紅土鎳礦一步法製備含鎳不鏽鋼原料的方法
2023-05-18 22:49:11 1
紅土鎳礦一步法製備含鎳不鏽鋼原料的方法
【專利摘要】本發明屬於有色金屬冶金領域，具體地，本發明涉及紅土鎳礦一步法製備含鎳不鏽鋼原料的方法。本發明包括以下步驟：1）將紅土鎳礦進行乾燥處理；2）將乾燥後紅土鎳礦進行球磨，同時球磨還原劑煤粉；3）將球磨後的紅土鎳礦配加生石灰、球磨後的還原劑煤粉，壓製成生球團；4）將壓制好的生球團進行乾燥；5）將乾燥的生球團進行快速還原；6）將還原焙燒後的球團進行水冷；7）將還原後的球團進行破碎分離，破碎至3mm以下，採用重選或磁選分離方式獲得含鎳不鏽鋼原料。本發明通過特有還原設備，提高還原溫度，極大縮短了球團還原時間，提高了鎳的回收率。同時針對低品位紅土鎳礦制定的配料、壓球方法擴大了原料的適用範圍。
【專利說明】紅土鎳礦一步法製備含鎳不鏽鋼原料的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於有色金屬冶金領域，具體地，本發明涉及紅土鎳礦一步法製備含鎳不鏽鋼原料的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著我國不鏽鋼需求量和產能的大幅提高，對鎳、鉻的需求也隨之增大。鉻鎳系不鏽鋼佔世界不鏽鋼產量的三分之二。為保證不鏽鋼所固有的耐腐蝕性，鋼必須含有16%以上鉻、8%以上的鎳。鉻和鎳是生產不鏽鋼的基本添加元素。我國每年需要生產大量的鉻鐵和鎳鐵。鎳具有抗腐蝕、抗氧化、耐高溫、強度高、延展性好等特點，因而，其用途廣泛。目前在鎳的消費中，鋼鐵和有色金屬冶煉業約佔總消費量的65%~70%，尤其是在不鏽鋼和耐熱鋼中的應用比重最大。鎳的主要來源分別為硫化鎳礦與紅土鎳礦，隨著鎳市場需要的不斷增長以及硫化鎳資源的逐漸枯竭，對紅土鎳礦的開發與利用將具有廣闊的前景。
[0003]紅土鎳礦處理工藝較多，按照冶煉工藝的特點分為火法工藝和溼法工藝。火法工藝主要適用於處理含Ni品位較高的紅土鎳礦，即Ni的品位在1.5%~3%之間。常見的方法主要包括迴轉窯乾燥預還原-電爐熔煉法(RKEF)、鼓風爐熔煉法、燒結-高爐還原熔煉法、豎爐電爐工藝等，產品主要為鎳鐵合金和鎳鋶；溼法工藝主要有兩種，分別是還原焙燒一氨浸工藝和硫酸加壓酸浸工藝。由於紅土鎳礦中的Ni品位低而且主要賦存於其他礦物中，例如在褐鐵型紅土鎳礦中，Ni賦存於針鐵礦中，而在矽鎂型紅土鎳礦中，Ni主要賦存於矽酸鹽中(蛇紋石和橄欖石)。因此適宜採用火法工藝進行冶煉，而且隨著不鏽鋼產量的日益增加，採用火法冶煉鎳鐵合金成為目前最主要的工藝。
[0004]梁威等人採用「一步還原焙燒-磁選」工藝製取鎳鐵合金。分別考察還原溫度、還原時間、還原煤量和複合添加劑對紅土鎳礦焙燒還原效果的影響。研究結果表明:配煤量為20%、複合添加劑為12%、`焙燒溫度為1200°C、通隊保護條件下焙燒180min，原礦中的大部分氧化鎳和少量氧化鐵得到選擇性還原。焙燒水淬急冷後常規磁選，得到Ni質量分數為
10.74%，Fe與Ni的質量分數之比為4.5，Ni回收率為86.23%的鎳鐵精礦。這種方法在一定程度上能夠達到從紅土鎳礦中高效回收鎳鐵的目的，但是還原時間太長，能否在工業實踐中得到應用值得進一步探討。
