大气压下每吨干燥球团通入30-100m3。
6.根据权利要求1所述的资源化回收方法，其特征在于，步骤(2)中得到的烟气中SO2的体积浓度大于3.5％，焙烧料中硫的质量含量为小于0.25％。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的资源化回收方法，其特征在于，所述助熔剂包括石灰石、生石灰和熟石灰中的一种或多种，所述助熔剂的加入量为焙烧料质量的5-10％。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的资源化回收方法，其特征在于，所述还原剂包括固体还原剂和气态还原剂，所述固态还原剂包括无烟煤、烟煤和焦炭中的一种或多种，所述气态还原剂包括氢气、一氧化碳、水煤气和天然气的一种或多种；所述还原剂的加入量单独以固体还原剂计时，还原剂的加入量为焙烧料质量的4-8％；所述还原剂的加入量单独以气态还原剂计时，还原剂的通入量为标准大气压下每吨焙烧料通入150-300m3。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的资源化回收方法，其特征在于，加热熔炼时控制熔炼温度为1400-1550℃，熔炼时间为2-4h。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的资源化回收方法，其特征在于，所述铁水中单质铁的质量含量在95％以上，硫的质量含量低于0.04％。
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| CN117403057B (zh) * | 2023-12-14 | 2024-03-08 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 红土镍矿酸浸渣的处理方法、活性材料 |
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