專利名稱：一種從紅土礦中提取鎳鐵合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬火法冶金領(lǐng)域。涉及一種紅土礦(氧化鎳礦)提取鎳鐵合金的方法，特別是涉及用火法冶煉提取鎳鐵合金的方法。
背景技術(shù)：
目前，世界鎳儲(chǔ)量(金屬)基礎(chǔ)為5630萬噸；查明資源超過7000萬噸(指礦石含鎳＞1％的資源)；其中20％為硫化鎳礦，80％為紅土型礦床(氧化礦)；但約有60％的產(chǎn)品來于硫化礦。我國鎳的保有儲(chǔ)量為785.31萬噸，但是已消耗的和現(xiàn)有的生產(chǎn)礦山占總儲(chǔ)量的67％左右。磐石鎳礦已進(jìn)入中晚期，而儲(chǔ)量最大的金川鎳礦80％的資源集中在礦區(qū)深部，開采難度加大。
由于全球硫化礦資源的日益枯竭，導(dǎo)致鎳產(chǎn)量增長緩慢，但由于需求量快速增長，使全球鎳供應(yīng)短缺，從而導(dǎo)致目前鎳價(jià)格處于1990年以來的最高水平。因此，對(duì)氧化鎳礦的關(guān)注程度日益增加，使氧化鎳礦的開發(fā)利用被提上議事日程。
在自然界中，氧化鎳礦床是含鎳橄欖巖在熱帶或亞熱帶經(jīng)大規(guī)模長期風(fēng)化淋濾變質(zhì)而成的。元江鎳礦是國內(nèi)最大的氧化鎳礦。該礦含有大量的鎂、鐵、硅及少量的鎳。該礦體包含了深層的硅酸鎳礦(Ni·Mg)6Si4-O10(OH)8(蛇紋石)和表層的褐鐵礦(Fe·Ni)O·(OH)·nH2O兩類。根據(jù)地質(zhì)勘探，該礦上層是鐵質(zhì)礦(俗稱鐵帽)，中層是鐵鎂質(zhì)礦，下層是鎂質(zhì)礦(蛇紋石礦)。但是由于礦床的地質(zhì)變動(dòng)，礦床上部的鐵質(zhì)礦與下部的鎂質(zhì)硅酸鎳礦常常不能保持在原有的礦層，而且?guī)追N礦石常在同一礦床中出現(xiàn)，形成混合型紅土礦。
紅土礦的處理工藝流程主要是濕法流程和火法流程。濕法流程主要有濕法氨浸和加壓酸浸。
濕法氨浸的代表工廠有古巴的尼加羅廠、美國礦務(wù)局USBM法流程、澳大利亞昆士蘭鎳公司雅布魯廠、巴西托坎提斯鎳公司、菲律賓馬林杜克礦業(yè)公司蘇里高鎳廠、印度蘇金達(dá)廠；尼加羅廠所用礦石成分Ni 1.4％、Co 0.06％、SiO214％、MgO 10.3％、Fe 38％、H2O 28~30％；這些工廠都采用還原焙燒-常壓氨浸-制液-沉鎳-電積鎳(或生產(chǎn)氧化鎳)的工藝流程直接處理紅土礦，該流程的缺點(diǎn)是流程長，能耗高(45400~61700KW/t Ni)，金屬鎳的回收率低，蘇里高鎳廠的金屬鎳回收率為78％。
濕法工藝中采用加壓酸浸的有古巴毛阿鎳廠，處理鐵、鉆含量較高，含蛇紋石很少(鎂含量低)的礦。其主要流程為紅土礦制漿-加壓酸浸-沉(Ni、Co)S-Ni、Co回收。該流程因原料中鎂含量低而耗酸低，該法宜處理含鎳高(＞1.5％)、含鎂低的氧化礦，不然鎳的回收率低、酸耗高污染環(huán)境。
火法冶金處理氧化鎳礦的方法在國外有熔煉鎳鐵和造锍熔煉。如新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠、日本太平洋金屬公司八戶冶煉廠、日本住友金屬礦業(yè)公司日向冶煉廠等。新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠的礦石成分為Ni 2.5~2.9％、Fe14~15％、SiO235~40％、MgO20~28％、H2O20~30％，采用回轉(zhuǎn)-電爐工藝。這些廠家處理的礦石特點(diǎn)都是鎳品位高、鎂高、鐵低。
