一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法。是將組分相同、質(zhì)量配比不同的多種紅土鎳礦進(jìn)行配礦，控制各組分質(zhì)量比滿足：MgO/SiO2＝0.2～0.6，MgO/Al2O3＝2～5，Al2O3/SiO2＝0.1～0.5；同時(shí)，配加堿性熔劑及固體燃料來調(diào)控化學(xué)成分，以調(diào)節(jié)燒結(jié)混合料四元堿度、燒結(jié)溫度及燒結(jié)氣氛，三者相互配合，使紅土鎳礦在燒結(jié)過程中生成適宜的粘結(jié)相，強(qiáng)化燒結(jié)過程的液相生成，從而提高燒結(jié)礦質(zhì)量及冶金性能，降低燒結(jié)燃耗，優(yōu)化高爐爐料質(zhì)量，大幅降低熔煉法生產(chǎn)鎳鐵的成本，為隨后的礦熱爐熔煉生產(chǎn)鎳鐵提供優(yōu)質(zhì)的原料。
【專利說明】一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法，具體涉及紅土鎳礦生產(chǎn)煉鋼用燒結(jié) 礦的配礦方法。屬于冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎳主要用于不銹鋼、高溫合金、電鍍和化工等行業(yè)，其中不銹鋼對(duì)鎳的消費(fèi)量約占 全球鎳消費(fèi)總量的66%。到2012年，我國不銹鋼粗鋼產(chǎn)量達(dá)到1608. 7萬噸，不銹鋼表觀消 費(fèi)量1286. 5萬噸，均居世界首位。不銹鋼工業(yè)的迅速發(fā)展驅(qū)動(dòng)鎳的需求也強(qiáng)勁增加。
[0003] 盡管紅土鎳礦占世界陸基鎳資源總量的70%以上，但由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)原因一直未能 得到充分的開發(fā)利用，其生產(chǎn)的鎳只占有世界鎳總產(chǎn)量的40%。隨著高品位硫化鎳礦資源 日益減少，紅土礦已成為當(dāng)今鎳資源的主要來源。但由于不同類型及不同產(chǎn)地紅土鎳礦的 鎳品位和化學(xué)成分差異較大，導(dǎo)致原料來源不穩(wěn)定，致使紅土鎳礦難以得到高效利用。
[0004] 利用高爐冶煉紅土鎳礦制備鎳鐵具有工藝成熟、產(chǎn)量高、操作簡單等特點(diǎn)，是不銹 鋼企業(yè)利用紅土鎳礦資源的有效途徑之一，可為不銹鋼產(chǎn)業(yè)提供穩(wěn)定、廉價(jià)的合金原料。
[0005] 目前，國內(nèi)小高爐法冶煉低鎳生鐵是通過將煉鐵小高爐轉(zhuǎn)產(chǎn)低鎳生鐵，該工藝?yán)?用原有的高爐設(shè)備，只稍加改變生產(chǎn)工藝即可得到鎳鐵產(chǎn)品，技術(shù)成熟，設(shè)備現(xiàn)成，操作簡 單，投資成本較低。因此，在目前高鎳價(jià)條件下，該工藝的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)高于冶煉普通生鐵，使 得采用小高爐冶煉低鎳生鐵工藝在我國得到了迅猛發(fā)展。
[0006] 與鐵礦燒結(jié)料的成分不同，紅土鎳礦屬于低品位復(fù)合礦，在燒結(jié)及高爐冶煉中存 在很多難點(diǎn)。一方面，由于紅土鎳礦中含水量高（27%?45% )，導(dǎo)致礦石粘性很大，對(duì)燒結(jié) 過程及燒結(jié)礦質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生不利影響。此外，紅土鎳礦中的硅、鎂含量較高，而鐵品位非常低， 特別是腐殖型紅土礦，通常Mg0>10%，Si0 2>20%，在燒結(jié)時(shí)難以生成液相，導(dǎo)致燒結(jié)過程的 燒結(jié)礦質(zhì)量差。同時(shí)，在后續(xù)的高爐冶煉時(shí)也會(huì)導(dǎo)致渣量過大，能耗過高，并使高爐軟熔帶 位置偏上，高爐上部爐料的透氣性惡化，爐缸下部鐵水的溫度下降，影響鐵水的流動(dòng)性?，F(xiàn) 有紅土鎳礦燒結(jié)，一般并不進(jìn)行配礦處理，僅單礦燒結(jié)，在配入適量的CaO后，調(diào)整二元堿 度至0. 5?0. 8,在1450°C以上的常規(guī)燒結(jié)溫度進(jìn)行燒結(jié)，CaO配入一方面是可以起到脫水 干燥的作用，另外還能預(yù)熱混合料，并在后續(xù)的燒結(jié)過程中作為熔劑，使紅土鎳礦燒結(jié)能夠 廣生足夠的黏結(jié)相。但對(duì)于具有1?娃、1?