[0005]李豔軍等人採用深度還原-磁選工藝，以煤粉為還原劑，添加氧化鈣作助熔，在不完全造渣的條件下，將礦石中鎳和鐵的氧化物還原成金屬鎳鐵，然後經磁選富集得到磁選精礦。結果表明，深度還原最佳工藝條件為:還原溫度1300°C,還原時間60min,配煤過剩倍數2，在此工藝條件下可以得到鎳、鐵質量分數分別為5.01%，22.46%的鎳鐵產品，鎳、鐵回收率分別為96.05%, 79.69%。對深度還原過程研究表明，還原物料中鎳和鐵以金屬合金顆粒形式存在，升高還原溫度及適當延長還原時間有利於鎳、鐵還原以及金屬顆粒的聚集長大，進而有利於磁選富集。
[0006]張建良等人利用深還原工藝將鎳和鐵由其礦物還原成金屬鎳和鐵，再通過磁選分離富集得到高品位的鎳鐵精礦。得到最佳的工藝條件為；內配碳量(C/ο原子比)為1.3，還原時間為80min，CaO質量分數為10%，還原溫度為1300°C，在此條件下可得到鎳品位為
5.17%，全鐵品位為65.38%，鎳和鐵的回收率分別為89.29%和91.06%的鎳鐵精礦。
[0007]孫體昌等人採用添加助熔劑直接還原焙燒-磁選方法，對鎳主要以矽酸鎳形式存在的低品位紅土鎳礦進行了研究。結果表明，同時添加助熔劑，還原磁選富集的效果最好。最佳工藝條件為；配煤15%，添加助熔劑20%，焙燒溫度1200°C，還原時間40min，得到鎳品位
10.83%、鐵品位52.87%、鎳回收率82.15%和鐵回收率54.59%的鎳鐵精礦。
[0008]張建良等人研究了不同焙燒還原溫度對鎳鐵合金顆粒長大聚集效果的影響，結果表明，還原溫度對鎳鐵金屬顆粒的聚集有著重要的影響作用。還原溫度為1200°C時，還原後鎳鐵金屬顆粒為5~10 μ m ;當還原溫度升高到1250°C時，金屬顆粒呈現明顯的長大趨勢，這時的金屬顆粒呈蠕蟲狀；溫度升高到1300時，球星金屬顆粒的尺寸可以達到20~150 μ m ;繼續升高還原溫度到1350°C,鎳鐵合金聚集長大到3~8mm的金屬球,金屬球中鎳和鐵的品位分別為9.08%和85.21%。
[0009]範興祥等人申請了一種轉底爐快速還原含碳紅土鎳礦球團富集鎳的方法專利(申請號:200610163832.0)，一種轉底爐快速還原含碳紅土鎳礦球團富集鎳的方法，紅土鎳礦經磨破、加入一定比例的碳質還原劑和複合添加劑與紅土鎳礦混磨，用球蛋成型機製成球團，在200~400°C乾燥4 ~6h，採用轉底爐進行快速還原，溫度控制在950~1300°C，時間15~40min。還原焙燒後,進行粗破,然後進行溼法球磨,球磨時間I~3h,球磨後,採用窯床進行重選，重選獲得的鎳精礦採用3000~5000高斯的磁選機再進行選別，得到高品位的鎳精礦。本發明工藝流程短、原料適應性強、鎳回收率高、環境友好，通過簡單的生產工序就可以得到聞品位的鎮精礦。
[0010]汪雲華等人申請了一種從紅土鎳礦中富集鎳及聯產鐵紅的方法專利(申請號:200810058082.X)，一種從紅土鎳礦中富集鎳及聯產鐵紅的方法，紅土鎳礦磨破、加入碳質還原劑和添加生石灰混磨，用球蛋成型機製成球團，乾燥；轉底爐進行高溫快速還原球團，還原後，進行破碎，溼法球磨，採用磁選機進行選別，得到含鎳大於4%的初級鎳鐵粉；採用加壓氧浸初級鎳鐵粉，氧浸結束後，進行過濾和洗滌，分別得到鐵紅和硫酸鎳溶液；採用氫氧化鈉沉鎳，獲得氫氧化鎳。此工藝條件下氫氧化鎳產品含鎳可達到30~40%，鎳直收率達到70~75%，鐵紅含鐵62~68%，鐵收率可達70~75%。本發明具有原料來源廣、工序簡單、生產效率高、鎳回收率高成本低、資源利用率高等特點，具有重要的應用和推廣價值。