另一方面，氧化鎳礦由于成礦條件和風(fēng)化程度不同，成分差異較大，其物理性質(zhì)區(qū)別也很大，其粒度從數(shù)百毫米到粉末狀，含表面水也可以從百分之幾到百分之幾十之間波動(dòng)，比重差異也大，所以處理方法各異。根據(jù)資料報(bào)導(dǎo)，不同成分礦石處理方法大致劃分見表1表1不同成分礦石處理方法

對(duì)于低品位的紅土礦，且鐵高、鎂高的礦；雖然各國曾研究過從中提取鎳、鈷的方法，但是在工業(yè)上應(yīng)用的工藝流程不多，國內(nèi)還是空白。
作為國內(nèi)首家采用濕法工藝流程處理紅土礦的元江鎳業(yè)公司，經(jīng)過實(shí)踐，對(duì)紅土礦性質(zhì)有充分認(rèn)識(shí)，因其成分鎳低、鐵高、鎂高；因其形狀為土狀、滲透性差、比重輕，浸出液中懸浮物多、液固分離困難；在堆浸和攪浸過程中，鎳浸出率低、酸耗高，對(duì)環(huán)境影響大，綜合效益差。所以對(duì)于這種在國外不推薦用火法，也不宜用濕法的礦石，經(jīng)研究認(rèn)為其成分雖然復(fù)雜，但是礦石中鈷、銅含量低，并且有相當(dāng)?shù)脑煸煞?，只要配料合理，工藝條件合適，用火法工藝處理還適宜些。
在我國尚沒有開發(fā)鎂質(zhì)硅酸鹽型氧化鎳礦資源，缺乏氧化鎳礦火法冶煉工藝的經(jīng)驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所針對(duì)的主要原料是紅土礦，其物理性質(zhì)外觀為褐色、細(xì)粒、土狀；比重小(1.1g/cm3)、表面水和結(jié)晶水總量＞25％、灼減達(dá)到15％；含鎳0.99~1.35％(平均為1.07％)、Co 0.03％、Cu 0.011％、Fe2O325.8％、SiO231.96％、Al2O36.9％、CaO 0.34％、MgO 19.7％，礦石中99％以上的鎳呈硅酸鹽形態(tài)存在。
本發(fā)明是以一種紅土礦(氧化鎳礦)為原料，用火法冶煉提取鎳鐵合金的方法。
本發(fā)明的目的在于對(duì)低鎳、高鐵、高鎂、物理形狀差的紅土礦提供火法生產(chǎn)鎳鐵合金的方法，將紅土礦經(jīng)過預(yù)處理-電爐還原熔煉得到含鎳6~18％的商品鎳鐵合金，鎳的回收率在93~97％；爐渣作為生產(chǎn)水泥的原料。
電爐還原熔煉法是生產(chǎn)鎳鐵合金的主要方法。該法以碳作還原劑，還原紅土礦生產(chǎn)鎳鐵合金，爐料加入爐內(nèi)并將電極插入爐料中，靠電弧和電流通過爐料而產(chǎn)生電阻電弧熱進(jìn)行加熱將物料熔化，熔化的金屬聚集在爐底，爐渣則在合金之上。試驗(yàn)室中采用間歇式冶煉方法，在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中則采用連續(xù)式冶煉方法。在電爐中幾乎所有的鎳、鈷氧化物都被還原成金屬，氧化鐵還原成金屬的量由加入的還原劑量決定。
本發(fā)明的原料、輔料及配料如表2、表3、表4。
主原料為紅土礦(氧化鎳礦)，其化學(xué)成分為Ni 0.99~1.35％(平均為1.07％)、Co 0.03％、Cu 0.011％、Fe2O325.8％、SiO231.96％、Al2O36.9％、CaO 0.34％、MgO 19.7％。
輔料包括熔劑石灰石、石英、螢石及還原劑焦粉。
表3原料預(yù)處理(干燥)后熔煉配料比

表2原料直接熔煉配料比

