專利名稱：一種低品質(zhì)紅土鎳礦綜合利用生產(chǎn)鎳鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紅土礦綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種低品質(zhì)紅土鎳礦綜合利用生產(chǎn)鎳鐵的方法，從低品質(zhì)紅土鎳礦中綜合冶煉提取鐵、鎳、鈷等有價元素。
背景技術(shù)：
鎳是一種重要的戰(zhàn)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(xiàn)代工業(yè)中有著廣泛的用途。鎳主要用于不銹鋼生產(chǎn)，不銹鋼用鎳需求約占全球鎳消費總量的66%。目前，由于不銹鋼產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，全球?qū)饘冁嚨男枨蟛粩嘣黾?，目前約有70%的鎳是從硫化礦中提取的，但賦存在硫化礦床中的鎳卻僅占鎳貯量的35%左右。因此隨著世界上硫化鎳礦資源的逐漸減少，因此，從長遠(yuǎn)來看，紅土礦將是未來鎳的主要來源。由于品位高、開采條件好的硫化鎳礦資源漸趨枯竭，加快紅土鎳礦的選 冶工藝研究，已成為目前國際上的重大冶金難題，也是關(guān)系到未來鎳穩(wěn)定供應(yīng)的全球性課題。典型的紅土礦礦石有褐鐵礦型和硅鎂鎳礦型，前者鎳含量較低，宜采用高壓酸浸濕法冶金工藝處理，濕法處理紅土鎳礦相對于火法而言能耗低，環(huán)境友好，但也存在明顯不足如工藝路線復(fù)雜，對設(shè)備工藝條件的要求高。而對于鎳含量較高的硅鎂鎳礦型，火法冶煉是其主流工藝，當(dāng)前應(yīng)用的火法工藝主要有鼓風(fēng)爐工藝、回轉(zhuǎn)窯一電爐熔分工藝和爐外還原冶煉鎳鐵等工藝。現(xiàn)有工藝中對紅土鎳中鎳的含量要求較高，一般要超過2%，而目前大量的紅土鎳的鎳含量在I. 5%以下，目前工藝處理存在渣量大，能耗高等難題。紅土鎳礦處理的另一個難點就是紅土鎳礦中含水量比較高，一般含水量可以達(dá)到30%以上，含水量高導(dǎo)致原料處理成本增加、運輸難度大、費用高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低品質(zhì)紅土鎳礦綜合利用生產(chǎn)鎳鐵的方法，解決了紅土鎳礦處理存在渣量大，能耗高、處理成本增加、運輸難度大、費用高等難題。實現(xiàn)了工藝流程簡單、原料制備廠與生產(chǎn)廠可分離。本發(fā)明的工藝為首先將紅土鎳礦原礦破碎、篩分、磨礦后在300 600°C下焙燒烘干，脫除其中的結(jié)晶水，然后加入焦粉或者固定碳含量較高的煤粉，按照一定比例與粘結(jié)劑混合，混合過程中需要加入的石灰石和白云石粉以調(diào)節(jié)混合料中的堿度，混合后的物料經(jīng)過冷壓制成紅土鎳礦冷壓塊，再將冷壓塊在高溫下烘干或經(jīng)過一定時間的養(yǎng)護以提高強度。制成的紅土鎳礦冷壓塊每噸配入25(T350kg焦炭加入豎爐中，同時向豎爐中鼓入熱風(fēng)和氧氣。紅土鎳礦冷壓塊在豎爐內(nèi)被還原，生成鐵水、煤氣和熔渣。鐵水經(jīng)過脫硫、脫磷后用于生產(chǎn)鎳鐵合金鋼或不銹鋼；煤氣經(jīng)過除塵凈化后作為豎爐空氣預(yù)熱的燃料或者并入煤氣管網(wǎng)；熔渣經(jīng)過水淬后作為水泥或建筑的原材料出售。所述的烘干可采用回轉(zhuǎn)窯連續(xù)烘干，也可采用其他能達(dá)到烘干脫水條件的裝置來進行。所述的煤粉采用固定碳高于78重量％，灰分盡可能少的煤種，作為還原劑的焦粉或者煤粉的加入量根據(jù)紅土鎳礦中鐵、鎳、鈷等有價金屬氧化物的含量而定，一般占總重量的比例為5% 20%。