緩、低鐵性質(zhì)的紅土鎮(zhèn)礦而目，僅考慮-兀喊度情 況下，添加 CaO難以生成鐵礦燒結(jié)中所需的鐵酸鈣粘結(jié)相，所以，目前國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)在紅土 鎳礦的燒結(jié)生產(chǎn)中普遍存在燒結(jié)礦成品率低、返礦量高（40%以上），轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度偏低（63% 以下），粒級(jí)分布不理想，5?10mm所占比例較大等問題。因此，在紅土鎳礦的燒結(jié)中，通過 確定適宜作為紅土鎳礦燒結(jié)的粘結(jié)相，強(qiáng)化燒結(jié)過程的液相生成，提高燒結(jié)礦質(zhì)量和冶金 性能，為高爐優(yōu)化爐料質(zhì)量、生產(chǎn)低成本的鎳鐵尤為重要。
[0007] 紅土鎳礦燒結(jié)后再采用礦熱爐熔分，氧化鎳易被C、CO、Si等還原，在較高溫度下 控制一定的還原條件，氧化鎳完全還原成金屬鎳，而鐵氧化物部分還原成金屬鐵，與金屬鎳 熔融成鎳鐵合金，未被還原的硅、鎂氧化物與另一部分氧化鐵進(jìn)行造渣。電爐熔煉可處理各 種類型的氧化鎳礦，對(duì)入爐爐料也沒有嚴(yán)格要求，粉料或大塊料都可以處理，爐氣量少且含 塵量較低，生產(chǎn)容易控制。且金屬回收率高，可以同時(shí)回收鎳和鐵。鎳鐵合金能夠直接代替 電解鎳，作為煉鋼鎳元素添加劑用于不銹鋼生產(chǎn)，具有較強(qiáng)的成本和價(jià)格競爭優(yōu)勢(shì)。但是由 于礦熱爐冶煉耗電量大，導(dǎo)致工藝能耗高，且無法回收鎳礦中的鈷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)紅土鎳礦冶煉鎳鐵工藝中所存在的問題，本發(fā)明提供一種紅土鎳礦的燒結(jié)配 礦方法，確定適宜作為紅土鎳礦燒結(jié)的粘結(jié)相，強(qiáng)化燒結(jié)過程的液相生成，提高燒結(jié)礦質(zhì)量 和冶金性能。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0010] 本發(fā)明一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法，包括下述步驟：
[0011] 第一步：配礦
[0012] 選擇組分相同、質(zhì)量配比不同的多種紅土鎳礦進(jìn)行配礦，得到紅土鎳礦原料，所述 紅土鎳礦原料中各組分質(zhì)量比滿足：
[0013] Mg0/Si02 = 0· 2 ?0· 6，
[0014] Mg0/Al203 = 2 ?5，
[0015] Al203/Si02 = 0· 1 ?0· 5 ;
[0016] 第二步：配制燒結(jié)混合料
[0017] 按紅土鎳礦原料質(zhì)量的10%?15%配加焦粉，同時(shí)，配加堿性熔劑，混勻，配制四 元堿度為〇. 5?1. 4的燒結(jié)混合料。
[0018] 本發(fā)明一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法，所述堿性熔劑包括石灰石、生石灰。
[0019] 本發(fā)明一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法，所述堿性熔劑的配加量按燒結(jié)混合料中： Ca0+Mg0/Si02+Al203 = 0· 5 ?1. 4 確定。
[0020] 本發(fā)明一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法，燒結(jié)混合料的四元堿度為0. 8?1. 2,更優(yōu) 選為 0· 85-1. 0。
[0021] 本發(fā)明一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法，所述燒結(jié)混合料燒結(jié)溫度為1300°c? 1380°C。
[0022] 本發(fā)明一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法，燒結(jié)混合料燒結(jié)得到的燒結(jié)礦中FeO含量 為 10%?20%。
[0023] 本發(fā)明的主要原理在于：
[0024] 現(xiàn)有技術(shù)中，紅土鎳礦通常在控制二元堿度的條件下進(jìn)行常規(guī)燒結(jié)，主要生成的 物相為鎂鐵尖晶石和頑火輝石、鎂橄欖石等高熔點(diǎn)物質(zhì)，其熔點(diǎn)分別為1750°C、1898°C和 1577°C。因此，在1300?1400°C的燒結(jié)溫度下難以生成液相，燒結(jié)產(chǎn)品主要依靠鎂橄欖石 和赤鐵礦的固相反應(yīng)以及非晶態(tài)（Mg，F(xiàn)e)Si0 3的固態(tài)重結(jié)晶實(shí)現(xiàn)固相固結(jié)，這不利于燒結(jié) 過程的進(jìn)行，同時(shí)也帶來燒結(jié)礦質(zhì)量差等問題。