表4原料預(yù)處理(燒結(jié))后熔煉配料比

本發(fā)明的方法包括紅土礦干燥脫水、燒結(jié)預(yù)還原、電爐熔煉得到粗鎳鐵合金、精煉鎳鐵合金等工序，屬于有色金屬火法冶金領(lǐng)域，具體步驟如下(1)將上面所述的含水紅土礦在加熱爐中加熱到300℃，時(shí)間2~4h，使礦石中水份＜7％；(2)將干燥后的物料配入5~8％的焦粉在燒結(jié)窖中進(jìn)行燒結(jié)，溫度800~1200℃，爐料在燒結(jié)爐中燒結(jié)時(shí)間為4~6h；(3)將由所得燒結(jié)料與熔劑(石灰、石英)以及還原劑(焦粉)按以下比例混合燒結(jié)料∶石灰∶石英∶焦丁＝100∶3~8∶8~15∶3~8，其中石灰成分為CaO＞85％、P＜0.02％、S＜0.2％、粒度50～80mm；石英成分為SiO2＞98％、P2O5＜0.02％、粒度5～60mm；焦粉成分為C＞82％、S＜0.6％、P＜0.02～0.06、從粉狀~20mm；(4)把燒結(jié)好的爐料加入電弧爐埋弧熔煉。
所用電弧爐功率為20KVA單相電爐；爐膛規(guī)格φ250×350mm；石墨電極規(guī)格50×50×600mm；額定整流電壓20KW；感應(yīng)調(diào)壓器型號(hào)TSTA-100/0.5，操作過程控制條件電流200~400A；電壓30~60V；熔煉溫度1450~1600℃；熔煉時(shí)間40~60min；過程產(chǎn)生煙塵含量＜0.5％，經(jīng)收塵系統(tǒng)回收后返回配料；
所得合金含鎳6~18％；爐渣含Ni 0.01~0.1％、FeO 25~35％、CaO 5~10％、MgO 10~16％、Al2O35~12％、SiO238~45％。
過程中主要還原反應(yīng)NiO+C＝Ni+CO↑FeO+C＝Fe+CO↑過程中主要造渣反應(yīng)2FeO+SiO2＝2FeO·SiO2MgO+SiO2＝2MgO·SiO2Al2O3+CaO+SiO2＝CaO·Al2O3·SiO2粗鎳鐵合金的精煉電爐熔煉所得粗鎳鐵合金中含鎳6~18％，其雜質(zhì)C、Si、P、S如符合煉不銹鋼廠的要求，即可以作商品鎳鐵鑄錠出售；如果C、Si、P、S(尤其是P)超標(biāo)，就需要精煉，精煉工藝如下在鑄鋼包中加石灰(或碳酸鈉)脫硫，操作溫度1550~1600℃，再在轉(zhuǎn)爐或吹煉爐中吹氧脫Si、P、C，操作溫度1650℃；吹煉合格后的鎳鐵合金鑄成15或22.5Kg/塊，吹煉渣返回電爐熔煉回收鎳。
本發(fā)明能適應(yīng)成分復(fù)雜，成分波動(dòng)大(高硅、高鋁、高鐵、高水分)的各種含鎳氧化物礦石或其它物料。使低品位的紅土礦得到合理利用，對(duì)改進(jìn)和簡化鎳冶煉工藝、保護(hù)性開發(fā)鎳資源、增加社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生積極意義。
本發(fā)明與公知技術(shù)相比存在的優(yōu)點(diǎn)1、針對(duì)既不適宜火法又不好用濕法處理的紅土礦，找到一種適宜的火法冶煉工藝，使鎳與鐵、硅、鈣、鎂等雜質(zhì)進(jìn)行有效分離，得到粗鎳鐵合金。合金中含鎳6~18％，達(dá)到不銹鋼行業(yè)對(duì)鎳鐵合金的質(zhì)量要求。整個(gè)工藝流程簡捷、合理。礦石中金屬鎳回收率高，可以達(dá)到93~97％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于濕法工藝的回收率，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
