一種由紅土鎳礦直接製取鎳鐵合金粉的工藝的製作方法

2023-05-29 08:52:26 5

專利名稱：一種由紅土鎳礦直接製取鎳鐵合金粉的工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於鋼鐵冶金領域，涉及一種由紅土鎳礦製取鎳鐵合 金粉的工藝。
背景技術：
鎳是一種重要的戰略金屬材料，具有抗腐蝕、抗氧化、耐高 溫、強度高、延展性好等特點，在現代工業中有著廣泛的用途。鎳主要消費
於不鏽鋼生產，據統計不鏽鋼用鎳需求約佔全球鎳消費總量的60%。隨著國 民經濟的持續發展，我國不鏽鋼產量也不斷增長，造成了對鎳的需求激增， 鎳金屬供應短缺，需要大量進口。 2007年，我國紅土鎳礦進口量達1500萬噸， 較2006年增加了約4.1倍。
目前，世界上約60%的鎳金屬是從硫化鎳礦中提取，其生產工藝成熟， 但是隨著硫化鎳礦資源的不斷減少，佔地球鎳資源儲量70%的氧化鎳礦(紅 土鎳礦)的開發利用具有十分重要的現實意義。
紅土鎳礦的處理工藝主要有溼法和火法兩種。溼法工藝適用於褐鐵礦型 的紅土鎳礦和含鎂較低的矽鎂鎳礦，主要包括還原焙燒一氨浸和硫酸加壓酸 浸兩種相對成熟的工藝。近年來，紅土鎳礦的溼法冶金技術有了長足的進步， 特別是在加壓酸浸方面取得了較快的發展。但加壓酸浸存在工藝複雜、流程 長、設備材質要求高，產生的廢酸難以處理等問題，而且在處理矽鎂質型紅 土鎳礦時耗酸大、成本高。
還原熔煉生產鎳鐵是目前發展較快的紅土鎳礦火法處理工藝，用於熔煉 的設備主要有高爐、電爐兩類，但兩者的共同不足是需消耗大量冶金焦或電 能，能耗大、生產成本高。據估算，電爐熔煉僅電耗一項就約佔操作成本的 50%,若加上氧化鎳礦熔煉前的乾燥、焙燒預處理等的能源消耗，操作成本中 的能耗成本可能要佔65%以上；而且，礦石含鎳品位的高低對火法工藝的生 產成本影響較大，礦石鎳品位每降低0.1%，生產成本大約增加3 4%，因此， 火法工藝適合處理鎳品位較高的紅土鎳礦，有效降低能耗是未來火法工藝的 主要發展方向。
隨著紅土鎳礦開發重要性的加大，高效、低耗紅土鎳礦加工方法的研究 也越來越受重視，國內外關於紅土鎳礦處理方法的文獻報導也較多。"金川低品位氧化鎳礦的酸法制粒堆浸工藝研究"針對金川有色金屬公司低品位氧
化鎳礦，加入黏合劑N603制粒，加入潤溼液與礦石中的耗酸組分作用破壞碳 酸鹽和Ca、 Mg氧化物，以降低硫酸浸出過程中C02氣體逸出的不利影響， 使每噸礦石總耗酸量下降至258.8kg,鎳浸出率達85%以上。"元江貧氧化鎳 礦氯化離析焙砂的氨浸"採用氯化離析一焙砂氨浸一溶劑萃取一電積工藝處 理元江結合型貧氧化鎳礦，通過對浸出過程溶液電勢的調控，改善了氯化離 析焙砂的氨浸過程，Ni浸出率大於80。/。，但氯化焙燒過程所帶來的設備腐蝕 與環境汙染問題，以及相對較低的Co浸出率(55%)是該工藝的不足之處。 在專利方面，與氧化鎳礦處理的相關方法較多，具有代表性的包括"一 種氧化鎳礦的處理新方法"(申請號200610010935.3)，它綜合運用化工冶 金和選礦技術處理氧化鎳礦，具體工藝過程為將礦石破碎、磨礦，磁選出 強磁性礦物；礦漿加溫並加入濃硫酸浸出，然後加入硫化劑沉澱得硫化鎳； 將所有的固、液產物送入浮選設備，浮選出硫化鎳精礦，再從高品位的硫化 鎳精礦中回收鎳。"紅土鎳礦熔融還原製取鎳鐵合金工藝"(申請號-200710034750.0)，將紅土鎳礦中的氧化鎳和赤鐵礦預還原轉化為金屬鎳和金 屬鐵或四氧化三鐵，經溼式磁選使鎳、鐵富集，磁選得到的鎳鐵精礦再進行 熔融還原製備鎳鐵合金。"低品位紅土鎳礦綜合利用工藝"(申請號 200710035281.4)，則將紅土鎳礦破碎、篩分、磨礦後加入焦粉或煤粉造球， 生球布到燒結機上進行點火燒結，球團燒結礦冷卻、破碎後加入到電爐或鼓 風爐內，加入焦炭進行初還原，使部分鎳和少量鐵被還原，再進入終還原爐 還原，得到高鎳鐵合金。"不同類型紅土鎳礦的還原-磨選處理方法"(申請 號200610163831.6)將紅土鎳礦破碎、磨細，按一定比例加入碳質還原劑、 複合添加劑(氯化鈉、生石灰和鐵粉)與紅土鎳礦混磨，製成15 20mm的 球團，經200 400。