所述的粘結(jié)劑為水泥、水玻璃、膨潤土、硅藻土、粘土、蠟、糖蜜、各種膠中的一種或者幾種作為粘結(jié)劑，添加量為總重量的2% 8%，可在混料過程中加入一定量的石灰石或白云石以調(diào)節(jié)堿度。所述的冷壓采用模壓或?qū)伋尚驮O(shè)備對添加輔料后的紅土鎳礦進行成型，冷壓塊的尺寸一般在8 50mm,形狀為圓形、圓柱形、扁卵形、棱錐形或立方形。所述的冷壓塊烘干溫度為200 500°C，烘干時間為I 5小時，養(yǎng)護是在室溫下堆存3 5天。養(yǎng)護后的冷壓塊可以進行長距離運輸后到達(dá)冶煉廠使用也可以直接送入豎爐進行冶煉。 所述的豎爐由爐頂、爐身、爐缸三大部分構(gòu)成，爐頂部分抽吸出的煤氣經(jīng)過重力除塵系統(tǒng)和布袋除塵系統(tǒng)兩級除塵后獲得凈化的煤氣，煤氣一般用于豎爐熱風(fēng)換熱器的燃料(使用經(jīng)過除塵凈化后的煤氣作為豎爐熱風(fēng)換熱器的燃料，通過熱風(fēng)換熱器換熱后空氣溫度可以達(dá)到650°C以上)；爐身下部與爐缸連接處設(shè)有水冷裝置和風(fēng)口，經(jīng)過熱風(fēng)換熱器換熱后的空氣通過風(fēng)口鼓入豎爐內(nèi)，并鼓入一定比例的氧氣，氧氣的含量一般在8% 15% ;爐缸部分有出渣口和出鐵口，渣口排出的冶煉渣采用水淬的方式冷卻，冷卻后作為水泥或建筑原材料使用；出鐵口略低于出渣口，采用虹吸式出鐵，鐵水中含有鐵、碳、鎳(鐵水中鎳含量在O. 2重量％ 10重量％之間)、鈷等主要元素，同時含有一定量的硫、磷、娃等雜質(zhì)，需要通過預(yù)處理后供給煉鋼使用。經(jīng)過重力除塵器和布袋除塵器得到的除塵灰(泥)可以返回原料制備車間與紅土鎳原料混合后重新壓塊使用。加入石灰石和白云石調(diào)節(jié)堿度Ca0/Si02在O. 9 I. 2范圍內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)物料中MgO
含量7重量％ 11重量％, Al2O3含量8重量％ 14重量％。豎爐的爐頂微負(fù)壓，在靠近爐頂位置抽吸煤氣，煤氣通過高溫除塵系統(tǒng)凈化除塵，凈化后的煤氣成分為 CO2 18% 24%，CO 19% 23%，N2 54% 57%，H2 : I. 2%, CH4
O.2%;均為重量百分?jǐn)?shù)。所述的向豎爐中鼓入熱風(fēng)和氧氣，熱風(fēng)通過氧氣后，氧含量達(dá)到8重量％ 15重量％。使用經(jīng)過除塵凈化后的煤氣作為豎爐熱風(fēng)換熱器的燃料，通過熱風(fēng)換熱器換熱后空氣溫度可以達(dá)到650°C以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專利的有益效果在于I、通過將原料進行破碎、篩分、烘干脫水處理后壓塊，壓塊經(jīng)過干燥或養(yǎng)生后達(dá)到一定強度再入爐，這種方法可以將原料預(yù)處理與紅土鎳礦的冶煉分離開，可以再原料產(chǎn)地進行制塊生產(chǎn)，在其他工業(yè)設(shè)施完備或有下游用戶的地區(qū)進行生產(chǎn)，減少了投資成本、降低了運輸費用。2、可以在冷壓塊中添加石灰石和白云石調(diào)節(jié)堿度，也可以在冶煉過程中來添加調(diào)節(jié)堿度，對原料的適用性強。
3、豎爐內(nèi)高溫冶煉，根據(jù)原料特點實時的焦炭與爐渣堿度調(diào)節(jié)保證了紅土鎳礦種有價元素的回收率。4通過煤氣燃燒換熱空氣、富氧、噴煤等手段降低了紅土鎳礦冶煉的能耗。5、對除塵系統(tǒng)的除塵灰(泥)采用循環(huán)壓塊適用，冶煉渣水淬做水泥或建筑材料，減少的固體廢棄物的排放，降低了環(huán)境壓力。