2、本發(fā)明所得粗鎳鐵合金中的雜質(zhì)C、Si、P、S可以得到合理控制，不必精煉就可作商品鎳鐵銷售。在當(dāng)前不銹鋼冶金行業(yè)對(duì)金屬鎳需求量極大的情況下，市場前景看好。
3、本發(fā)明產(chǎn)生的煙塵率＜0.5％，經(jīng)收塵后達(dá)標(biāo)排放，且煙氣中無二氧化硫等有害氣體；所得爐渣CaO、MgO、Al2O3、FeO總量在98％以上，系不發(fā)生變化的固體冶煉渣，可作為水泥生產(chǎn)用原料；工藝用水循環(huán)使用，不向外排放，所以本發(fā)明不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害影響，有利于環(huán)保。
4、本發(fā)明對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，可適用于各種含鎳氧化物料(含一次、二次資源)，使鎳資源得到充分的利用和保護(hù)，有較好的推廣價(jià)值。
5、本發(fā)明工藝簡捷，便于規(guī)?；瘜?shí)施，直接用于大型工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明工藝流程。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1采用第1批紅土礦，成分見表5。
表5元江紅土礦化學(xué)成分表

按表2原料直接熔煉配料比進(jìn)行配料，用石灰、石英、螢石作熔劑，焦粉作還原劑，在20KVA單相電弧爐中熔煉。
加入爐料原礦10Kg、石灰1.5Kg、石英2.5Kg、焦粉0.5Kg(配料比礦料∶石灰∶石英∶焦粉＝100∶15∶25∶5)，熔煉過程電流300A；電壓50V；熔煉溫度1450~1500℃；熔煉時(shí)間55min。
熔煉得到合金0.93Kg、合金含鎳8.04％；得到爐渣8.35Kg、爐渣含鎳0.06％；合金中金屬鎳直收率93.1％；爐渣中金屬鎳損失率為6.24％；鎳鐵合金與爐渣中鎳的總回收率為99.34％。
所用電弧爐功率為20KVA單相電爐；爐膛規(guī)格φ250×350mm；石墨電極規(guī)格50×50×600mm；額定整流電壓20KW，感應(yīng)調(diào)壓器型號(hào)TSTA-100/0.5，操作過程控制條件電流200~400A；電壓30~60V；熔煉溫度1450~1600℃；熔煉時(shí)間40~60min；過程產(chǎn)生煙塵含量＜0.5％，經(jīng)收塵系統(tǒng)回收后返回配料；實(shí)施例2采用第II批紅土礦，成分見表6
表6元江紅土礦化學(xué)成分表

按表3原料預(yù)處理(干燥)后熔煉配料比進(jìn)行配料，用石灰、石英砂、螢石作熔劑，焦粉作還原劑。將礦料10Kg、石灰1.0Kg、石英2.0Kg、焦粉0.5Kg(配料比礦料∶石灰∶石英∶焦粉＝100∶10∶20∶5)混合均勻后，在馬弗爐中300℃下經(jīng)4h干燥脫水，然后加入20KVA單相電弧爐中熔煉；熔煉過程電流200A；電壓50V；熔煉溫度1450~1480℃；熔煉時(shí)間50min。
熔煉得到合金1.25Kg、合金含鎳7.20％；得到爐渣8.12Kg、爐渣含鎳0.04％；合金中金屬鎳直收率93.75％；爐渣中金屬鎳損失率為3.38％；鎳鐵合金與爐渣中鎳的總回收率為97.13％。