[0011]吳道洪等人申請了紅土鎳礦轉底爐煤基直接還原-燃氣熔分爐熔分的煉鐵方法專利(申請號:201110139300.4)，涉及紅土鎳礦轉底爐煤基直接還原-燃氣熔分爐熔分的煉鐵方法。首先將一定量的煤、紅土鎳礦及助熔劑混合後造球，乾燥後將生球步入轉底爐加熱到1200~1300°C，保持30~40min，然後將600~1100°C的轉底爐高溫金屬化球團熱裝罐送入用煤氣做燃料的蓄熱式燃氣熔分爐進行熔分，燃氣熔分爐溫度1420~1500°C，熔分時間30分鐘。除去渣子後，最終得到高鎳的鎳鐵合金。此方法工藝簡單、流程短、效率高、鎳的回收率高、不需焦煤、適於處理紅土鎳礦。
[0012]張國興等人申請了一種新型以天然氣為原料用轉底爐冶煉紅土鎳礦的方法專利(申請號:200910119247.4)，一種新型以天然氣為原料用轉底爐冶煉紅土鎳礦的方法，它涉及一種用天然氣作燃料，以紅土鎳礦為原料用轉底爐與還原爐聯動生產鎳鐵的方法。它是由主料紅土鎳礦、還原劑焦炭或無煙煤、熔劑石灰石組成；紅土鎳礦原料中鎳的含量為0.8%-3.0%，紅土鎳礦還原劑和熔劑按照重量比例為100:8-15:8-15的配比；能減少工藝的流程，操作簡單，易於控制，原料適應性強，能耗低、天氣熱熱價比值高，較環保少汙染、設備投資少、生產成本低、鎳回收率高。
[0013]吳道洪等人申請了一種高效回收鎳資源的紅土鎳礦處理方法的專利(申請號:201210102397.6)，一種能夠節約前期球團處理成本，提高鎳的回收率的高效回收鎳資源的紅土鎳礦處理方法，包括如下步驟:(I)紅土鎳礦分級處理:將紅土鎳礦進行破碎篩分，大於2mm的紅土鎳礦配入還原煤、助熔劑後直接布入轉底爐，小於2mm的紅土鎳礦配入還原煤、助熔劑後用壓球機壓製成含碳球團，含碳球團經烘乾後再布入轉底爐；(2)預還原:將含碳球團布入蓄熱式煤基轉底爐後在爐內進行高溫快速還原，還原溫度為1200°C~1300°C，還原時間20~45min ; (3)熔分:將轉底爐出料產品送入熔融設備進行渣鐵分離生產鎳鐵合金；(4)磨細選別後再熔分:將步驟(3)得到的熔分渣經過破碎處理後，進行磨礦磁選處理，磁選後的金屬鐵粉再返回步驟(3)的所述熔融設備進行渣鐵分離，得到鎳鐵合金。
[0014]以上發明的工藝流程都具有工藝流程複雜、還原時間長、能耗較高、鎳回收率低等弊端，還有待研發新的、更加優良的紅土鎳礦處理工藝。
【發明內容】
[0015]針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在於提供一種紅土鎳礦一步法製備含鎳不鏽鋼原料的方法，具有工藝流程短、操作簡單、原料適用範圍廣、生產效率高、鎳回收率高、能耗低等特點，且在生產過程中鎳珠鐵顆粒較大，易於選別而得到高品位含鎳不鏽鋼原料。
[0016]本發明的紅土鎳礦一步法製備含鎳不鏽鋼原料的方法，包括以下步驟:
[0017]I)將紅土鎳礦進行乾燥處理，溫度設定為120±5°C，時間為2~2.5h ;
[0018]2)將乾燥後紅土鎳礦進行球磨，同時球磨還原劑煤粉；
[0019]3)將球磨後的紅土鎳礦配加生石灰、球磨後的還原劑煤粉，壓製成生球團；
[0020]4)將壓制好的生球團進行乾燥，溫度120±5°C，時間2~2.5h ;
[0021]5)將乾燥的生球團進行快速還原；
[0022]6)將還原焙燒後的球團進行水冷；
[0023]7)將還原後的球團進行破碎分離，破碎至3mm以下，採用重選或磁選分離方式獲得含鎳不鏽鋼原料。
[0024]上述步驟7)將球團破碎後，倘若珠鐵長大效果較好，可以採用重選的方式，倘若聚集長大的效果較差，採用磁選分離，磁場強度〈200高斯。
[0025]根據本發明的製備含鎳不鏽鋼原料的方法，步驟3)所述石灰石的添加量為使SiO2-MgO-CaO三元渣系中CaO量為15% ;步驟3)所述煤粉的添加量為使混合料中C/0為