圖I為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明專利作進一步說明本法發(fā)明設(shè)計采用還原豎爐冶煉紅土鎳礦的工藝流程包括原材料的焙燒、破碎、篩分、混合成型、養(yǎng)護、豎爐還原等工序。實施例I : 紅土鎳礦原料經(jīng)過皮帶輸送到回轉(zhuǎn)窯，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)400°C下焙燒2小時，脫出其中所含的水分，回轉(zhuǎn)窯的熱煙氣通過還原豎爐產(chǎn)生的煤氣燃燒獲得。烘干脫水后的礦粉經(jīng)過破碎、篩分獲得粒度小于80目的粉料，根據(jù)粉料成分，加入焦粉、煤粉等還原劑，石灰和白云石等添加劑，使其中固定碳的摩爾量與鐵氧化物與鎳氧化物所含氧摩爾量之和的比例在
I.2左右，Ca0/Si02在O. 9范圍內(nèi)，MgO含量7%，Al2O3含量8% 14%。然后加入混合料量2% 8%的粘結(jié)劑，如果以水泥或其他無機粘材料作為粘結(jié)劑需要考慮水泥中的Ca0、Si02、MgO和Al2O3等氧化物含量使其保持在上述范圍之內(nèi)。加入粘結(jié)劑后混合均勻，壓制成型，壓塊的尺寸一般在20，根據(jù)粘結(jié)劑的不同，冷壓塊在室溫下經(jīng)過3天的養(yǎng)護，以達(dá)到一定的強度。經(jīng)過處理后達(dá)到一定強度的冷壓塊，通過皮帶輸送到還原豎爐的料倉內(nèi)。通過還原豎爐頂部的布料裝置將冷壓塊與焦炭分層布入還原豎爐內(nèi)，每噸冷壓塊配入250kg左右的焦炭。在還原過程中，通過還原豎爐的風(fēng)口位置鼓入熱風(fēng)和氧氣，熱風(fēng)溫度在650°C以上，熱風(fēng)的富氧量可以達(dá)到8% 15%。在豎爐內(nèi)還原產(chǎn)生的煤氣經(jīng)過爐頂重力除塵與布袋除塵兩級除塵器后煤氣煙塵含量小于15mg/m3，經(jīng)過凈化除塵后的煤氣分為CO2 :18%，CO 23%，N2 54%%, H2 1.2%，CH4: O. 2%，利用該煤氣作為熱風(fēng)爐的燃料。除塵器收集的除塵灰返回到冷壓成型車間，配入原料中使用。豎爐還原過程中產(chǎn)生的冶煉渣通過出渣口排出，并采用水淬的方式冷卻,冷卻后的水淬渣可以作為制作水泥的原料使用，也可以作為建筑原材料使用。出鐵口在出渣口的下方，由于原料的不同，生產(chǎn)出的鐵水鎳含量也有差異，鐵水中鎳含量O. 2%，同時含有一定量的鈷和鉻，鐵水直接與高爐產(chǎn)生的鐵水混合，隨后進行凈化處理。實施例2 紅土鎳礦原料經(jīng)過破碎后，礦漿進行篩分，小于80目的粉料經(jīng)皮帶輸送到回轉(zhuǎn)窯，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)600°C下焙燒I小時，脫出其中所含的水分，回轉(zhuǎn)窯的熱煙氣通過還原豎爐產(chǎn)生的煤氣燃燒獲得。烘干后的脫水后的礦粉加入混合料量2% 8%的粘結(jié)劑，混合均勻，壓制成型，壓塊的尺寸一般在50_，根據(jù)粘結(jié)劑的不同，冷壓塊在500°C溫度下烘干I小時，以達(dá)到一定的強度。