C乾燥4 6h,採用迴轉窯在950 130(TC的溫度下還原焙 燒後，溼法球磨、搖床分選,獲得的重選鎳精礦再採用磁選法，以3000 5000Gs 磁場選別，得到高品位的鎳鐵混合精礦；專利"一種轉底爐快速還原含碳紅 土鎳礦球團富集鎳的方法"(申請號200610163832.0)，進一步提出以轉底 爐代替迴轉窯作為還原焙燒反應器進行快速還原，可使還原時間縮短至15 40min;專利"一種轉底爐-電爐聯合法處理紅土鎳礦生產鎳鐵方法"(申請號: 200610163834.X)則採用電爐熔分方法處理轉底爐還原焙燒產品，以生產鎳鐵。"利用紅土礦和煤直接生產含鎳鐵合金的方法"(申請號200610031071)提出 的工藝流程為配料一混料一球團一預還原一金屬化球團一水冷並破碎一物 理分離一含鎳鐵合金，球團的原料為紅土礦粉或含鎳粉塵，煤粉和粘接劑。"以 紅土鎳礦為原料用隧道窯直接還原鎳鐵的方法"(申請號200710072147.1)， 以隧道窯為反應器，將紅土鎳礦和還原劑按照質量比為1.00: 0.25 0.55的配 比裝入還原罐中，還原罐在隧道窯中經烘乾、預熱、還原、冷卻，再經過破 碎、磁選、壓塊，得到直接還原鎳鐵。"從氧化鎳礦矽酸鎳礦回收鎳鈷的方法" (申請號200610010774.8 )，將原礦氧化鎳礦、矽酸鎳礦破碎、磨礦至-0.074mm 佔80 卯°/。，加入原礦質量5 15%的焦炭粉、10 30%的氯化劑、0.1 1.0% 的助劑，製成粒徑5 15mm球團，再採用迴轉窯進行氯化離析焙燒，焙燒後 產品進入磁場強度為1500 3000Gs的磁選機選別，最後可得鎳品位為5 15%，鈷品位為0.3 1.7%的鎳鈷混合精礦,鎳鈷回收率分別為80 85%和70 80%。"一種處理氧化鎳礦的新方法"(申請號90103023.6)，採用微波能加 熱、硫化、選礦，精礦混入含N〉3.5y。的氧化鎳富礦進入等離子體(N2氣流 載)熔煉爐，一步直接獲取含Ni〉52M的高冰鎳，拋渣含Ni0.08。/。。
分析比較上述紅土鎳礦火法冶煉的工藝，可以發現有些工藝(如"一 種氧化鎳礦的處理新方法"、"紅土鎳礦熔融還原製取鎳鐵合金工藝"和"低 品位紅土鎳礦綜合利用工藝"等)只是預先富集得到中間產品(包括鎳精礦、 硫化鎳精礦、鎳鐵精礦等)，仍需進一步深還原與熔分；有些工藝(如，氯 化離析工藝中氯化過程)則容易造成嚴重的環境汙染與設備腐蝕等問題；有 些冶煉能耗高、生產成本高(如轉底爐、隧道窯等)；有些消耗昂貴冶金焦 炭(如電爐、礦熱爐等)，存在效率低、能耗高、環境汙染重等問題
發明內容
為實現高效率、低能耗、環境友好開發利用紅土鎳礦資源， 本發明提供一種由紅土鎳礦直接製取鎳鐵合金粉的工藝。
一種由紅土鎳礦直接製取鎳鐵合金粉的工藝，工藝過程及其具體參數為: 紅土鎳礦預先破碎、細磨至-0.074mm佔70~80%;按紅土鎳礦質量的10~15%、 1~3%、 5~10%、 0 5%分別加入元明粉、硼砂、蘇打、腐植酸鈉混勻、造塊； 以褐煤為還原劑，在1050 110(TC下還原90 60min;冷卻後的還原產品經破 碎、磨礦至-0.074mm佔80% (重量)，採用1000~2000Gs的磁場強度磁選，磁性產物即為鎳鐵合金粉。所得鎳鐵合金粉鎳、鐵品位高、雜質含量少，是 電爐冶煉不鏽鋼、合金鋼和合金鑄鐵等的優質原料。
與傳統火法冶煉鎳鐵合金工藝相比，新工藝具有如下突出優點
1) 新工藝中紅土鎳礦可不經預先富集，省卻高爐、電爐或礦熱爐還原-熔分等工藝，由紅土鎳礦直接製備鎳鐵合金粉，流程短、原料適應強，適合 處理包括褐鐵礦型、矽鎂質型和腐殖土型在內的各種紅土鎳礦。
2) 本發明提供的添加劑在還原過程中可大幅度降低還原溫度，催化鎳、 鐵還原，促進鎳、鐵晶粒長大，同時可與紅土鎳礦中含鎂、矽、鋁等脈石礦 物發生化學反應，生成新的非磁性物質，使礦物原有結構受到破壞，為鎳、 鐵的還原以及與雜質的分離創造有利條件，強化磁選分離效果。與氯化物添 加劑相比，本發明所開發的添加劑不產生環境汙染、設備腐蝕等問題。