[0025] 本發(fā)明通過多種紅土鎳礦的配礦處理，保證混合料的Mg0/Si02、Mg0/Al 203、A1203/ Si02在一定的范圍內(nèi)，并添加堿性熔劑石灰石或生石灰，調(diào)配燒結(jié)混合料的四元堿度在 0. 5?1. 4,在燒結(jié)過程中能夠生成低熔點(diǎn)的透輝石（CaMgSi206)和鈣鎂橄欖石（CaMgSi0 4)， 它們的熔點(diǎn)分別為1391°C和1490°C，其最低共熔溫度為1321°C，在常規(guī)燒結(jié)下能夠生成部 分液相，可以作為紅土鎳礦燒結(jié)礦的粘結(jié)相。當(dāng)混合料堿度為0. 8?1. 0時(shí)，透輝石得以大 量生成，使燒結(jié)混合料的軟熔溫度明顯降低，在常規(guī)燒結(jié)溫度條件下能夠生成大量液相，使 燒結(jié)過程順利進(jìn)行。
[0026] 另外，本發(fā)明通過配加占紅土鎳礦原料質(zhì)量的10 %?15 %的焦粉并混合均勻，使 燒結(jié)溫度達(dá)到1300°C?1380°C，且燒結(jié)在還原性氣氛下進(jìn)行，還原性氣氛會(huì)強(qiáng)化燒結(jié)料中 FeO的生成，使燒結(jié)礦中FeO含量達(dá)到10%?20%，F(xiàn)eO的大量生成會(huì)顯著提高燒結(jié)過程中 Fe2Si04 和 FeSi03 的生成量，進(jìn)而與 Mg2Si04 和 MgSi03 形成固烙體（Mg，F(xiàn)e)2Si04 和（Mg，F(xiàn)e) Si03，使燒結(jié)過程生成較多的鎂鐵橄欖石；其中，由于？％5104熔點(diǎn)很低，僅為1205°C，它的 生成將顯著降低燒結(jié)料的液相生成溫度；加之燒結(jié)混合料的四元堿度控制在0. 5?1. 4之 間，燒結(jié)的還原氣氛與四元堿度的協(xié)同作用，可以生成低共熔點(diǎn)的化合物透輝石和鈣鎂橄 欖石；當(dāng)燒結(jié)混合料的四元堿度在〇. 8?1. 0之間，可以大量生成透輝石，常規(guī)燒結(jié)溫度條 件下容易生成液相，有利于燒結(jié)過程的固結(jié)反應(yīng)，大大提高了紅土鎳礦燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量。
[0027] 本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果：本發(fā)明通過紅土鎳礦經(jīng)過配礦，控制MgO、Si02、A1 203 在紅土鎳礦原料中的含量，合理配入堿性熔劑，調(diào)節(jié)紅土鎳礦燒結(jié)混合料的堿度，并通過調(diào) 節(jié)焦粉配比，控制燒結(jié)溫度及燒結(jié)氣氛，使其有利于燒結(jié)過程的液相生成，充足的液相有益 于燒結(jié)礦的固結(jié)反應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度的目的，從而改善紅土鎳礦燒結(jié)礦的產(chǎn)量 以及質(zhì)量指標(biāo)，本發(fā)明制備的紅土鎳礦燒結(jié)礦的成品率達(dá)到75%以上、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度達(dá)到65% 以上。
[0028] 綜上所述，本發(fā)明通過對(duì)紅土鎳礦配礦，配加堿性熔劑及固體燃料來調(diào)控化學(xué)成 分，以調(diào)節(jié)燒結(jié)混合料四元堿度、燒結(jié)溫度及燒結(jié)氣氛，三者相互配合，使紅土鎳礦在燒結(jié) 過程中生成適宜的粘結(jié)相，強(qiáng)化燒結(jié)過程的液相生成，從而提高燒結(jié)礦質(zhì)量及冶金性能，降 低燒結(jié)燃耗，優(yōu)化高爐爐料質(zhì)量，大幅降低熔煉法生產(chǎn)鎳鐵的成本，為隨后的礦熱爐熔煉生 產(chǎn)鎳鐵提供優(yōu)質(zhì)的原料。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋和說明。
[0030] 對(duì)比例1 :
