紅土鎳礦熔融還原製取鎳鐵合金工藝的製作方法

2023-04-26 12:06:46 1

專利名稱：紅土鎳礦熔融還原製取鎳鐵合金工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種紅土鎳礦熔融還原製取鎳鐵合金工藝，屬於鋼鐵冶金領域。
背景技術：
鎳、鉻主要用於冶煉不鏽鋼，通常的鎳基不鏽鋼，須添加8％～11％(重量)的鎳，18％～20％的鉻。全球約2/3的鎳用於生產不鏽鋼，因此不鏽鋼行業對鎳消費的影響居第1位。而目前可供人類開發利用的鎳資源只限於陸地的硫化鎳礦和氧化鎳礦兩種，其中約30％為硫化礦、70％為氧化鎳礦。氧化鎳礦床是含鎳橄欖巖在熱帶或亞熱帶地區經過大規模的長期的風化淋濾變質而成的，是由鐵、鋁、矽等含水氧化物組成的疏鬆的粘土狀礦石。由於鐵的氧化，礦石呈紅色，所以被稱為紅土鎳礦(laterite)，紅土鎳礦的可採部分一般由3層組成褐鐵礦層Ni含量0.8～1.5％，過渡層Ni含量1.5～1.8％，腐植土層Ni含量1.8～3.0％。鎳含量制約開發紅土鎳礦的技術及經濟指標。
目前，世界上投產的紅土鎳礦處理方法如下 火法工藝中主要為鼓風爐流程、克虜伯流程和迴轉窯-電爐熔煉、爐外還原冶煉鎳鐵等工藝，但需要紅土鎳礦具有較高品位；溼法工藝中加壓酸浸(HPAL)法雖然已實現工業化和產業化，但由於其採用高壓條件操作，對設備、規模、投資、操作控制及礦石品位等有很高要求，難以普遍推廣。而在鎳價格較高的情況下，國內部分地區提出利用高爐冶煉製備含鎳鐵水的方法來利用紅土鎳礦，但生產實踐表明，該方法具有明顯的不足(1)渣量較大(大於1120kg/t)；(2)爐渣鹼度低，不利脫硫；(3)焦比高，大於1000kg/t；(4)需配加螢石調整爐渣粘度；(5)高爐利用係數低；鐵產量低；(6)鐵水磷含量較高；(7)鐵水矽含量較高，不利於爐外脫磷。該方法為傳統高爐流程，加工成本高，環境汙染大。

發明內容
本發明提供一種紅土鎳礦熔融還原製取鎳鐵合金工藝，該工藝利用熔融還原技術經濟地從紅土鎳礦中製備不同規格的鎳鐵合金，用做生產優質不鏽鋼的原料，緩解我國不鏽鋼行業鎳資源嚴重短缺的困境。
紅土鎳礦熔融還原製取鎳鐵合金工藝，首先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，同時將脈石及硫、磷等有害元素轉入非磁性物相或易溶的硫酸鹽，然後利用溼式磁選，使鎳鐵大幅度富集的同時，脈石及硫、磷等有害元素被脫除，最後將預還原得到的鎳鐵精礦進行熔融還原製備鎳鐵合金。具體工藝過程及參數為將紅土鎳礦破碎篩分，大於5mm的塊礦直接入鏈箅機-迴轉窯預還原，小於5mm的礦粉細磨到-200目75-85％，加入複合粘結劑、還原煤、水經造球後入迴轉窯預還原，造球過程中複合粘結劑為腐植酸鈉、生石灰和碳酸鈉的混合物，混合重量比為8∶1∶1，複合粘結劑加入量為礦粉重量的1-3％，內配煤3-10％，水加入量10-15％，生球粒度為8-16mm。
球團預熱溫度800-900℃，預熱時間15min；預熱球團直接進入迴轉窯進行預還原。
預還原球團預還原在迴轉窯內進行，採用普通或劣質煤為還原劑，加入量800-850kg/t原礦；球團預還原溫度1050-1250℃，還原時間70-90min，乾式磁選預還原產品冷卻後進入弱磁選機，分離金屬化球團和煤灰；溼式磁選預還原的磁性產物破碎細磨到-200目80-90％，弱磁選工藝，磁選磁場強度80-100特斯拉，得到鎳品位為2-3％、鎳收率為90-95％，鐵品位58-68％、鐵收率為80-85％的鎳鐵粗精礦；還原熔煉鎳鐵精礦壓團進入電爐或其它熔煉爐內熔煉，還原熔煉溫度1500-1550℃，熔煉時間10-15min，爐渣鹼度(CaO/SiO2)0.7-1.2，得到含鎳6-10％，鐵85-90％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大於85％，硫磷低於0.04％。