經(jīng)過處理后達(dá)到一定強度的冷壓塊，通過長距離運輸工具運輸?shù)揭睙拸S地，在冶煉場地的原料車間內(nèi)通過皮帶輸送到還原豎爐的料倉內(nèi)。通過還原豎爐頂部的布料裝置將冷壓塊與焦炭分層布入還原豎爐內(nèi)，每噸冷壓塊配入300kg左右的焦炭。在還原過程中，根據(jù)原料成分加入石灰石和白云石，調(diào)節(jié)豎爐內(nèi)物料的堿度，使Ca0/Si02在I. 2范圍內(nèi)，MgO含量11%, Al2O3含量14%。通過還原豎爐的風(fēng)口位置鼓入熱風(fēng)和氧氣,熱風(fēng)溫度在650°C以上，熱風(fēng)的富氧量可以達(dá)到8% 15%。在豎爐內(nèi)還原產(chǎn)生的煤氣經(jīng)過爐頂重力除塵與布袋除塵兩級除塵器后煤氣煙塵含量小于15mg/m3，經(jīng)過凈化除塵后的煤氣分為CO2 :18% 24%，CO 23%, N2 54%, H2 :1. 2%，CH4 O. 2%，利用該煤氣作為熱風(fēng)爐的燃料。除塵器收集的除塵灰返回到冷壓成型車間，配入原料中使用。豎爐還原過程中產(chǎn)生的冶煉渣通過出渣口排出，并采用水淬的方式冷卻,冷卻后的水淬渣可以作為制作水泥的原料使用，也可以作為建筑原材料使用。出鐵口在出渣口的下方，由于原料的不同，生產(chǎn)出的鐵水鎳含量也有差異，鐵水中鎳含量在2%間，同時含有一定量的鈷和鉻，鐵水經(jīng)過脫硫、脫磷處理后作為生產(chǎn)不銹鋼的原料使用。雖然上面已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的示例性實施例，但本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有 公知常識者在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可對本發(fā)明的實施例做出各種的修改、潤飾和變型。但是應(yīng)當(dāng)理解，在本領(lǐng)域技術(shù)人員看來，這些修改、潤飾和變型仍將落入權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的示例性實施例的精神和范圍內(nèi)。最后，除非這里指出或者另外與上下文明顯矛盾，否則這里描述的所有方法的步驟可以以任意合適的順序執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種低品質(zhì)紅土鎳礦綜合利用生產(chǎn)鎳鐵的方法，其特征在于，工藝為首先將紅土鎳礦原礦破碎、篩分、磨礦后在300 600°C下焙燒烘干，脫除其中的結(jié)晶水，然后加入焦粉或者固定碳含量較高的煤粉，按照一定比例與粘結(jié)劑混合，混合過程中需要加入一定量的石灰石和白云石粉以調(diào)節(jié)混合料中的堿度，混合后的物料經(jīng)過冷壓制成紅土鎳礦冷壓塊，再將冷壓塊在高溫下烘干或經(jīng)過一定時間的養(yǎng)護以提高強度；制成的紅土鎳礦冷壓塊每噸與25(T350kg焦碳加入豎爐中，同時向豎爐中鼓入熱風(fēng)和氧氣；紅土鎳礦冷壓塊在豎爐內(nèi)被還原，生成鐵水、煤氣和熔渣。鐵水經(jīng)過脫硫、脫磷后用于生產(chǎn)鎳鐵合金鋼或不銹鋼；煤氣經(jīng)過除塵凈化后作為豎爐空氣預(yù)熱的燃料或者并入煤氣管網(wǎng)；熔渣經(jīng)過水淬后作為水泥或建筑的原材料出售。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的烘干采用回轉(zhuǎn)窯連續(xù)烘干，或者采用其他能達(dá)到烘干脫水條件的裝置。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的煤粉采用固定碳高于78重量％，灰分盡可能少的煤種，作為還原劑的焦粉或者煤粉的加入量占總重量的比例為5% 20%。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的粘結(jié)劑為水泥、水玻璃、膨潤土、硅藻土、粘土、蠟、糖蜜、各種膠中的一種或者幾種作為粘結(jié)劑，添加量為總重量的2% 8%，混料過程中加入的石灰石或白云石以調(diào)節(jié)堿度。