專利名稱：紅土鎳礦熔融還原制取鎳鐵合金工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅土鎳礦熔融還原制取鎳鐵合金工藝，屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎳、鉻主要用于冶煉不銹鋼，通常的鎳基不銹鋼，須添加8％～11％(重量)的鎳，18％～20％的鉻。全球約2/3的鎳用于生產(chǎn)不銹鋼，因此不銹鋼行業(yè)對鎳消費的影響居第1位。而目前可供人類開發(fā)利用的鎳資源只限于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(qū)經(jīng)過大規(guī)模的長期的風(fēng)化淋濾變質(zhì)而成的，是由鐵、鋁、硅等含水氧化物組成的疏松的粘土狀礦石。由于鐵的氧化，礦石呈紅色，所以被稱為紅土鎳礦(laterite)，紅土鎳礦的可采部分一般由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(fā)紅土鎳礦的技術(shù)及經(jīng)濟指標。
目前，世界上投產(chǎn)的紅土鎳礦處理方法如下 火法工藝中主要為鼓風(fēng)爐流程、克虜伯流程和回轉(zhuǎn)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；濕法工藝中加壓酸浸(HPAL)法雖然已實現(xiàn)工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化，但由于其采用高壓條件操作，對設(shè)備、規(guī)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(nèi)部分地區(qū)提出利用高爐冶煉制備含鎳鐵水的方法來利用紅土鎳礦，但生產(chǎn)實踐表明，該方法具有明顯的不足(1)渣量較大(大于1120kg/t)；(2)爐渣堿度低，不利脫硫；(3)焦比高，大于1000kg/t；(4)需配加螢石調(diào)整爐渣粘度；(5)高爐利用系數(shù)低；鐵產(chǎn)量低；(6)鐵水磷含量較高；(7)鐵水硅含量較高，不利于爐外脫磷。該方法為傳統(tǒng)高爐流程，加工成本高，環(huán)境污染大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種紅土鎳礦熔融還原制取鎳鐵合金工藝，該工藝利用熔融還原技術(shù)經(jīng)濟地從紅土鎳礦中制備不同規(guī)格的鎳鐵合金，用做生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)不銹鋼的原料，緩解我國不銹鋼行業(yè)鎳資源嚴重短缺的困境。
紅土鎳礦熔融還原制取鎳鐵合金工藝，首先將紅土鎳礦中的氧化鎳和赤鐵礦預(yù)還原轉(zhuǎn)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(zhuǎn)入非磁性物相或易溶的硫酸鹽，然后利用濕式磁選，使鎳鐵大幅度富集的同時，脈石及硫、磷等有害元素被脫除，最后將預(yù)還原得到的鎳鐵精礦進行熔融還原制備鎳鐵合金。具體工藝過程及參數(shù)為將紅土鎳礦破碎篩分，大于5mm的塊礦直接入鏈箅機-回轉(zhuǎn)窯預(yù)還原，小于5mm的礦粉細磨到-200目75-85％，加入復(fù)合粘結(jié)劑、還原煤、水經(jīng)造球后入回轉(zhuǎn)窯預(yù)還原，造球過程中復(fù)合粘結(jié)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，復(fù)合粘結(jié)劑加入量為礦粉重量的1-3％，內(nèi)配煤3-10％，水加入量10-15％，生球粒度為8-16mm。
球團預(yù)熱溫度800-900℃，預(yù)熱時間15min；預(yù)熱球團直接進入回轉(zhuǎn)窯進行預(yù)還原。
預(yù)還原球團預(yù)還原在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行，采用普通或劣質(zhì)煤為還原劑，加入量800-850kg/t原礦；球團預(yù)還原溫度1050-1250℃，還原時間70-90min，干式磁選預(yù)還原產(chǎn)品冷卻后進入弱磁選機，分離金屬化球團和煤灰；濕式磁選預(yù)還原的磁性產(chǎn)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(nèi)熔煉，還原熔煉溫度1500-1550℃，熔煉時間10-15min，爐渣堿度(CaO/SiO2)0.7-1.2，得到含鎳6-10％，鐵85-90％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大于85％，硫磷低于0.04％。
本發(fā)明主要包括預(yù)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(jié)功能，將紅土鎳礦制成球團，不經(jīng)焙燒直接入爐還原焙燒，即生球直接入爐，將氧化鎳轉(zhuǎn)化為金屬鎳，將赤鐵礦轉(zhuǎn)化為金屬鐵或磁鐵礦；其二，內(nèi)配煤粉，強化預(yù)還原過程，加快還原速度，提高產(chǎn)量；其三，濕式磁選可預(yù)先脫除40％尾礦，降低雜質(zhì)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(chǎn)不同規(guī)格鎳鐵合金，合金中鎳含量6-10％，鐵含量90％左右，鎳鐵收率大于85％，冶煉成本低，環(huán)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(zhì)含量低，電耗和成本降低；其六，在電爐熔煉中調(diào)整堿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。最后，球團礦或塊礦在進入回轉(zhuǎn)窯前在鏈箅機上進行預(yù)熱，脫除結(jié)晶水，有利于降低能耗，節(jié)省成本。


圖1本發(fā)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(nèi)配3％還原煤造球，紅土鎳礦鎳品位0.85％，鐵品位50.03％；球團預(yù)熱溫度890℃，預(yù)熱時間15min；球團預(yù)還原溫度1050-1100℃，還原時間70-90min，還原煤添加量850kg/t；預(yù)還原產(chǎn)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，爐渣堿度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到含鎳6.2％，鐵88.5％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大于85％，硫磷低于0.04％。