0.62 ~0.75。
[0026]優選地，步驟3)將混合後的料利用對輥式高壓壓球機壓製成球團，球團為橢圓形，尺寸為 15X25X30mm。
[0027]根據本發明的製備含鎳不鏽鋼原料的方法，優選地，步驟5)所述還原溫度為1340 ~1400°C，時間為 30 ~35min。[0028]優選地，本發明的步驟5)使用轉底爐進行還原，爐底鋪設的耐火材料選用三氧化
二招或石墨。
[0029]本發明通過特有還原設備，提高還原溫度，極大縮短了球團還原時間，提高了鎳的回收率。同時針對低品位紅土鎳礦制定的配料、壓球方法擴大了原料的適用範圍。
[0030]本發明的紅土鎳礦一步法製備含鎳不鏽鋼原料具有如下有益效果:
[0031]1、本發明原料適用範圍廣泛，可有效處理低品位紅土鎳礦；
[0032]2、本發明所用還原劑與熔劑分別為煤粉與石灰石，來源廣泛，價格低廉，降低生產成本；
[0033]3、本發明省去熔分環節，還原焙燒後直接進行選別，縮短了生產流程、簡化了生產工藝；
[0034]4、本發明採用石墨作為耐材，使得渣與耐材易於分離，解決了渣與耐材粘接難分離的問題；
[0035]5、本發明得到的鎳珠鐵顆粒較大，尺寸達到毫米甚至釐米級，易於選別，且鎳回收率高達98.98%ο
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖1是本發明的紅 土鎳礦一步法製備含鎳不鏽鋼原料的工藝流程。
【具體實施方式】
[0037]實施例1
[0038]將含鎳1.814%，全鐵含量17.87%的紅土鎳礦120±5°C，乾燥2~2.5h，除去其自由水。將乾燥後紅土鎳礦以及煤粉分別使用球磨機球磨至〈74 μ m的比例達到80%以上，按照紅土鎳礦100份，添加的煤粉量保證C/0比為0.75，石灰的添加量保證SiO2-MgO-CaO三元渣系中CaO量為15%的原則進行混料，利用對輥式高壓壓球機壓製成尺寸為15X25X30mm的球團，生球烘乾(120±5°C,乾燥2~2.5h)後布入轉底爐進行快速還原，還原溫度為1400°C，時間為30min，以三氧化二鋁為耐材。還原後對球團進行水冷以及破碎分離，破碎至3_以下，針對珠鐵長大效果較好的，可以採用重選的方式，對聚集長大效果較差的，採用磁選分離，磁場強度〈200高斯，便可以得到含鎳不鏽鋼原料。此工藝條件下達到的技術經濟指標:合金中鎳含量達到12.63%，鐵含量為81.10%，鎳回收率達到96.21%。
[0039]實施例2
[0040]將含鎳1.814%，全鐵含量17.87%的紅土鎳礦120±5°C，乾燥2~2.5h，除去其自由水。將乾燥後紅土鎳礦以及煤粉分別使用球磨機球磨至〈74 μ m的比例達到80%以上，按照紅土鎳礦100份,添加的煤粉量保證C/0比為0.69,石灰的添加量保證SiO2-MgO-CaO三元渣系中CaO量為15%的原則進行混料，利用對輥式高壓壓球機壓製成尺寸為15X25X30mm的球團，生球烘乾(120±5°C,乾燥2~2.5h)後布入轉底爐進行快速還原，還原溫度為1340°C，時間為35min，以三氧化二鋁為耐材。還原後對球團進行水冷以及破碎分離，破碎至3_以下，針對珠鐵長大效果較好的，可以採用重選的方式，對聚集長大效果較差的，採用磁選分離，磁場強度〈200高斯，便可以得到含鎳不鏽鋼原料。此工藝條件下達到的技術經濟指標:合金中鎳含量達到11.54%，鐵含量為84.69%，鎳回收率達到98.60%。[0041]實施例3