[0031] 以單一紅土鎳礦為燒結(jié)原料，焦粉配比為12%，內(nèi)配返礦25%，混合料二元堿度 0. 8,混勻、制粒成0. 5?8_的燒結(jié)混合料，混合料水分為34%。將混合料布料、燒結(jié)焙燒， 其中控制燒結(jié)料層厚度為500mm，燒結(jié)點(diǎn)火時(shí)間2min、保溫lmin，點(diǎn)火溫度1100±20°C，點(diǎn) 火負(fù)壓5kPa，燒結(jié)溫度1430°C，燒結(jié)抽風(fēng)負(fù)壓為10kPa，燒結(jié)完成后調(diào)整冷卻負(fù)壓為5kPa， 冷卻時(shí)間3min。所得燒結(jié)礦成品率56. 62%、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為60. 31 %、利用系數(shù)為0. 858t/ (h · m2)。
[0032] 實(shí)施例1 :
[0033] 以多種紅土鎳礦為燒結(jié)原料，經(jīng)配礦后使混合料中Mg0/Si02 = 0. 5、Mg0/Al203 = 3. 2、Al203/Si02 = 0. 2,再配加石灰調(diào)整混合料四元堿度為1. 3,并外配焦粉12%，內(nèi)配返 礦25%，混勻制粒成0. 5?8mm的燒結(jié)混合料，混合料水分為34%。將混合料布料、燒結(jié)焙 燒，其中控制燒結(jié)料層厚度為500mm，燒結(jié)點(diǎn)火時(shí)間2min、保溫lmin，點(diǎn)火溫度1100±20°C， 點(diǎn)火負(fù)壓5kPa，燒結(jié)溫度1320±30°C，燒結(jié)抽風(fēng)負(fù)壓為10kPa，燒結(jié)完成后調(diào)整冷卻負(fù)壓 為5kPa，冷卻時(shí)間3min。所得燒結(jié)礦成品率73. 43%、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為72. 57%、利用系數(shù)為 0. 858t/(h · m2) 〇
[0034] 實(shí)施例2 :
[0035] 以多種紅土鎳礦為燒結(jié)原料，經(jīng)配礦后使混合料中Mg0/Si02 = 0. 5、Mg0/Al203 = 3. 2、Al203/Si02 = 0.2,再配加石灰調(diào)整混合料四元堿度為1.0,并外配焦粉配比為12%， 內(nèi)配返礦25%，混勻制粒成0. 5?8mm的燒結(jié)混合料，混合料水分為34%。將混合料布 料、燒結(jié)焙燒，其中控制燒結(jié)料層厚度為500mm，燒結(jié)點(diǎn)火時(shí)間2min、保溫lmin，點(diǎn)火溫度 1100±20°C，點(diǎn)火負(fù)壓5kPa，燒結(jié)溫度1320±30°C，燒結(jié)燒結(jié)抽風(fēng)負(fù)壓為10kPa，將燒結(jié)廢 氣溫度達(dá)到最高點(diǎn)定為燒結(jié)終點(diǎn)，達(dá)到終點(diǎn)后調(diào)整冷卻負(fù)壓為5kPa，冷卻時(shí)間3min。所得 燒結(jié)礦成品率80. 46%、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為66. 52%、利用系數(shù)為1. 025tAh · m2)。
[0036] 實(shí)施例3 :
[0037] 以多種紅土鎳礦為燒結(jié)原料，經(jīng)配礦后使混合料中Mg0/Si02 = 0. 6、Mg0/Al203 = 2. 1、Al203/Si02 = 0. 3,再配加石灰調(diào)整混合料四元堿度為0. 5,并外配焦粉配比為12%， 內(nèi)配返礦25%，混勻制粒成0. 5?8mm的燒結(jié)混合料，混合料水分為34%。將混合料布 料、燒結(jié)焙燒，其中控制燒結(jié)料層厚度為500mm，燒結(jié)點(diǎn)火時(shí)間2min、保溫lmin，點(diǎn)火溫度 1100±20°C，點(diǎn)火負(fù)壓5kPa，燒結(jié)溫度1300±30°C，燒結(jié)燒結(jié)抽風(fēng)負(fù)壓為10kPa，燒結(jié)完成 后調(diào)整冷卻負(fù)壓為5kPa，冷卻時(shí)間3min。所得燒結(jié)礦成品率76. 54%、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為65. 72%、 利用系數(shù)為〇. 962t/(h · m2)。
[0038] 實(shí)施例4 :