實(shí)施例3采用第III批紅土礦，原礦20Kg中加入1.6Kg焦粉(按8％的比例加入)在1100℃焙燒5h，原礦及燒結(jié)料成分見表7。
表7元江紅土礦化學(xué)成分表

按表4原料預(yù)處理(燒結(jié))后熔煉配料比進(jìn)行配料，取燒結(jié)料10Kg，加入石灰0.5Kg、石英1.0Kg、焦粉0.5Kg(配料比礦料∶石灰∶石英∶焦粉＝100∶5∶10∶5)；然后加入20KVA單相電弧爐中熔煉；熔煉過程電流350A；電壓40V；熔煉溫度1450~1520℃；熔煉時(shí)間45min。
熔煉得到合金1.52Kg、合金含鎳9.35％；得到爐渣8.8Kg、爐渣含鎳0.033％；合金中金屬鎳直收率96.03％；爐渣中金屬鎳損失率為1.96％；鎳鐵合金與爐渣中鎳的總回收率為97.99％。
權(quán)利要求
1.一種從紅土礦中提取鎳鐵合金的方法包括紅土礦干燥脫水、燒結(jié)預(yù)還原、電爐熔煉得到粗鎳鐵合金、精煉鎳鐵合金等工序，其特征在于包含以下步驟(1)將上面所述的含水紅土礦在加熱爐中加熱到300℃，時(shí)間2~4h，使礦石中水份＜7％；(2)將干燥后的物料配入5~8％的焦粉在燒結(jié)窖中進(jìn)行燒結(jié)，溫度800~1200℃，爐料在燒結(jié)爐中燒結(jié)時(shí)間為4~6h；(3)將由所得燒結(jié)料與熔劑(石灰、石英)以及還原劑(焦粉)按以下比例混合燒結(jié)料∶石灰∶石英∶焦?。?00∶3~8∶8~15∶3~8，其中石灰成分為CaO＞85％、P＜0.02％、S＜0.2％、粒度50～80mm；石英成分為SiO2＞98％、P2O5＜0.02％、粒度5～60mm；焦粉成分為C＞82％、S＜0.6％、P＜0.02～0.06、從粉狀~20mm；(4)把燒結(jié)好的爐料加入電弧爐埋弧熔煉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從紅土礦中提取鎳鐵合金的方法，其特征在于所述的電弧爐的功率為20KVA單相電爐；爐膛規(guī)格φ250×350mm；石墨電極規(guī)格50×50×600mm；電流200~400A；電壓30~60V；熔煉溫度1450~1600℃；熔煉時(shí)間40~60min。
3.一種粗鎳鐵合金精煉為精鎳鐵合金的方法如下①在鑄鋼包中加石灰(或碳酸鈉)脫硫，操作溫度1550~1600℃；②在轉(zhuǎn)爐或吹煉爐中吹氧脫Si、P、C，操作溫度1650℃；合金鑄成15Kg或22.5Kg/塊，吹煉渣返回電爐熔煉回收鎳。
全文摘要
該方法以紅土礦為原料，經(jīng)過預(yù)處理，加入熔劑、還原劑后，在1450~1550℃下進(jìn)行還原熔煉，保持溫度反應(yīng)45~60min，得到鎳鐵合金，所得合金含鎳6~18％，爐渣含鎳＜0.05％，鎳鐵合金中雜質(zhì)P＜0.05％、C、Si、S等符合商品鎳鐵合金的質(zhì)量要求。解決了紅土礦用濕法處理鎳回收率低、周期長、不利環(huán)保、綜合效益差的問題，使低品位的紅土礦得到合理利用，對(duì)改進(jìn)和簡化鎳冶煉工藝、保護(hù)性開發(fā)鎳資源及環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生積極意義。
文檔編號(hào)C22B1/14GK101082095SQ200710066019
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9日
發(fā)明者曹國華, 楊思增, 顧華祥, 姚亨桃 申請(qǐng)人:貴研鉑業(yè)股份有限公司