本發明主要包括預還原-磁選-熔融還原工藝過程，具有以下特點其一，通過多功能添加劑所具有的粘結功能，將紅土鎳礦製成球團，不經焙燒直接入爐還原焙燒，即生球直接入爐，將氧化鎳轉化為金屬鎳，將赤鐵礦轉化為金屬鐵或磁鐵礦；其二，內配煤粉，強化預還原過程，加快還原速度，提高產量；其三，溼式磁選可預先脫除40％尾礦，降低雜質含量，一段富集使原礦鎳由1％左右提高到2-3％；其四，利用非焦煤或少量焦作還原劑，還原熔煉直接生產不同規格鎳鐵合金，合金中鎳含量6-10％，鐵含量90％左右，鎳鐵收率大於85％，冶煉成本低，環境好；其五，電爐中熔煉溫度較低，只有1500℃左右，入電爐處理料量僅60％，入爐品位高，雜質含量低，電耗和成本降低；其六，在電爐熔煉中調整鹼度和選擇性還原工藝條件，提高鎳鐵合金含鎳量，控制和降低有害元素含量。最後，球團礦或塊礦在進入迴轉窯前在鏈箅機上進行預熱，脫除結晶水，有利於降低能耗，節省成本。


圖1本發明的工藝流程具體實施方式
實施例1多功能添加劑用量為1％，內配3％還原煤造球，紅土鎳礦鎳品位0.85％，鐵品位50.03％；球團預熱溫度890℃，預熱時間15min；球團預還原溫度1050-1100℃，還原時間70-90min，還原煤添加量850kg/t；預還原產物破碎細磨到-200目80％，磁選磁場強度80特斯拉，得到鎳品位為2.10％、鎳收率為95.12％，鐵品位68.72％、鐵收率為82.21％的鎳鐵粗精礦；鎳鐵精礦壓團進入電爐熔煉，還原熔煉溫度1500-1550℃，熔煉時間10min，爐渣鹼度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到含鎳6.2％，鐵88.5％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大於85％，硫磷低於0.04％。
實施例2多功能添加劑用量為1％，內配還原煤4.5％；紅土鎳礦鎳品位1.38％，鐵品位48.90％；球團預熱溫度890℃，預熱時間15min；球團預還原溫度1090-1140℃，還原時間80-95min，還原煤添加量850kg/t；預還原產物破碎細磨到-200目80％，磁場強度85特斯拉，得到鎳品位為2.60％、鎳收率為94.08％，鐵品位68.25％、鐵收率為83.77％的鎳鐵粗精礦；還原熔煉溫度1510-1550℃，熔煉時間9min，爐渣鹼度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到鎳7.85％，鐵89.06％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大於86％，硫磷低於0.039％。
實施例3多功能添加劑用量為1.2％，內配煤4.5％造球，紅土鎳礦鎳品位1.54％，鐵品位39.45％；球團預熱溫度900℃，預熱時間15min；預還原溫度1050-1100℃，還原時間80-100min，還原煤添加量850kg/t；預還原產物破碎細磨到-200目80％，磁場強度110特斯拉，得到鎳品位為2.85％、鎳收率為93.69％，鐵品位66.97％、鐵收率為86.89％的鎳鐵粗精礦；還原熔煉溫度1520-1560℃，熔煉時間10min，爐渣鹼度(CaO/SiO2)1.0-1.1，得到鎳8.78％，鐵90.08％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大於85.07％，硫磷低於0.037％。
實施例4多功能添加劑用量為1.2％，內配煤4.5％造球，紅土鎳礦鎳品位1.83％，鐵品位26.90％；球團預熱溫度890℃，預熱時間15min；球團預還原溫度1050-1100℃，還原時間85-100min，還原煤添加量850kg/t；預還原產物破碎細磨到-200目81.9％，磁場強度175特斯拉，得到鎳品位為2.98％、鎳收率為93.08％，鐵品位39.38％、鐵收率為85.68％的鎳鐵粗精礦；鎳鐵粗精礦壓團後入爐熔煉，還原熔煉溫度1500-1540℃，熔煉時間9min，爐渣鹼度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到鎳9.44％，鐵88.06％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大於84.5％，硫磷低於0.04％。