[0042]將含鎳1.814%，全鐵含量17.87%的紅土鎳礦120±5°C，乾燥2~2.5h，除去其自由水。將乾燥後紅土鎳礦以及煤粉分別使用球磨機球磨至〈74 μ m的比例達到80%以上，按照紅土鎳礦100份,添加的煤粉量保證C/0比為0.62,石灰的添加量保證SiO2-MgO-CaO三元渣系中CaO量為15%的原則進行混料，利用對輥式高壓壓球機壓製成尺寸為15X25X30mm的球團，生球烘乾(120±5°C,乾燥2~2.5h)後布入轉底爐進行快速還原，還原溫度為1400°C，時間為30min，以石墨為耐材。還原後對球團進行水冷以及破碎分離，且渣與石墨很容易就分離開來，破碎至3mm以下，針對珠鐵長大效果較好的，可以採用重選的方式，對聚集長大效果較差的，採用磁選分離，磁場強度〈200高斯，便可以得到含鎳不鏽鋼原料。此工藝條件下達到的技術經濟指標:合金中鎳含量達到11.49%，鐵含量為77.45%，鎳回收率達到 98.98%ο
[0043]當然，本發明還可以有多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據本發明的公開做出各種相應的改變和變型，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的`權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種紅土鎳礦一步法製備含鎳不鏽鋼原料的方法，包括以下步驟: 1)將紅土鎳礦進行乾燥處理，溫度設定為120±5°C，時間為2~2.5h ; 2)將乾燥後紅土鎳礦進行球磨，同時球磨還原劑煤粉； 3)將球磨後的紅土鎳礦配加生石灰、球磨後的還原劑煤粉，壓製成生球團； 4)將壓制好的生球團進行乾燥，溫度120±5°C，時間2~2.5h ; 5)將乾燥的生球團進行快速還原； 6)將還原焙燒後的球團進行水冷； 7)將還原後的球團進行破碎分離，破碎至3mm以下，採用重選或磁選分離方式獲得含鎳不鏽鋼原料。
2.根據權利要求1所述的製備含鎳不鏽鋼原料的方法，其特徵在於，步驟3)所述石灰石的添加量為使SiO2-MgO-CaO三元渣系中CaO量為15%。
3.根據權利要求1或2所述的製備含鎳不鏽鋼原料的方法，其特徵在於，步驟3)所述煤粉的添加量為使混合料中C/ο為0.62~0.75。
4.根據權利要求1所述的製備含鎳不鏽鋼原料的方法，其特徵在於，步驟5)所述還原溫度為1340~1400°C，時間為30~35min。
5.根據權利要求1或4所述的製備含鎳不鏽鋼原料的方法，其特徵在於，步驟5)使用轉底爐進行還原。`
6.根據權利要求5所述的製備含鎳不鏽鋼原料的方法，其特徵在於，還原時爐底鋪設的耐火材料選用三氧化二鋁或石墨。
7.根據權利要求1所述的製備含鎳不鏽鋼原料的方法，其特徵在於，步驟I)所述磁選分離的磁場強度〈200高斯。
8.根據權利要求1所述的製備含鎳不鏽鋼原料的方法，其特徵在於，步驟2)紅土鎳礦以及煤粉均磨至〈74 μ m的比例達到80%以上。
9.根據權利要求1所述的製備含鎳不鏽鋼原料的方法，其特徵在於，步驟3)壓制生球團為橢圓形球團，尺寸為15X25X30mm。
【文檔編號】C21B13/00GK103866115SQ201410087974
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2014年3月11日
【發明者】姜雷, 曾暉, 孫永波, 閆小衛, 孫吉才, 張篤增, 林敏
申請人:萊蕪鋼鐵冶金生態工程技術有限公司