[0039] 以多種紅土鎳礦為燒結(jié)原料，經(jīng)配礦后使混合料中Mg0/Si02 = 0. 6、Mg0/Al203 = 2. 1、A1203/Si02 = 0. 3,再配加石灰調(diào)整混合料堿度為0. 8,并外配焦粉配比為15%，內(nèi)配返 礦25%，混勻制粒成0. 5?8mm的燒結(jié)混合料，混合料水分為34%。將混合料布料、燒結(jié)焙 燒，其中控制燒結(jié)料層厚度為500mm，燒結(jié)點(diǎn)火時(shí)間2min、保溫lmin，點(diǎn)火溫度1100±20°C， 點(diǎn)火負(fù)壓5kPa，燒結(jié)溫度1320±30°C，燒結(jié)燒結(jié)抽風(fēng)負(fù)壓為10kPa，燒結(jié)完成后調(diào)整冷卻負(fù) 壓為5kPa，冷卻時(shí)間3min。所得燒結(jié)礦成品率79. 22%、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為67. 53%、利用系數(shù)為 0. 896t/ (h · m2) 〇
[0040] 比較實(shí)施例1-4與對(duì)比例1所得到的燒結(jié)礦的成品率、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、利用系數(shù)數(shù) 據(jù)，在單一紅土鎳礦燒結(jié)，調(diào)整其二元堿度0. 8,其燒結(jié)礦成品率56. 62 %、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為 60. 31 %。而通過多種紅土鎳礦配礦，調(diào)整混合料Mg0/Si02、Mg0/Al203、Al 203/Si02，并配加 石灰調(diào)整混合料四元堿度之后，燒結(jié)礦的成品率及轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度顯著增加，燒結(jié)礦的成品率及 轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度分別達(dá)到75%及65%以上。說明經(jīng)過多種紅土鎳礦配礦，調(diào)整混合料Mg0/Si0 2、 Mg0/Al203、Al203/Si0 2至適合的范圍，并配加石灰調(diào)整混合料的四元堿度，在配加適當(dāng)?shù)慕?粉下燒結(jié)能夠有效提高紅土鎳礦燒結(jié)礦質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1. 一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法，包括下述步驟： 第一步：配礦 選擇組分相同、質(zhì)量配比不同的多種紅土鎳礦進(jìn)行配礦，得到紅土鎳礦原料，所述紅土 鎳礦原料中各組分質(zhì)量比滿足： Mg0/Si02 = 0· 2 ?0· 6， Mg0/Al203 = 2 ?5， Al203/Si02 = 0· 1 ?0· 5 ; 第二步：配制燒結(jié)混合料 按紅土鎳礦原料質(zhì)量的10 %?15 %配加焦粉，同時(shí)，配加堿性烙劑，混勻，制成四元堿 度為0. 5?1. 4的燒結(jié)混合料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法，其特征在于：所述堿性熔劑 選自石灰石、生石灰中的至少一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法，其特征在于：所述堿性熔劑 的配加量按燒結(jié)混合料中：（Ca0+Mg0V(Si0 2+Al203) = 0. 5?1. 4確定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法，其特征在于：燒結(jié)混合料的 四元堿度為〇. 8?1. 2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法，其特征在于：燒結(jié)混合料的 四元堿度為〇. 8?1. 0。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的一種紅土鎳礦的燒結(jié)配礦方法，其特征在于：所 述燒結(jié)混合料燒結(jié)溫度為1300°C?1380°C。
【文檔編號(hào)】C22B1/16GK104152676SQ201410359075
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】李光輝, 姜濤, 饒明軍, 羅駿, 張?jiān)? 范曉慧, 朱忠平, 彭志偉, 陳許玲, 郭宇峰, 黃柱成, 楊永斌, 李騫, 徐斌, 梁斌珺, 智謙, 游志雄, 劉君豪, 賈浩 申請(qǐng)人:中南大學(xué)