實施例5多功能添加劑用量為1％，內配煤5％造球，紅土鎳礦鎳品位2.38％，鐵品位20.24％；球團預熱溫度890℃，預熱時間15min；球團預還原溫度1090-1140℃，還原時間90-100min，還原煤添加量848kg/t；預還原產物細磨到-200目82.5％，磁場強度180特斯拉，得到鎳品位為3.24％、鎳收率為92.23％，鐵品位35.27％、鐵收率為85.34％的鎳鐵粗精礦；鎳鐵粗精礦壓團後入爐熔煉，還原熔煉溫度1510-1550℃，熔煉時間9min，爐渣鹼度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到鎳10.76％，鐵85.24％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大於84.3％，硫磷低於0.048％。
實施例6紅土鎳礦塊礦(5-25mm)，紅土鎳礦鎳品位2.38％，鐵品位20.24％；球團預熱溫度910℃，預熱時間20min；預還原溫度1090-1140℃，還原時間90-100min，還原煤添加量840kg/t；預還原產物細磨到-200目82.5％，磁場強度180特斯拉，得到鎳品位為3.14％、鎳收率為92.19％，鐵品位34.58％、鐵收率為84.79％的鎳鐵粗精礦；鎳鐵粗精礦壓團後入爐熔煉，還原熔煉溫度1510-1550℃，熔煉時間9min，爐渣鹼度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到鎳9.88％，鐵84.37％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大於85.01％，硫磷低於0.042％。
權利要求
1.紅土鎳礦熔融還原製取鎳鐵合金工藝，其特徵在於首先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，同時將脈石及硫、磷等有害元素轉入非磁性物相或易溶的硫酸鹽，然後利用溼式磁選，使鎳鐵大幅度富集的同時，脈石及硫、磷等有害元素被脫除，最後將預還原得到的鎳鐵精礦進行熔融還原製備鎳鐵合金；具體工藝過程及參數為將紅土鎳礦破碎篩分，大於5mm的塊礦直接入鏈箅機-迴轉窯預還原，小於5mm的礦粉細磨到-200目75-85％，加入複合粘結劑、還原煤、水經造球後入迴轉窯預還原，造球過程中複合粘結劑為腐植酸鈉、生石灰和碳酸鈉的混合物，混合重量比為8∶1∶1，複合粘結劑加入量為礦粉重量的1-3％，內配煤3-10％，水加入量10-15％，生球粒度為8-16mm；球團預熱溫度800-900℃，預熱時間15min；預熱球團直接進入迴轉窯進行預還原；預還原球團預還原在迴轉窯內進行，採用普通或劣質煤為還原劑，加入量800-850kg/t原礦；球團預還原溫度1050-1250℃，還原時間70-90min，乾式磁選預還原產品冷卻後進入弱磁選機，分離金屬化球團和煤灰；溼式磁選預還原的磁性產物破碎細磨到-200目80-90％，弱磁選工藝，磁選磁場強度80-100特斯拉，得到鎳鐵粗精礦；還原熔煉鎳鐵精礦壓團進入電爐或其它熔煉爐內熔煉，還原熔煉溫度1500-1550℃，熔煉時間10-15min，爐渣鹼度0.7-1.2，得到含鎳6-10％，鐵85-90％左右的鎳鐵合金。
全文摘要
紅土鎳礦熔融還原製取鎳鐵合金工藝，首先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，然後利用溼式磁選，使鎳鐵大幅度富集的同時，脈石及硫、磷等有害元素被脫除，最後將預還原得到的鎳鐵精礦進行熔融還原製備鎳鐵合金。本發明具有工藝流程簡單，技術指標先進的特點，可適應不同品位的紅土鎳礦資源；能綜合利用紅土鎳礦中的鎳和鐵，有助於解決我國鐵礦資源緊缺和鎳資源奇缺的狀況；利用非焦煤或少量焦作還原劑，成本低，環境好；可生產鎳6－10％，鐵85－90％的鎳鐵合金，鎳鐵收率大於85％，硫磷低於0.03％。
文檔編號B03C1/02GK101033515SQ200710034750
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月16日 優先權日2007年4月16日
發明者朱德慶, 邱冠周, 潘建, 李啟厚, 崔瑜, 徐小鋒 申請人:中南大學