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，冷壓采用模壓或?qū)伋尚驮O(shè)備對添加輔料后的紅土鎳礦進行成型，冷壓塊的尺寸為20 50mm,形狀為圓形、圓柱形、扁卵形、棱錐形或立方形。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的冷壓塊烘干溫度為200 500°C，烘干時間為I 5小時，養(yǎng)護是在室溫下堆存3 5天。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的豎爐由爐頂、爐身、爐缸三部分構(gòu)成，爐頂部分抽吸出的煤氣經(jīng)過重力除塵系統(tǒng)和布袋除塵系統(tǒng)兩級除塵后獲得凈化的煤氣，煤氣用于豎爐熱風(fēng)換熱器的燃料；爐身下部與爐缸連接處設(shè)有水冷裝置和風(fēng)口，經(jīng)過熱風(fēng)換熱器換熱后的空氣通過風(fēng)口鼓入豎爐內(nèi)，并鼓入一定比例的氧氣，氧氣的含量在8重量％ 15重量％ ;爐缸部分有出渣口和出鐵口，渣口排出的冶煉渣采用水淬的方式冷卻，冷卻后作為水泥或建筑原材料使用；出鐵口略低于出渣口，采用虹吸式出鐵，鐵水中含有鐵、碳、鎳、鈷，其中鎳含量在0. 2重量％ 10重量％之間；鐵水通過預(yù)處理后供給煉鋼使用。
8.如權(quán)利要求I或4所述的方法，其特征在于，加入石灰石和白云石調(diào)節(jié)堿度Ca0/Si02在0. 9 I. 2范圍內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)總物料MgO含量7重量％ 11重量％，Al2O3含量8重量％ 14重量％。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，豎爐的爐頂微負(fù)壓，在靠近爐頂位置抽吸煤氣，煤氣通過高溫除塵系統(tǒng)凈化除塵，凈化后的煤氣成分為CO2 18% 24%，CO 19% 23%，N2 54% 57%, H2 : I. 2%, CH4 0. 2%，均為重量百分?jǐn)?shù)。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的向豎爐中鼓入熱風(fēng)和氧氣，熱風(fēng)通過氧氣后，氧含量達(dá)到8重量％ 15重量％。
全文摘要
一種低品質(zhì)紅土鎳礦綜合利用生產(chǎn)鎳鐵的方法，屬于紅土礦綜合利用技術(shù)領(lǐng)域。紅土鎳礦原礦經(jīng)過焙燒、破碎、篩分、磨礦后加入焦粉或者煤粉，按照一定比例與粘結(jié)劑混合，混合后的物料經(jīng)過冷壓制塊，再將冷壓塊進行養(yǎng)護以提高強度。達(dá)到一定強度的紅土鎳礦冷壓塊與焦碳按一定比例加入豎爐中，同時向豎爐中鼓入熱風(fēng)和氧氣。紅土鎳礦冷壓塊在豎爐內(nèi)被還原，生成鐵水、煤氣和熔渣。鐵水經(jīng)過脫硫、脫磷后用于生產(chǎn)鎳鐵合金鋼或不銹鋼；煤氣經(jīng)過除塵凈化后作為豎爐空氣預(yù)熱的燃料或者并入煤氣管網(wǎng)；熔渣經(jīng)過水淬后作為水泥的原料出售。優(yōu)點在于，工藝流程簡單，處理能力強，對紅土鎳礦的綜合利用率高，能夠提取紅土鎳礦中的鐵、鎳、鈷等多種元素。
文檔編號C22B1/16GK102758092SQ201210246788
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者嚴(yán)定鎏, 師學(xué)峰, 徐洪軍, 王峰, 王海風(fēng), 郭玉華, 高建軍, 齊淵洪 申請人:鋼鐵研究總院