3) 本發明以反應性能優良的褐煤替代焦炭做還原劑，可在1050 1100°C 的較低還原溫度下獲得優良的還原與分選效果，還原溫度較之以焦炭做還原 劑(一般要達到1300'C以上)低200~250°C。與價格昂貴的冶金焦炭相比， 褐煤不僅儲量大、分布廣、價格低廉，而且能避免焦化過程中帶來的環境汙 染問題。
4) 新工藝所製取的鎳鐵合金粉中雜質含量低，鎳、鐵品位高，其鎳、鐵 含量之和大於90%，原礦中Ni/Fe比越高，且獲得的鎳鐵合粉中Ni含量越高； 鎳、鐵回收效果好，二者回收率最高均可達到90%以上。
綜上，本發明具有產品質量高，鎳、鐵綜合回收效果好，工藝流程簡單、 生產效率高，能耗少、成本低、投資小，環境友好等特點。本發明為世界上 儲量豐富的紅土鎳礦資源的高效開發利用提供了有效途徑，有著十分廣闊的 推廣應用前景。


圖1:本發明的工藝流程示意圖。
具體實施例方式
對照例TFe含量22.03X， Ni含量1.57%的紅土鎳礦(矽鎂質型)，破 碎、磨礦至-0.074mm佔70%;造球，球團乾燥後以褐煤做還原劑，在1100°C 的溫度下還原焙燒120min，還原產物破碎、磨礦至-0.074mm佔80%，以1500Gs 磁場強度磁選，所得精礦中鎳品位2.06%，鎳回收率46.4%;鐵品位57.2%， 鐵回收率56.4%。實施例l: TFe含量22.03X， Ni含量1.57%的紅土鎳礦(矽鎂質型)， 破碎、磨礦至-0.074mm佔70%;按紅土鎳礦質量百分比的15%、 1%、 5%分 別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團乾燥後以褐煤作還原劑，還原溫 度1050°C，還原時間60min;還原產物經磨礦至-0.074mm佔80%,以1000Gs 磁場強度磁選。所得鎳鐵合金粉中鎳品位5.49%，鎳回收率79.5%;鐵品位 70.67%,鐵回收率76.7%。
實施例2: TFe含量22.03%， Ni含量1.57%的紅土鎳礦(矽鎂質型)， 破碎、磨礦至-0.074mm佔70%;按紅土鎳礦質量百分比的15%、 2%、 7.5% 分別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團乾燥後以褐煤作還原劑，還原 溫度1050°C,還原時間90min;還原產物經磨礦至-0.074mm佔80%，以1500 Gs磁場強度磁選。所得鎳鐵合金粉鎳品位6.91%，鎳回收率87.2%;鐵品位 85.90%,鐵回收率89.5%。
實施例3: TFe含量22.03Q^， Ni含量1.57%的紅土鎳礦(矽鎂質型)， 破碎、磨礦至-0.074mm佔70%;按紅土鎳礦質量百分比的15%、 3%、 7.5% 分別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團乾燥後以褐煤作還原劑，還原 溫度105(TC，還原時間60min;還原產物經磨礦至-0.074mm佔80%,以1500 Gs磁場強度磁選。所得鎳鐵合金粉中鎳品位6.36%,鎳回收率84.4%;鐵品 位82.03%,鐵回收率81.0%。
實施例4: TFe含量22.03%， Ni含量1.57%的紅土鎳礦(矽鎂質型)， 破碎、磨礦至-0.074mm佔70%;按紅土鎳礦質量百分比的15%、 3%、 7.5% 分別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻壓團；團塊乾燥後以褐煤作還原劑，還原 溫度1050t:，還原時間90min;還原產物經磨礦至-0.074mm佔80%,以1500Gs 磁場強度磁選。所得鎳鐵合金粉鎳品位7.67%，鎳回收率89.8%;鐵品位86.03 %，鐵回收率88.6%。