實施例2多功能添加劑用量為1％，內(nèi)配還原煤4.5％；紅土鎳礦鎳品位1.38％，鐵品位48.90％；球團預(yù)熱溫度890℃，預(yù)熱時間15min；球團預(yù)還原溫度1090-1140℃，還原時間80-95min，還原煤添加量850kg/t；預(yù)還原產(chǎn)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，爐渣堿度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到鎳7.85％，鐵89.06％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大于86％，硫磷低于0.039％。
實施例3多功能添加劑用量為1.2％，內(nèi)配煤4.5％造球，紅土鎳礦鎳品位1.54％，鐵品位39.45％；球團預(yù)熱溫度900℃，預(yù)熱時間15min；預(yù)還原溫度1050-1100℃，還原時間80-100min，還原煤添加量850kg/t；預(yù)還原產(chǎn)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，爐渣堿度(CaO/SiO2)1.0-1.1，得到鎳8.78％，鐵90.08％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大于85.07％，硫磷低于0.037％。
實施例4多功能添加劑用量為1.2％，內(nèi)配煤4.5％造球，紅土鎳礦鎳品位1.83％，鐵品位26.90％；球團預(yù)熱溫度890℃，預(yù)熱時間15min；球團預(yù)還原溫度1050-1100℃，還原時間85-100min，還原煤添加量850kg/t；預(yù)還原產(chǎn)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；鎳鐵粗精礦壓團后入爐熔煉，還原熔煉溫度1500-1540℃，熔煉時間9min，爐渣堿度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到鎳9.44％，鐵88.06％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大于84.5％，硫磷低于0.04％。
實施例5多功能添加劑用量為1％，內(nèi)配煤5％造球，紅土鎳礦鎳品位2.38％，鐵品位20.24％；球團預(yù)熱溫度890℃，預(yù)熱時間15min；球團預(yù)還原溫度1090-1140℃，還原時間90-100min，還原煤添加量848kg/t；預(yù)還原產(chǎn)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；鎳鐵粗精礦壓團后入爐熔煉，還原熔煉溫度1510-1550℃，熔煉時間9min，爐渣堿度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到鎳10.76％，鐵85.24％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大于84.3％，硫磷低于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(yù)熱溫度910℃，預(yù)熱時間20min；預(yù)還原溫度1090-1140℃，還原時間90-100min，還原煤添加量840kg/t；預(yù)還原產(chǎn)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；鎳鐵粗精礦壓團后入爐熔煉，還原熔煉溫度1510-1550℃，熔煉時間9min，爐渣堿度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到鎳9.88％，鐵84.37％左右的鎳鐵合金，鎳鐵收率大于85.01％，硫磷低于0.042％。
權(quán)利要求
1.紅土鎳礦熔融還原制取鎳鐵合金工藝，其特征在于首先將紅土鎳礦中的氧化鎳和赤鐵礦預(yù)還原轉(zhuǎn)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(zhuǎn)入非磁性物相或易溶的硫酸鹽，然后利用濕式磁選，使鎳鐵大幅度富集的同時，脈石及硫、磷等有害元素被脫除，最后將預(yù)還原得到的鎳鐵精礦進行熔融還原制備鎳鐵合金；具體工藝過程及參數(shù)為將紅土鎳礦破碎篩分，大于5mm的塊礦直接入鏈箅機-回轉(zhuǎn)窯預(yù)還原，小于5mm的礦粉細磨到-200目75-85％，加入復(fù)合粘結(jié)劑、還原煤、水經(jīng)造球后入回轉(zhuǎn)窯預(yù)還原，造球過程中復(fù)合粘結(jié)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，復(fù)合粘結(jié)劑加入量為礦粉重量的1-3％，內(nèi)配煤3-10％，水加入量10-15％，生球粒度為8-16mm；球團預(yù)熱溫度800-900℃，預(yù)熱時間15min；預(yù)熱球團直接進入回轉(zhuǎn)窯進行預(yù)還原；預(yù)還原球團預(yù)還原在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行，采用普通或劣質(zhì)煤為還原劑，加入量800-850kg/t原礦；球團預(yù)還原溫度1050-1250℃，還原時間70-90min，干式磁選預(yù)還原產(chǎn)品冷卻后進入弱磁選機，分離金屬化球團和煤灰；濕式磁選預(yù)還原的磁性產(chǎn)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(nèi)熔煉，還原熔煉溫度1500-1550℃，熔煉時間10-15min，爐渣堿度0.7-1.2，得到含鎳6-10％，鐵85-90％左右的鎳鐵合金。
全文摘要
紅土鎳礦熔融還原制取鎳鐵合金工藝，首先將紅土鎳礦中的氧化鎳和赤鐵礦預(yù)還原轉(zhuǎn)化為金屬鎳和金屬鐵或四氧化三鐵，然后利用濕式磁選，使鎳鐵大幅度富集的同時，脈石及硫、磷等有害元素被脫除，最后將預(yù)還原得到的鎳鐵精礦進行熔融還原制備鎳鐵合金。本發(fā)明具有工藝流程簡單，技術(shù)指標先進的特點，可適應(yīng)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，有助于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(huán)境好；可生產(chǎn)鎳6－10％，鐵85－90％的鎳鐵合金，鎳鐵收率大于85％，硫磷低于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(yōu)先權(quán)日2007年4月16日
發(fā)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(xué)