實施例5: TFe含量22.03%， Ni含量1.57%的紅土鎳礦(矽鎂質型)， 破碎、磨礦至-0.074mm佔70%;按紅土鎳礦質量百分比的15%、 3°/。、 7.5% 分別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團乾燥後以褐煤作還原劑，還原 溫度IIO(TC,還原時間60min;還原產物經磨礦至-0.074mm佔80%，以1500Gs 磁場強度磁選。所得鎳鐵合金粉中鎳品位7.90%，鎳回收率90.2%;鐵品位 87.84%，鐵回收率90.9%。實施例6: TFe含量42.73%， Ni含量0.87%的紅土鎳礦(褐鐵礦型)， 破碎、磨礦至-0.074mm佔80%;按紅土鎳礦質量百分比的15%、 3%、 10%分 別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團乾燥後以褐煤作還原劑，還原溫 度1050°C，還原時間60min;還原產物經磨礦至-0.074mm佔80%;以1000Gs 磁場強度磁選。所得的鎳鐵合金粉中鎳品位1.85。/^，鎳回收率93.0%;鐵品位 89.25%,鐵回收率90.7%。
實施例7: TFe含量42.73%， Ni含量0.87%的紅土鎳礦(褐鐵礦型)， 破碎、磨礦至-0.074mm佔80%;按紅土鎳礦質量百分比的15%、 3%、 10%分 別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團乾燥後以褐煤作還原劑，還原溫 度1050°C,還原時間卯min;還原產物經磨礦至-0.074mm佔80%;以1000Gs 磁場強度磁選。所得的鎳鐵合金粉中鎳品位1.94%，鎳回收率96.7%;鐵品位 88.95%,鐵回收率91.3%。
實施例8: TFe含量42.73%， Ni含量0.87%的紅土鎳礦(褐鐵礦型)， 破碎、磨礦至-0.074mm佔80%;按紅土鎳礦質量百分比的15。/。、 3%、 7.5% 分別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團乾燥後以褐煤作還原劑，還原 溫度IIO(TC，還原時間60min;還原產物經磨礦至-0.074mm佔80%;以2000Gs 磁場強度磁選。所得的鎳鐵合金粉中鎳品位1.98%，鎳回收率98.1%;鐵品位 90.35%，鐵回收率94.3%。
實施例9: TFe含量15.95%， Ni含量2.15%的紅土鎳礦(腐殖土型)， 破碎、磨礦至-0.074mm佔80%;按紅土鎳礦質量百分比的15%、 3°/。、 5%、 5%分別配入元明粉、硼砂、蘇打、腐植酸鈉混勻壓團；團塊乾燥後以褐煤作 還原劑，還原溫度110(TC，還原時間60min;還原產物經磨礦至-0.074mm佔 80%;以1500Gs磁場強度磁選。所得的鎳鐵合金粉中鎳品位13.76%，鎳回 收率90.4%;鐵品位81.14%，鐵回收率90.07%。
權利要求
1. 一種由紅土鎳礦直接製取鎳鐵合金粉的工藝，其特徵在於將紅土鎳礦經破碎、磨礦至-0.074mm佔70-80％，加入添加劑混勻、造塊，以褐煤為還原劑，在1050～1100℃下還原90～60min；還原產品經冷卻後破碎、磨礦至-0.074mm佔80％，採用1000～2000Gs磁場強度磁選分離，所得磁性物即為鎳鐵合金粉；所述添加劑由元明粉、硼砂、蘇打和腐植酸鈉混合而成，混合比例分別為紅土鎳礦質量的10～15％、1～3％、5～10％、0～5％。
全文摘要
一種由紅土鎳礦直接製取鎳鐵合金粉的工藝。本發明將紅土鎳礦礦石破碎、磨礦，加入添加劑混勻、造塊，團塊乾燥後在一定溫度下用煤作還原劑，將鎳、鐵還原為金屬鎳、金屬鐵，還原產物再經破碎、磨礦後，採用弱磁選方法分選，磁性產品即為鎳鐵合金粉。本發明具有原料適用性強，鎳鐵綜合回收效果好，工藝流程簡單、生產效率高，能耗小、成本低、投資少，環境友好等特點，所製取的鎳鐵合金粉是冶煉不鏽鋼、合金鋼和合金鑄鐵等的優質原料。
文檔編號C22B1/14GK101413055SQ20081014386
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月9日 優先權日2008年12月9日
發明者劉牡丹, 濤 姜, 娜 孫, 張元波, 騫 李, 李光輝, 楊永斌, 白國華, 範曉慧, 袁禮順, 斌 許, 謝朝明, 郭宇峰, 陳麗勇, 陳許玲, 饒明軍, 黃柱成 申請人:中南大學